Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 14
Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию
Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
____________________________________________________________________
Кафедра РС
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДВОИЧНОГО КОДА
Пояснительная записка
НУРЭ 468832.001 ПЗ
СОГЛАСОВАНО: РАЗРАБОТАЛ:
Тихомиров П.И
1997
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
1 Обоснование необходимости разработки 3
2 Упорядочение исходных данных 3
3 Выбор элементной базы 3
4 Описание структурной схемы 5
5 Разработка схемы электрической принципиальной 6
5.1 Разработка опорного генератора 6
5.2 Проектирование преобразователя параллельного двоичного
кода в последовательный двоичный код 7
5.3 Проектирование преобразователя параллельного двоичного
кода в сигнал манчестерского кода 8
Расчет потребляемой мощности 11
6 Конструкторско–технологическая отработка схемы 12
6.1 Отработка схемы на электромагнитную совместимость 12
6.2 Отработка схемы на тепловую совместимость 12
6.3 Отработка схемы на механическую прочность 12
7 Мероприятия по технике безопасности 13
8 Библиографический список 14
1 ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ РАЗРАБОТКИ
В настоящие время происходит быстрое развитие технических средств ,а соответственно и их усложнение. Вместе с этим усложняются технологии их производства, а так же количество и типы. В свою очередь это вызывает постоянное появление новых систем исчисления. От сюда возникает необходимость преобразования сигналов из одной системы в другую. Благодаря разработке цифровых преобразователей разных типов появилась возможность реализации необходимых преобразований сигналов с использованием интегральных микросхем.
2 УПОРЯДОЧЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
На вход преобразователя параллельного двоичного кода в сигнал манчестерского кода поступает 16-ти разрядный код с уровнем сигналов ТТЛ. Интервал поступления двоичного кода 50мкс. С выхода устройства выходит сигнал манчестерского кода с уровнем сигналов ТТЛ. Для правильной работы устройства необходимы стробирующие импульсы поступления двоичного кода.
3 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
Предполагается, что устройство будет построено на цифровых интегральных схемах, поэтому необходимо определить на микросхемах какой серии ТТЛ (согласно техническому заданию) будет построено устройство. Приведем таблицу с основными параметрами цифровых интегральных схем ТТЛ различных серий.
Таблица 1 Основные параметры цифровых интегральных схем структуры ТТЛ
|
Серия |
Рпот,мВт |
tзд р. ис |
Uвых1, В |
Uвых0, В |
|
К155 |
10 |
9 |
2.4-3.5 |
0.4мах |
|
К131 |
22 |
6 |
– |
– |
|
К555 |
2 |
9.5 |
2.7-3.4 |
0.4мах |
|
К531 |
19 |
3 |
2.7-3.4 |
0.4мах |
|
К1533 |
1.2 |
4 |
0.4 |
2.5 мин |
|
К1531 |
4 |
4 |
2.7 мах |
0.5мах |
Выберем серии ТТЛ, которые наиболее предпочтительны к использованию. Из таблицы 1 видно, что минимальную мощность потребляют микросхемы серии К1533 при этом они обладают необходимым быстродействием, но нужно отметить, что наша промышленность не выпускает всех необходимых элементов данной серии для разрабатываемого устройства. Исходя из выше сказанного и так же учитывая потребляемую мощность будем использовать микросхемы серии К555 и К155.
В опорном генераторе используются используются пассивные элементы. Значения температурных коэффицентов не имеют значения (кроме подстроечного конденсатора) , так как будем применять кварцевую стабилизацию частоты генератора. В качестве подстроечного конденсатора будем использовать конденсатор типа СП5, так как он имея малые габариты обладает достаточно высокой стабильностью.
4 ОПИСАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
Опишем работу отдельных функциональных узлов схемы приведенной на рисунке 1. На вход преобразователя параллельного двоичного кода (Пр1) подается 16-ти разрядный код, интервал поступления этого сигнала 50мкс. С выхода преобразователя Пр1 снимается последовательный двоичный код, который в свою очередь поступает на преобразователь Пр2, который преобразует последовательный двоичный код в сигнал манчестерского кода.
