курсовик 11

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

кафедра ЭсПП

секция ПЭ

Курсовой проект

Разработка многоканальных цифровых устройств

по дисциплине

«Цифровая схемотехника»

Выполнила:ст.гр. ПЭ - 414

Амосова Е.В.

Проверил преподаватель:

Бубнов А.В.

Омск 2008

Содержание

Техническое задание…………………………………………………………...3 Исходная схема и описание ее работы……………………………...………..3 Генератор импульсов………………………………………..………………...4 Делитель частоты………………………………………………………………..4 Счетчик импульсов…………………………………………………...……….5 Преобразователь кода…………………………………………………..……6 Мультиплексор и демультиплексор……………………………………………….8 Спецификация………………………………………………………………………10 Принципиальная схема……………………………………………………….11 Заключение…………………………………………………………………….…....12 Литература…………………………………………………...……………………..12

Задание к курсовому проекту

Разработать многоканальное цифровое устройство, имеющее следующие параметры: время работы канала t_р=10 секунд, количество каналов N=11. Функциональная схема устройства показана на рис.1.

ГИ - генератор импульсов; ДЧ - делитель частоты; СИ - Счетчик импульсов; ПК1 - преобразователь двоичного кода в двоично-десятичный; ПК2 - преобразователь двоично-десятичного кода в семисегментный; ИУ - индикаторное устройство; МП - мультиплексор; ЦАУ - цифровое анализирующее устройство; ДМ - демультиплексор;

Рис.1. Структурная схема многоканального цифрового устройства

Описание работы устройства. Многоканальное цифровое устройство работает следующим образом. С генератора импульсов ГИ на вход делителя частоты ДЧ поступают тактовые импульсы с высокой частотой. Делитель частоты ДЧ уменьшает частоту следования импульсов в соответствии с заданной длительностью работы одного канала. Затем импульсы поступают на счетчик импульсов СИ. На выходе счетчика импульсов получается двоичный код, который подается на преобразователь кода ПК1, мультиплексор МП и демультиплексор ДМ. Преобразователь кода преобразует двоичный сигнал в двоично-десятичный, который затем преобразуется, с помощью преобразователя кода ПК2, в семисегментный код. Далее семисегментный код подается на индикаторное устройство ИУ. Индикаторное устройство отображает номер работающего в данный момент канала, определяемого мультиплексором МП и демультиплексором ДМ. Цифровое анализирующее устройство ЦАУ анализирует информацию поступающую с рабочего канала (поскольку построение цифрового анализирующего устройства выходит за рамки курса "Цифровая схемотехника", в данном курсовом проекте не реализуется).

Разработка узлов устройства

Генератор импульсов ГИ. Для обеспечения работы каждого канала в течении десяти секунд необходимо, чтобы тактовые импульсы поступали на счетчик импульсов с частотой f_р, определяемой по формуле f_р=1/t_р=1/10= 0,1 Гц.

Чтобы определить частоту генерации импульсов f_г генератором, зададимся коэффициентом деления делителя частоты ДЧ k=10⁴, следовательно, частота f_г=1000 Гц.

На рис.2 приведена схема генератора импульсов:

Рис.2. Схема генератора импульсов

Замечание: Позиционное обозначение элементов на рисунках соответствует обозначению, принятому на принципиальной схеме.

Для такого генератора импульсов частота генерации f_г определяется по формуле: f_г = 1/(3RC).

В качестве элемента DD1 возьмем микросхему К155ЛН1. Она представляет собой шесть независимых инверторов. Чтобы вывести рабочую точку одного такого инвертора на линейный участок передаточной характеристики, необходимо номинал R1 выбрать равным 220 Ом. Поэтому С1 = 1/(3R1 f_г) = 1/(3·220·1000)= 1,5мкФ.

Делитель частоты ДЧ. Делитель частоты реализуется на основе асинхронного счетчика. Поскольку элементы генератора импульсов ГИ рассчитаны с учетом коэффициента деления частоты k=10⁴, для реализации делителя частоты используется 4 последовательно соединенных асинхронных 4-х-разрядных счетчика ИС К155ИЕ2 (рис.3). Одна такая микросхема позволяет разделить частоту импульсов на десять. Поскольку первый триггер микросхемы не соединен с тремя остальными, необходимо вывод 1 подсоединить к выводу 12.

Рис.3. Схема делителя частоты

Счетчик импульсов. Для счета импульсов реализуем счетчик с параллельным переносом. Для того чтобы организовать счет от 1 до 11 необходимы n счетных триггеров. Счет ведется, начиная с единицы, так как если его осуществлять с нуля, то при реализации индикации нужно дополнительное устройство, осуществляющее инкремент двоичного кода. Число n находится из условия: 2^n-1<N<2ⁿ, где N=K_сч - коэффициент пересчета.

Так как количество каналов N=11, n=4. Т.е. необходимо 4 счетных триггера. Счетный триггер реализуем на D-триггере.

В силу того, что N<2⁴=16, необходим счетчик с произвольных коэффициентом пересчета, а именно K_сч=11. Для этого проанализируем поразрядно состояния счетчика в таблице 1.

Таблица 1 - Состояния счетчика
N	1    0    1    1
N+1	1    1    0    0
1	0    0    0    1
	с   з   би з

Из таблицы видно, что для принудительного перевода счетчика в состояние 1 из состояния N необходимо организовать сброс с четвертого разряда, организовать запрет для первого и третьего разрядов и оставить без изменения второй разряд. С учетом этого принципиальная схема счетчика импульсов будет иметь вид, представленный на рис.4.

