Файл: Анализ схемотехники пересчетного устройства.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «РОБОТОТЕХНИКА И МЕХАТРОНИКА»

УТВЕРЖДАЮ

Зав.каф.____Лукьянов Е.А.

"______"__­­­­____________2009 г.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К курсовой работе по дисциплине «Микропроцессорная техника»
на тему: «Анализ схемотехники пересчетного устройства»
Автор работы: Яковлев Михаил Борисович
Специальность: Роботы и Робототехнические системы
Обозначение курсовой работы _РММП.650000.000 ПЗ___Группа: УР-31
Руководитель проекта_________________ Герасимов В.А.

(подпись)
Работа защищена_____________________ __________________________

(дата) (оценка)
Члены комиссии _____________________ __________________________

(подпись) (Ф.И.О)

_____________________ __________________________

(подпись) (Ф.И.О)

_____________________ __________________________

(подпись) (Ф.И.О)

Ростов-на-Дону

2009
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «РОБОТОТЕХНИКА И МЕХАТРОНИКА»

УТВЕРЖДАЮ

Зав. каф. _____ Лукьянов Е.А.

"______"_____________2009 г.

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу
Студент Яковлев М. Б. Код________Группа УР-31

Тема: «Анализ схемотехники пересчетного устройства»

Срок представления работы к защите"________"_________________2009 г.
Исходные данные для проектирования

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1 Содержание пояснительной записки курсовой работы

________________________________________________________

________________________________________________________
2.Перечень графического материала: ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Руководитель работы Герасимов В.А. ______________________________



Задание принял к исполнению ________________________________________________

подпись дата

---

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Внедрение микропроцессорной, и вообще цифровой, техники в устройства управления промышленными объектами требует от специалистов самого различного профиля быстрого освоения этой области знания. В процессе разработки функциональных схем цифровых устройств отчетливо выделяются два характерных этапа. На первом этапе, который можно назвать структурным проектированием, заданный неформально алгоритм разработчик представляет в виде последовательности некоторых операторов, таких, как получение результата, счет, преобразование кода, передача информации. При этом он старается использовать ограниченный набор общепринятых операторов. При использовании этих операторов, как правило, алгоритм можно представить довольно небольшим их числом. Структура алгоритма становится обозримой, понятной, легко читаемой и однозначной. На основе полученной структуры алгоритма формулируются технические требования к схемам, реализующим отдельные операторы. По техническим требованиям в качестве функциональных узлов схемы можно применить либо готовые блоки в интегральном исполнении, либо, если таких микросхем в наличии нет, синтезировать их из более простых элементов. Подобный синтез первоначально производится при помощи алгебры логики, после чего по полученным функциям строится эквивалентная схема. Однако, как правило, синтезированные схемы хуже их аналогов в интегральном исполнении. К этому приводят следующие обстоятельства: большее время задержки, большие габариты, большее потребление энергии. Поэтому результативного проектирования цифровых устройств разработчик должен уметь: выбрать наиболее приемлемый вариант решения поставленной задачи, работать с алгеброй логики, знать основные цифровые элементы и уметь их применять, по возможности знать наиболее простые и распространенные алгоритмы решения основных задач. Знание наиболее распространенных инженерных приемов в проектировании устройств позволит в будущем сразу воспользоваться готовой схемой, не занимаясь бесполезной работой. Необходимо заметить, что реализация схемы гораздо сложнее, чем простое решение задачи в алгебре логики и наборе полученной функции из логических элементов. В действительности даже, казалось бы, самые простые элементы, необходимо включать по определенной схеме, знать назначения всех выводов. Необходимо знать, чем различаются элементы в пределах серии. Понимание внутренней логики микросхемы особенно важно именно для специалистов по автоматике и промышленной электронике, поскольку цифровые микросхемы изначально создавались для выполнения строго определенных функций в составе ЭВМ. В условиях автоматики и радиотехники они часто выполняют функции, не запланированные в свое время их разработчиками, и грамотное использование микросхем в этих случаях прямо зависит от понимания логики их работы. Хорошее знание тонкостей функционирования схем узлов становится жизненно необходимым при поиске неисправностей, когда нужно определить, имеется ли неисправность в данном узле или же на его вход поступают комбинации сигналов, на которые схема узла не рассчитана. Составление тестов, а тем более разработка само проверяемых схем также требуют очень хороших знаний принципов работы узлов.