Для правильной работы устройства необходимы управляющие импульсы, которые формируются в управляющем устройстве (УУ), тактируемым задающим генератором, который управляется стробирующими импульсами (СИ).
Рисунок 1 Структурная схема устройства.
5 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ
Будем использовать классическую схему генератора с внешним запуском (рисунок 2), построенную на трех элементах 2И-НЕ. Так как интервал поступления параллельного двоичного кода 50мкс и за это время необходимо обеспечить преобразование сигнала, то генератор должен вырабатывать импульсы с интервалом 0.5мкс. Произведем расчет номиналов дискретных элементов по формулам приведенным в учебном пособии (2):
R1+R2(Uп–U03)/I0вых (1)
Rд*СдТ/2 (2)
Rд 103 Ом (3)
C1 Т/R2 (4)
где Uп, U03, I0вх – справочные данные
Результаты расчета: R1=2кОм; R2=1.5кОм; C1=335нФа; Rд=720 Ом;
Сд=350нФ; Сп=40пФ
Рисунок 2 Опорный генератор
Цепочка RдСд предназначена для устранения самовозбуждения кварцевого генератора на частотах выше резонансной частоты кварца, причем постоянная времени этой цепи должна быть меньше периода повторения генерируемых импульсов и Rд не должно превышать 103 Ом (для логических элементов ТТЛ). Генератор вырабатывает импульсы с интервалом 1 мкс при подаче логической еденицы на вход запуск (зап).
Преобразователь параллельного двоичного кода в последовательный двоичный код выполнен на двух интегральных микросхемах К555ИР9, которые представляют собой два регистра. Принципиальная схема изображена на рисунке3.
Регистры работают следующим образом. Через входы 1-8 регистров загружается параллельный двоичный, если на вход разрешения параллельной загрузки L подан низкий уровень. Сдвиг данных вправо на одну позицию происходит при положительном перепаде С1. С2– вход разрешения тактовым импульсам (низкий уровень активный). На входе каждого регистра Q7 формируется последовательные двоичные кода, которые складываются с помощью комбинационной схемы, выполненной на элементах 2ИЛИ–НЕ. Вход DS определяет работу регистра - параллельно-последовательное преобразование ( на его вход подан логический ноль).
Рисунок 3 Преобразователь параллельного двоичного кода в последовательный двоичный код.
Преобразователь последовательного двоичного кода в сигнал манчестерского кода разрабатывался по следующей схеме:
– составим таблицу истинности данной последовательной схемы. Из нее видно, что выходной сигнал Y зависит от входного X, а так же от Y-1 и Х-1. Нулевой и 7-ой наборы недостижимы. (Таблица 2).
– составим диаграмму Вече и произведем минимизацию (Рисунок 4)
Таблица 2. Таблица истинности
|
n |
х |
х-1 |
у-1 |
у |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
- |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
2 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
4 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
5 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
6 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
7 |
1 |
1 |
1 |
- |
(5)
Формуле (5) соответствует следующая последовательная схема (Рисунок5). Сигналы Х и Y через D-триггеры ( как известно D-триггер задерживает сигнал на один такт). На вход С подают стробирующие импульсы длительностью 0.5мкс с выхода генератора.
Рисунок 4. Диаграмма Вече
Рисунок 5. Преобразователь последовательного двоичного кода в сигнал манчестерского кода.
Управляющие устройство представляет собой схему изображенную на рисунке 6. Его схема работает следующим образом. В момент поступления параллельного двоичного кода на вход R, через вход СИ устройства подается отрицательный импульс который сбрасывает счетчик по mod 8 выполненный на микросхеме К155ИЕ5 (см. Рисунок 6). Этот же отрицательный импульс разрешает загрузку параллельных данных в регистры DD8, DD9. Затем на вход зап. Генератора, со входа СИ, поступает логическая единица, которая запускает его. Задающий генератор начинает вырабатывать импульсы с интервалом 0.5мкс, которые приходят на вход преобразователя последовательного двоичного кода в сигнал манчестерского кода и на вход С Т-триггера, подключение которого позволяет делить частоту задающего генератора в два раза. Это необходимо для правильной работы параллельного двоичного в последовательный двоичный код.