Рис.4. Счетчик импульсов с K_сч=11

Элементы DD6 и DD7 реализуем на 2 микросхемах К155ЛА4, каждая из которых представляет собой три трехвходовых логических элемента И-НЕ. Для реализации D-триггеров DD8 и DD9 используем 2 микросхемы К155ТМ2, каждая из которых представляет собой два независимых синхронных D-триггера. Логический элемент DD10 реализуем на микросхеме К155ЛР11.

Преобразователь двоичного кода в двоично-десятичный. Для того чтобы показать номер работающего канала на индикаторном устройстве, необходимо сначала двоичный код преобразовать в двоично-десятичный. Для этой цели будем использовать микросхему К155ПР7 (рис.5). Она представляет собой постоянное запоминающее устройство, программирование которой произведено на заводе-изготовителе. Одну микросхему К155ПР7 можно использовать для преобразования двоичного кода чисел 0-63 в двоично-десятичный. Поскольку количество каналов устройства N меньше 63, поэтому необходима всего лишь одна такая микросхема.

Так как младшие разряды двоичного и двоично-десятичного кодов всегда совпадают, на микросхему поступают только старшие разряды двоичного кода X, начиная со второго, на выходе получается двоично-десятичный код числа Y.

Рис.5. Преобразователь двоичного кода в двоично-десятичный

Преобразователь двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора. Для преобразования двоичного кода в семисегментный используем микросхему К155ПП4.  Ее выходы представляют собой выходы с открытыми коллекторами, поэтому для подключения к ним семисегментного индикатора необходимо между преобразователем и индикатором поставить резисторы, которые ограничивают ток, втекающий в преобразователь. Номиналы резисторов выбираются с учетом рабочего тока индикатора. В качестве индикатора выбираем АЛC324Б. Он представляет собой набор светодиодов с общим анодом. Его рабочий ток Iр=20мА. Цвет свечения – красный. Включение преобразователя и индикатора показано на рис.6.

Рис.6. Включение преобразователя и семисегментного ндикатора

Так как падения напряжения на светодиоде и на открытом транзисторе преобразователя малы, номинал резисторов можно определить по формуле R= U_п/I_р= 5/0,02=250 Ом, где  U_п - напряжение питания, В; I_р - рабочий ток индикатора, А. С учетом принятых допущений реальный ток индикатора будет несколько меньше, что незначительно повлияет на яркость свечения индикатора.

Поскольку для индикации номера работающего канала необходимо два десятичных разряда, необходимо два набора схем (рис.6).

Мультиплексор. Для последовательного сбора информации из 11 каналов используется мультиплексор. Для реализации 11-ти-входового мультиплексора используем одну микросхему (К155КП1). К155КП1 представляет собой 16-входовой цифровой мультиплексор. Включение показано на рис.7.

Рис.7. Мультиплексор на 11 входов

Когда A5 имеет низкий уровень, на вход Е мультиплексора DD14 поступает логический ноль, который разрешает его работу, а на вход Е мультиплексора DD11 приходит логическая единица, запрещающая работу. Когда A5 имеет высокий уровень, рабочим мультиплексором оказывается DD12, а DD14отключен. Информация с обоих мультиплексоров собирается через элемент 2И в одну общую линию. Следует отметить, что поскольку счетчик импульсов СИ в процессе работы не принимает нулевого состояния, вход первого мультиплексора, соответствующий нулевому адресу, занулен.

Демультиплексор. В отличие от мультиплексора, демультиплексор выполняет обратную функцию – распределяет информацию с одной общей линии в несколько каналов, в соответствии с адресным кодом. По аналогии, для реализации 11-входового демультиплексора возьмем одну микросхему К155ИД3. Включение показано на рис.8.

Рис.8. Демультиплексор на 11 выходов

Таблица 2

Позиционное обозначение	Наименование	Количество	Примечание
	Конденсаторы
С1	К10-17а-Н90-1,5 мкФ±10%	1
С2…С22	К10-17а-Н90-0,1 мкФ±10%	11
	Резисторы
R1	МЛТ – 0,125 – 220 Ом ± 5%	1
R2…R5	МЛТ – 0,5 – 1,3 КОм ± 10%	4
R6…R19	МЛТ – 0,125 – 250 Ом ± 10%	14
	Микросхемы
DD1	К155ЛН1	1
DD2…DD5	К155ИЕ2	4
DD6, DD7	К155ЛА4	2
DD8, DD9	К155ТМ2	2
DD10	К155ЛР11	1
DD11	К155ПР7	1
DD12, DD13	К155ПП4	2
DD14	К155КП1	1
DD15	К155ИД3	1
	Индикаторы
HG1, HG2	АЛC324Б	2

Рис.8. Принципиальная схема проектируемого устройства

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проектируемое многоканальное цифровое устройство позволяет осуществлять передачу цифровых данных от одних устройств к другим по 11 каналам с одновременной их обработкой (цифровое анализирующее устройство ЦАУ). Время работы одного канала составляет 10с. При этом существует возможность отображения номера работающего канала с помощью семисегментных индикаторов.

В данной работе 11-ти-канальное цифровое устройство реализовано на микросхемах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Популярные цифровые микросхемы. В. Л. Шило. - Ч:.«Металлургия» 1989. 352с.

2. Микросхемотехника. Алексенко А.Г., Шагурин И.И. – М.: Радио и связь, 1990.

3. Аналоговая и цифровая электроника Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 768 с.: ил.

4. Основы промышленной электроники. Руденко В. С., Сенько В. И., Трифонюк В. В.-К.: Вища шк. Головное изд-во, 1985.-400 с.

5. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Якубовский С.В., Ниссельсон Л.И., Кулешова В.И. – М.: Радио и связь, 1989. – 496 с.: ил.

13