---

1 Разработка схемы электрической структурной пересчетного устройства

Работу устройства можно представить следующим образом. По переднему фронту импульса начинается отсчет. При поступлении заднего фронта импульса или при превышении заданного интервала времени отсчет останавливается. Если значение в счетчике превышает заданный предел, на панели отображения выводится сигнал «ошибка». В противном случае на панели отображения отображается содержимое счетчика и величина измеренного интервала передается в устройство обработки.

В состав структурной схемы войдут следующие элементы:

• 
  Детектор фронтов
  
• 
  Схема подсчета тактовых импульсов
  
• 
  Тактовый генератор
  
• 
  Схема преобразования параллельного кода в последовательный
  
• 
  Схема отображения
  

Структурную схему можно представить так, как отображено на рисунке 1.
Р
исунок 1 - Структурная схема

При поступлении переднего фронта измеряемого импульса детектор фронтов (ДФ) формирует управляющий сигнал на начало счета. Формируемые тактовым генератором (ТГ) импульсы поступают на схему подсчета тактовых импульсов (СУ). При поступлении заднего фронта измеряемого импульса ДФ формирует сигнал, останавливающий счет. При этом количество подсчитанных импульсов выводится на схему отображения (УО) и через схему преобразования параллельного кода в последовательный (ПК) в устройство обработки.

2 Разработка схемы электрической функциональной пересчетного устройства
Детектор фронтов состоит из двух ждущих мультивибраторов и триггера. Один ждущий мультивибратор предназначен для выделения заднего фронта импульса и сбрасывает триггер. Другой ждущий мультивибратор предназначен для выделения переднего фронта импульса и переключает триггер в единичное состояние и вырабатывает сигнал сброса счетчика. Оба мультивибратора вырабатывают импульсы длительности необходимой для надежного переключения триггера.

Схема подсчета тактовых импульсов состоит из элемента «И» и счетчика. Элемент «И» пропускает тактовые импульсы от генератора, только если триггер находится в единичном состоянии. Счетчик обеспечивает подсчет импульсов.

---

Схема отображения содержит регистр, дешифратор и индикаторы. Использование регистра позволяет избежать мерцания во время подсчета. Запись в регистр выполняется только по окончанию подсчета длительности импульса. Дешифратор необходим для преобразования двоично-десятичного кода в код обеспечивающий отображение соответствующей цифры. /2/
Р
исунок 2 - Функциональная схема

Схема преобразования параллельного кода в последовательный состоит из преобразования кода 8421 в код 8421+3 и сдвигового регистра обеспечивающего преобразование параллельного кода в последовательный.

В состав тактового генератора входит генератор прямоугольных импульсов заданной частоты и делитель частоты для сдвигового регистра.

Определим разрядность индикатора по формуле:

,

где - максимальное значение измеряемой величины; -точность измерения.


Разрядность регистра с параллельным вводом и последовательным выводом информации определим исходя из того, что для отображения каждого десятичного разряда требуется 4 бита:

3 Описание элементной базы пересчетного устройства

Рисунок 3 - Схема детектора фронтов


Ждущий мультивибратор можно реализовать на основе микросхемы К155АГ3. Она содержит два ждущих мультивибратора с возможностью перезапуска. Каждый мультивибратор содержит выходы и , вход сброса и два входа запуска: - прямой и - инверсный, с активным низким уровнем.

---

Паразитная емкость вывода RT на землю около 50пФ, поэтому максимальное время выходного импульса 40нс.

Потребляемый микросхемой К155АГ3 ток составляет 66мА, стекающий коллекторный ток выводов может быть до 40мА.

Вход используется для прямого запуска мультивибратора. Сигнал сброса формируется с помощью RC звена: времязадающий конденсатор подключается между выводами 14 и 15 а также 6 и 7; резисторы подключаются от выводов 15 и 7 к положительной шине питания 5В. Примем номиналы и .

Т риггер можно реализовать на основе микросхемы К555ТР2. Она содержит 4 независимых RS - триггера, имеющих общую шину питания. У каждого триггера есть входы и , а также комплиментарный выход .

Логический элемент «И» можно реализовать на основе микросхемы К155ЛИ1. Она содержит четыре логических элемента «И». Время задержки для микросхемы К155ЛИ1: , , потребляемый ток , .

Схема детектора фронтов и электронного ключа отображена на рисунке 6. Между микросхемой К155АГ3 и RS триггером стоит логический элемент «И», на один вход которого подается логический нуль и предусмотрена кнопка «Пуск» для установки RS триггера в исходное (нулевое) состояние. В качестве элемента «И» используется один элемент микросхемы К155ЛИ1. /3/
Генератор тактовых импульсов

Рисунок 4 - Схема тактового генератора

---