Министерство  РФ по связи и информатизации 

Поволжская  государственная академия телекоммуникаций

и информатики 
 
 

Кафедра “Вычислительная техника” 
 

    Сдана на проверку                                                               Допустить к защите

     “___”  _________2004г.                                                      “___” _________2004г. 
 

                                                                                         Защищена с оценкой

                                                                                           “___” _________2004г. 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 
 

“Разработка формирователя сигналов на однокристальном  микропроцессоре”. 
 

Пояснительная записка 

на 26 листах. 
 
 
 

Студент группы  24 «О»               Потапов В.А.            № зачётной книжки 023465

Руководитель                                  Куляс О.Л.

 
 
 
 
 
 
 

Самара. 2004г.

Рецензия

Содержание. 
 

1. Задание на выполнение  курсовой работы.

   Необходимо разработать  формирователь двух сигналов периодического цифрового четырехразрядного сигнала , имитирующего работу четырехразрядного  двоичного счетчика с заданным модулем счета, и непериодического аналогового напряжения сложной формы , используя аппаратный и программно-аппаратный способ реализации.

   Обобщенная структурная схема формирователя реализованного аппаратным способом на «жесткой логике» представлена на рис.1.

   Устройство  состоит из генератора тактовых импульсов (ГТИ), счетчика импульсов (СТ), преобразователя кодов (ПК) и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

   Формирователь сигналов работает следующим образом: импульсы с выхода генератора с периодом следования поступают на 4-х разрядный счетчик, который с каждым импульсом изменяет свое состояние на единицу. На выходах счетчика формируются заданные последовательности четырехразрядных сигналов . Затем, с помощью преобразователя кодов, эти последовательности преобразуются в восьмиразрядные последовательности сигналов , которые управляют работой ЦАП. С выхода ЦАП снимается пропорциональное входным восьмиразрядным последовательностям аналоговое напряжение заданной величины и формы .

   Дополнительные  входы счетчика предназначены: – для установки начального состояния счетчика. При активном уровне на выходах формирователя должны появиться сигналы, соответствующие и ;

     – для принудительной остановки работы. При активном уровне формирователь должен приостановить работу до получения дальнейших инструкций. 

2.1. Определение цифровых  последовательностей  на входах ЦАП.

   Для того, чтобы ЦАП  мог формировать аналоговые напряжения необходимой величины , на его цифровые входы необходимо подавать пропорциональные этим напряжениям двоичные коды . Для определения этих кодовых комбинаций найдём напряжение , соответствующее единице младшего значащего цифрового разряда на входе ЦАП, как:

      

где и - минимальное и максимальное напряжения на выходе ЦАП, n - разрядность используемого ЦАП.

 

Значения  цифрового кода вычисляются по формуле:

где - целая часть числа а.

     Второе слагаемое учитывает начальное смещение цифрового кода, так как последний является только положительным, а напряжение на выходе ЦАП может иметь различную полярность. Для заданных значений , и   его значение постоянно и равно 128.

      Для определения цифровых последовательностей  необходимо воспользоваться соотношением:

    

т.е. перевести  значения цифрового кода в двоичную систему счисления.

      Таким образом, таблица исходных данных будет  иметь следующий вид: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 1. Исходные данные для проектирования

В соответствии с вариантом временная диаграмма  напряжения на выходе ЦАП будет иметь следующий вид (рис.2): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.2.Синтез  преобразователя  кода. 

   Согласно схеме, показанной на рис.1, восьмиразрядные кодовые комбинации Y(i) формируются преобразователем кода из четырехразрядных кодовых комбинаций Q4Q3Q2Q1, получаемых на выходе счетчика. Таблица 1 связывает сигналы на входе преобразователя кода Q4Q3Q2Q1 с выходными сигналами Y8Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1 и является таблицей истинности КЦУ с четырьмя входами и восемью выходами.

   В процессе синтеза преобразователя  кода произведем:

1. минимизацию логических функций Y1=f(Q4,Q3,Q2,Q1), Y2=f(Q4,Q3,Q2,Q1), ... , Y8=f(Q4,Q3,Q2,Q1) методом карт Карно, используя покрытие единиц или нулей карты. При этом учтём, что эти функции являются не полностью определенными.
2. преобразуем минимизированные логические выражения в базис ИЛИ-НЕ.
3. построим функциональную схемы преобразователя кодов, выбрав для реализации логических функции такие варианты, которые требуют минимального числа корпусов интегральных микросхем (ИМС) ТТЛ серий К155.

   Выполним  необходимые расчеты

 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 

   По  полученным выражениям составим структурную  схему преобразователя кода (Рис.3): 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 

2.3. Синтез счётчика  импульсов.

   В качестве счётчика импульсов используем интегральную микросхему К555ИЕ7. Обозначение  и функциональная схема синтезируемого счетчика показана на рис.4

   Это четырехразрядный асинхронный реверсивный  счётчик с возможностью предустановки. Модуль счета счетчика 16, т.е. при работе в режиме счета он последовательно переходит из одного состояния в другое начиная с состояния 0₁₀ =0000₂ и заканчивая состоянием 15₁₀ == 1111₂.

   Выводы  счетчика имеют следующее назначение:

   Входы "D1", "D2", "D4" и "D8" предназначены для предварительной установки состояния счетчика. На эти выводы подается четырехразрядная кодовая комбинация, которую можно загрузить в счетчик.

   Вход "L" – вход разрешения предустановки. При подаче логического "0" установленная на входах предустановки комбинация записывается в триггеры счетчика и появляется на выходах.

   Входы "+1" и "-1" - суммирующий и вычитающий входы счетчика соответственно. Срабатывание счетчика происходит при положительном перепаде напряжения на одном из входов. При этом на неиспользуемый вход должен подаваться уровень логической "1".

   Вход "R" - асинхронный вход сброса всех триггеров счетчика в состояние 0. Сброс осуществляется подачей логической "I".

   Выходы "1", "2", "4", "8" - прямые выходы разрядов счетчика.

   На  выходах "≥15" и "≤0" – формируются сигналы логического "0" при достижении максимального и минимального состояний счетчика соответственно.

   Напряжение  питания счетчика +5 В, потребляемый ток 34 мА.