Файл: Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу Схемотехника.doc

Ю жно-Уральский государственный университет

Кафедра ЭВМ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по курсу: «Схемотехника»

Нормоконтролер: Руководитель:

Кафтанников И. Л. Винников Б. В.

_______________________ _______________________

«____» __________ 2005 г. «____» __________ 2005 г.

Выполнил:

студент группы ПС-324

Панов С.А.

_______________________

«____» __________ 2005 г.

Проект защищен с оценкой:

_______________________

_______________________

«____» __________ 2005 г.

Челябинск

2005

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Электронные вычислительные машины»

Задание по курсовому проекту

1. 
   Тема проекта: Автономный блок-декодер манчестерского кода.
   

2. Срок сдачи проекта: «____» __________ 2005 г.

3. Исходные данные к проекту:

1) Элементная база – ТТЛ-совместимые микросхемы

4. Содержание расчетно-пояснительной записки:

1) Анализ задания и постановка задачи;

2) Общая схема алгоритма и описание закона функционирования;

3) Выбор принципа структурной организации;

4) Синтез принципиальной электрической схемы;

5) Построение временной диаграммы;

6) Оценка потребляемой мощности и аппаратных затрат.

5. Перечень графического материала:

1) Схема электрическая принципиальная;

2) Перечень элементов к схеме электрической принципиальной.

Руководитель ____________ Винников Б. В.

Задание принял к исполнению « 26 » февраля 2005 г.

Подпись студента ___________

Содержание

---

Задание

Разработать автономный блок-декодер манчестерского кода. Настройка на прием - синхропоследовательностью, состоящей из 24 синхросимволов. Затем идет заголовок (000111) и далее информационная посылка произвольной длины в байтах. Признаком окончания посылки является комбинация (00001111).Декодированная информация побайтно пакуется в модуле памяти и по его заполнении (256 байт) через параллельный порт сбрасывается вовне. Элементная база - ТТЛ-совместимые микросхемы.

1. Аннотация

Пояснительная записка посвящена проектированию автономного болка-декодера манчестерского кода. В ней содержатся исходные данные к проектированию, анализ задачи, общая схема алгоритма работы устройства, структурная схема устройства, принципиальная схема, а также оценка параметров устройства.

2. Анализ задания и постановка задачи

Определимся с алгоритмом работы. Вначале ожидается синхропоследовательность 010101... Как только она обнаружена, начинается проверка входящих данных на совпадение с заголовком (000111). После обнаружения заголовка все последующие биты считаются информационными, при приеме каждого 8 бита очередной байт записывается в память. Но если байт равен 00001111, он отбрасывается и прием на этом прекращается, после чего опять ожидается синхропоследовательность.

В то же время должен осуществляться контроль количества принятых байт, как только память заполняется, начинается отправка содержимого памяти вовне. Понятно, что совместить прием и отправку довольно сложно - ведь идет обращение к одной и той же памяти. Поэтому целесообразно использовать два независимых модуля памяти. Входящая информация пишется в один модуль, исходящая считывается из другого модуля. Когда первый модуль заполняется, они меняются местами и цикл повторяется.

Будем считать, что длительность бита манчестерского кода равна 100 мкс (скокрость 10 Кбит/с).

3. Общая схема алгоритма и описание закона функционирования

В первоначальный момент, когда включается питание устройства, все триггеры сбрасываются в нулевое состояние и происходит опрос кнопки выбора режима.

Прежде всего перед коммутированием нужно выбрать режим определения номера активной видеокамеры - автоматический или ручной.

---

Если режим ручной, то пользователь посредством кнопки «Выбор камеры» выбирает соответствующую видеокамеру. Если же режим автоматический, то проиходит опрос датчиков. Полученный в результате определения номер камеры передаётся как адрес для селектора-мультиплексора, а также подаётся на вход дешифратора семисегментного индикатора. В результате на выходе мультиплексора-селектора получим аналоговый сигнал от нужной камеры, а на индикаторе, присоединённом к выходам дешифратора, получим цифру, соответствующую номеру выбранной камеры.

Алгоритм работы устройства представлен на рис. 1.



Рис. 1. Общая схема алгоритма.

4. Выбор принципа структурной организации

Структурная организация устройства графически представлена на рис. 2.



Рис. 2. Структурная организация устройства.

5. Синтез принципиальной электрической схемы

Опишем синтез каждого из элементов структурной организации в отдельности.

5.1 Схема начальной установки

Для задания начальных значений элементов памяти используется схема начальной установки. Она представляет собой следующий блок (см рис. 3)



Рис. 3. Схема начальной установки

Закон изменения напряжения на резисторе имеет следующий вид:



Тогда выражение для нахождения сопротивления примет вид:



Для нашего устройства имеем:

U₀ = 5В; U = U_{ТТЛ 1} = 3,2 В; t = 100 нс; С = 0,01 мкФ;

Получим численное значение сопротивления резистора 10 Ом.

5.2. Блок ручного выбора камеры

При ручном выборе необходимо подключать камеры по очереди до тех пор, пока пользователь не выберет нужную посредством кнопки «Выбор камеры». Для этого удобно использовать счётчик, на счётный вход которого будет подаваться сигнал с генератора. Получим циклический перебор камер.