На выходе счетчика Q3 мы имеем импульсы с генератора, деленные на восемь, которые поступают на вход С2 регистра DD8 и, проинвертированные, на вход С2 регистра DD9.
Рисунок 6. Управляющее устройство.
Таким образом счетчик управляет работой регистрами: вначале разрешает сдвиг данных в регистре DD8, а затем в регистре DD9; сдвиг тактируется импульсами приходящими с генератора на входы – С1 DD8 и C1 DD9.
Общее время преобразования расчитывается по формуле (6)
Т=Тси+8*Тrg1+8*Trg2=100нс+8мкс+8мкс17мкс (6)
где Тси– время стробирующего импульса отрицательного перепада ;
Тrg1 и Тrg2– время преобразования регистров DD8, DD9 cоответственно.
Очевидно, что это меньше интервала поступления параллельного кода равного 50мкс.
Рисунок 7 Временные диаграммы
Расчет потребляемой устройством мощности приведен в таблице 3.
Таблица 3 Таблица мощностей
|
Элемент |
Количество, шт |
Iпот , мА |
Uпит , В |
Р общ, мВт |
|
К555ЛЕ4 |
2 |
8 |
5 |
80 |
|
К1533ЛЕ1 |
1 |
- |
5 |
7.5 |
|
К1533ЛА3 |
1 |
- |
5 |
40 |
|
К155ИЕ5 |
1 |
60 |
5 |
300 |
|
К155ИР9 |
2 |
63 |
5 |
630 |
|
К555ТМ2 |
2 |
2.4 |
5 |
24 |
|
весь блок |
- |
- |
5 |
1081.5 |
6 КОНСТРУТОРСКО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОТРАБОТКА
Ввиду малых рабочих и напряжений, в схеме нет паразитных электромагнитных наводок. Расположение элементов может быть любым. Применение экранирующих элементов не требуется.
Ввиду использования интегральных схем, малых рабочих токов в схеме, все элементы излучают количество тепла, допускающее их любое совместное расположение на плате. Таким образом, применение теплорассеивающих и термокомпенсирующих элементов не требуется. Вентиляция естественная.
6.3 Отработка схемы на механическую прочность.
6.3.1 Данные о чувствительности элементов к механическим и климатическим воздействиям приведены в таблице 4.
Таблица 4
|
Элемент |
Вибропроч-ность, Гц |
Ускорение, g |
Диапазон температуры, С |
Влажность,% |
|
|
К155ИЕ5 |
1-600 |
10 |
-45 |
85 |
98 |
|
К1533ЛЕ1 |
1-600 |
10 |
-45 |
85 |
98 |
|
К1533ТМ2 |
1-600 |
10 |
-45 |
85 |
98 |
|
К555ЛЕ4 |
1-600 |
10 |
-45 |
85 |
98 |
|
К1533ЛА3 |
1-600 |
10 |
-45 |
85 |
98 |
|
К555ИР9 |
1-600 |
10 |
-45 |
85 |
98 |
|
С2-23 |
1-2000 |
10 |
-60 |
125 |
98 |
|
СП5-16 ВВ |
1-2000 |
10 |
-60 |
100 |
98 |
|
КМ-6 |
1-2000 |
10 |
-60 |
100 |
98 |
|
РК-69 |
1-3000 |
10 |
-60 |
70 |
98 |
|
весь блок |
1-600 |
10 |
-45 |
70 |
98 |
6.3.2 Способность устройства сохранять работоспособность при воздействии механических нагрузок, удовлетворяет техническому заданию.
6.3.3 Климатические условия, при которых устройство сохраняет работоспособность, удовлетворяет техническому заданию.
7 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
В конструкции устройства не имеется опасных для жизни напряжений. Поэтому при осмотре, ремонте и обслуживании блока, не требуется применение особых мер предосторожности. Необходимость отключения питания при замене электрорадиоэлементов устройства сохраняется.
8 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК