Автор работы: Пользователь скрыл имя, 25 Января 2011 в 15:15, курсовая работа
В данном курсовом проекте согласно техническому заданию требуется разработать схему МГИС в двух вариантах.
В первом варианте на логических ИМС серии 155 с четырьмя выходными каналами (аналоговый, ТТЛ, КМОПТЛ, ЭСЛ) и заданными требованиями к нестабильности (при «расширении» длительность информационной части не более 199 мкс; при «сжатии» длительность импульсов и пауз не менее 1 мкс). При этом максимальное число корпусов без учета ОУ и ПУ ЭСЛ равно 6.
Во втором варианте на любых ИМС (кроме 155РЕ3) с одним выходом ТТЛ и схема управления без буферных элементов. При этом максимальное число корпусов равно 4.
В обоих вариантах есть два режима работы: автоматический и ручной. В любом режиме первый запуск от кнопки «пуск», переключение режимов с помощью тумблера.
1. Введение…………………………………………………………………….4
2. Вариант №1…………………………………………………………………5
2.1. Разработка функциональной схемы 1-го варианта…………………...5
2.2. Разработка принципиальной схемы 1-го варианта……………………5
2.2.1. Схема автоматической установки нуля……………………………..5
2.2.2. Схема устранения дребезга контактов………………………………6
2.2.3. Управляемый генератор импульсов…………………………………7
2.2.4. Устройство управления………………………………………………7
2.2.5. Формирование заданных импульсов………………………………...8
2.2.5.1. ФКИ1…………………………………………………………….....8
2.2.5.2. ФКИ2…………………………………………………………….....8
2.2.5.3. ФКИ3…………………………………………………………….....9
2.2.5.4. ФКИ4………………………………………………………………10
2.2.5.5. ФКИ5………………………………………………………………10
2.2.5.6. СЗ1…………………………………………………………………11
2.2.5.7. СЗ2…………………………………………………………………11
2.2.5.8. Монтажное «И»…………………………………………………..12
2.2.6. Анализ нестабильности временных диаграмм…………………….12
2.2.7. Устройство формирования сигналов……………………………….13
2.2.7.1. Монтажное «И»…………………………………………………..13
2.2.7.2. Буферный элемент ТТЛ………………………………………….14
2.2.7.3. Преобразование уровня ТТЛ-ЭСЛ……………………………...14
2.2.7.4. Преобразование уровня ТТЛ-КМОТЛ………………………….14
2.2.7.5. Расчет буфера аналогового выхода……………………………..15
3. Вариант №2…………………………………………………………...……17
3.1. Разработка функциональной схемы 2-го варианта…………………..17
3.2. Разработка принципиальной схемы 2-го варианта…………………..17
3.2.1. Управляемый генератор импульсов……………………………….18
3.2.2. Таблица прошивки ППЗУ………………………………………….19
4. Заключение………………………………………………………………...20
5. Литература…………………………………………………………………20
6. Графический материал……………………………………………………21
6.1. Функциональные схемы…...……..…..………………………………..21
6.2. Временные диаграммы……………………..………………………….22
6.3. Принципиальная схема 1-го варианта…..……………………………26
6.4. Принципиальная схема 2-го варианта…..……………………………27
7.1. Спецификация элементов 1-го варианта………………………………28
7.2. Спецификация элементов 2-го варианта….…………………………...29
Примем R15=910 Ом
и рассчитаем С10.
Проверим время
восстановления:
2.2.5.8. Монтажное «И».
Реализовано с помощью двух инверторов с открытым коллектором DD3.5 и DD3.6 155ЛН5.
Монтажное «И» реализует функцию , где сигналы от ФКИ3, ФКИ5 соответственно.
«Вилка» для
R18:
Где для ЛН5
Примем
2.2.6. Анализ нестабильности временных диаграмм
Согласно техническому заданию на нестабильность влияют 3 фактора: разброс напряжения порога (0.8-2)В, разброс номиналов резисторов и конденсаторов , нестабильность питания .
Для ФКИ
Для СЗ
ФКИ1:
ФКИ2:
В ФКИ2 используется переменный резистор, поэтому .
ФКИ3:
ФКИ4:
СЗ1:
СЗ2:
Таким образом
выполняются требования к нестабильности:
при «расширении» длительность информационной
части не более 199 мкс и при
«сжатии» длительность импульсов и
пауз не менее 1 мкс.
2.2.7. Устройство формирования сигналов.
2.2.7.1. Монтажное «И».
Реализовано с помощью четырех инверторов с открытым коллектором DD5.1, DD5.2, DD5.3 и DD5.4 155ЛН5.
Монтажное «И» реализует функцию , где сигналы от ФКИ1, ФКИ4, и СЗ1 соответственно.
«Вилка» для
R25:
Где для ЛН5
Примем
2.2.7.2. Буферный элемент ТТЛ
В качестве буферного
элемента ТТЛ используется элемент
DD2.4 155ЛЕ5, имеющий коэффициент разветвления
30.
2.2.7.3. Преобразование уровня ТТЛ-ЭСЛ
В качестве буфера
ЭСЛ канала используется элемент
DD6.1 500ПУ124, который преобразует уровень.
Выход снимается с инверсного выхода элемента.
2.2.7.4. Преобразователь уровня ТТЛ-КМОПТЛ
В качестве буфера КМОПТЛ канала используется элемент DD5.6 155ЛН5 инвертор с открытым коллектором.
Требования к каналу:
Для ЛН5: .
При выходной единицы:
Ток через резистор R28:
Напряжение на резисторе должно быть
Таким образом
При выходном нуле:
Нагрузка на инвертор:
Следовательно
Примем R28=10кОм.
2.2.7.5. Расчет буфера аналогового выхода.
На выходе ОУ
реализуется функция:
Где – коэффициенты, сигналы с ФКИ1, СЗ1, ФКИ4, , СЗ2 соответственно, а .
Для нахождения
коэффициентов
составим систему уравнений:
Решая данную систему
получим:
Рассчитаем балансировочный
коэффициент:
Расчет :
Расчет остальных
резисторов по формуле
Расчет суммарных
сопротивлений на прямом и инверсном выходах:
Расчет погрешности
небаланса:
Критерием выбора ОУ является максимальное выходное напряжение.
В качестве ОУ примем
140УД11, который имеет максимальный выходное
напряжение 12В.
3.
Вариант №2.
3.1. Разработка функциональной схемы 2-го варианта.
В схему многоканального генератора импульсных сигналов входят:
В исходном состоянии (САУН не заряжена) комбинация входных сигналов устанавливает RS триггер с инверсными входами в состояние логической единицы, запрещающее работу управляемого генератора импульсов. Когда САУН зарядится, триггер перейдет в режим хранения (т.е. состояния не изменится). При нажатии кнопки «пуск» СУДК формирует импульс длительностью 10 мкс, который сбрасывает триггер в состояние логического нуля, разрешающее работу генератора. Генератор вырабатывает импульсы с частотой 50 кГц. Импульсы с прямого выхода генератора поступают на адресный вход A0 микросхемы памяти. А с инверсного выхода на вход «+1» двоично-десятичного счетчика, который меняет своё состояние по положительному фронту импульсов. Выходы счетчика подаются на адресные входы A1-A4 микросхемы памяти. Адресный вход A5 используется для того, чтобы в ручном режиме на выходе F2 перед нажатием кнопки «пуск» была логическая единица, чтобы была возможность запустить генератор. Таким образом, используются 21 ячейка памяти. Согласно таблице прошивки на выходе F1 микросхемы памяти присутствует либо 0, либо 1. А на выходе F2 в определенный момент времени формируется сигнал на останов генератора, если схема работает в ручном режиме. Этот сигнал поступает на триггер и переводит его в режим логической единицы, запрещающей работу генератора.
3.2. Разработка принципиальной схемы 2-го варианта.
САУН, СУДК и устройство управления такие же как в первом варианте.
Двоично-десятичный счетчик реализован на DD3 155ИЕ6. На входах V и « -1» присутствует логическая единица, для того чтобы счетчик работал в режиме прямого счета. Т.к. после включения счетчик может находиться в любом состоянии, то на его вход R подаётся сигнал с прямого выхода триггера. Когда на выходе триггера логическая единица, работа генератора запрещена и счетчик устанавливается в «0».
Память
реализована на DD4 КР556РТ11 , в которой
используется шесть первых адресных входов.
На остальные адресных входах присутствует
логический ноль. На инверсных входах
выбора кристалла
и присутствует логический
ноль.
3.2.1. Управляемый генератор импульсов.
Генератор формирует меандр с периодом 20 мкс. Работа генератора разрешается путем подачи на его управляющий вход логического нуля и запрещается путем подачи логической единицы. В генераторе используется кварцевый резонатор ZQ1 с частотой 50 кГц.
T=20 мкс
Для ЛЕ1
Примем R4=R5=910
Ом и рассчитаем C3:
3.2.2. Таблица прошивки ППЗУ.
| A4 – A7 | A5 | A4 | A3 | A2 | A1 | A0 | ||
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
4. Заключение.
В итоге разработано два варианта генератора импульсной последовательности.
В первом варианте на шести логических ИМС 155 серии, одном операционном усилителе и одной ИМС 500 серии (преобразователь уровня ТТЛ-ЭСЛ), с четырьмя выходными каналами: аналоговым, ТТЛ, КМОПТЛ и ЭСЛ.
Во втором варианте
устройство реализовано на четырех
ИМС высокой степени интеграции
и одним каналом ТТЛ.
5. Литература.
1) В.Л. Шило «Популярные цифровые микросхемы: Справочник», М.: Радио и связь, 1987.
2) Е. А. Зельдин:
«Цифровые интегральные
Функциональная схема первого варианта
Функциональная
схема второго
варианта
Временные диаграммы первого варианта
Номинал
Временные
диаграммы при
«расширении»
Временные
диаграммы при
«сжатии»