---

Необходим двоичный суммирующий счётчик с коэффициентом пересчёта 8 (по количеству видеокамер) – это ИМС К555ИЕ7 (использоваться будут только 3 младших разряда выхода).

Генератор проще всего собрать на основе ИМС, имеющихся в серии 555 – К555ГГ2 и К555ПЦ1 (см. рис. 4). 1-я ИМС представляет собой 2 генератора прямоугольных импульсов. На входы, отвечающие за частоту генерации присоединяем кварцевый резонатор стабильной частоты 32768 Гц.

ИМС К555ПЦ1 - это программируемый счетчик-делитель с коэффициентом деления 2ⁿ; двоичный эквивалент числа n выставляется на входах 1, 2, 4, 8, 16. Т.о. для получения на выходе частоты в 0,5 Гц необходимо выставить число 14. Для этого надо на входы 1 и 16 подать сигнал нулевого логического уровня, а на входы 2, 4, 8 – сигнал единичного логического уровня. На выходе получим сигнал с частотой: 2¹⁴/32768 = 2¹⁴/2¹⁵ = 0,5 Гц



Рис. 4. Схема генератора импульсов для ручного режима подключения.

Период этого генератора 0,5 Гц – это значит, что переключение активной камеры до тех пор, пока не нажата копка «Выбор камеры» будет происходить каждые 2 секунды.

5.3. Блок декодирования

В автоматическом режиме подключение видеокамер происходит по фронту импульса от датчика. До прихода нового импульса от одного из датчика текущая камера является подключенной. Следовательно, необходимы элементы памяти для запоминания значений датчиков на момент прихода последнего импульса. Таковую роль играют D-триггеры. Они записывают значение на входе в момент подачи на вход синхронизации фронта импульса. Таким образом, чтобы обеспечить этот фронт при наличии импульса от любого датчика, необходимо поставить дизъюнктивный элемент. Искомый элемент будет представлять собой совокупность ИМС, содержащих 4 элемента 2ИЛИ. Время задержки распространения этой совокупности приблизительно равняется 75 нс, но для обеспечения более высокой надёжности берётся расчётное время 100 нс (именно это значение и принималось выше при расчете схемы параметров элементов схемы начальной установки).

Далее полученный унитарный код номера видеокамеры посредством шифратора преобразуется в двоичный, и в этом и заключается функция блока декодирования: по фронту импульса от датчиков получить на выходе блока двоичный код номера камеры, чей датчик и выдал импульс.

---

5.4. Блок выбора режима

Выбор режима работы коммутатора осуществляется посредством нажатия кнопки «Режим». Осуществляется мультиплексирование сигналов со счётчика и шифратора, причём в качестве адреса на мультиплексор будем подавать значение с кнопки. Таким образом, при нажатой кнопке режим будет ручной, а при отпущенной - автоматический.

5.5. Мультиплексор-селектор

Необходим для мультиплексирования выходных сигналов камер. Т.к. эти сигнал аналоговые, то нужен именно селектор. Критерием выбор является разрядность (необходим 8 в 1 по количеству камер)

5.6. Блок индикации номера камеры

Этот блок состоит из двух частей – дешифратора и семисегментного индикатора. Сигналы с выхода мультиплексора блока выбора режима поступают на вход дешифратора, а потом на вход индикатора. Таким образом, на индикаторе в обоих режимах будет отображаться номер подключенной камеры.

6. Построение временной диаграммы

Диаграмма работы устройства в автоматическом режиме:



Диаграмма работы устройства в ручном режиме:

7. Описание работы устройства.

Опишем работу устройства с учётом полученной в результате синтеза схемы. Рассмотрим отдельно оба режима работы.

1. Ручной режим. Если кнопка SB1 нажата, происходит циклический перебор камер. На счётный вход счётчика DD4 поступают импульсы от генератора на основе DD1 и DD2. По фронту этих импульсов значение на выходе счётчика увеличивается на 1. Когда же оператор отпускает кнопку SB1, импульсы с генератора перестают поступать на счётный вход DD4 и текущий номер камеры фиксируется в триггерах счётчика. Двоичный код номера камеры поступает на вход мультиплексора DD13, а потом в соответствии с положением кнопки SB2 (которая является нажатой в случае ручного режима) этот код поступает в качестве адреса на вход мультиплексора-селектора DD12 (который мультиплексирует аналоговые сигналы с выходов камер), и на вход дешифратора DD14, обеспечивающего вывод номера текущей камеры на индикатор. На выходе DD12 получим аналоговый сигнал с выхода текущей камеры. При повторном нажатии кнопки SB1 снова начнётся перебор камер, начиная с текущей.

2. Автоматический режим. Активизируется в случае, если кнопка SB2 отпущена. Прибор функционирует так: по фронту импульса от любого из датчиков происходит фиксация текущего уровня сигнала с каждого из датчиков в соответствующем триггере (DD5-DD8). Инверсные выходы триггеров подключены к инверсным входам шифратора, преобразующего входной унитарный код номера камеры, которую необходимо подключить, в двоичный код, который после прохождения через мультиплексор DD13 подаётся в качестве адреса на вход селектора DD12, осуществляющего мультиплексирование сигналов с выхода камер. Одновременно двоичный код текущей камеры передаётся с выхода DD13 на вход дешифратора DD14, обеспечивающего индикацию номера подключенной камеры, которая является подключенной до прихода нового импульса от одного из датчиков.

---