Курсовая работа по схемотехнике icon

Курсовая работа по схемотехнике



Смотрите также:


Курсовая работа по схемотехнике.

ОГЛАВЛЕНИЕ



Х. Усилитель. 5

Х. Формирователь цифровых импульсов (триггер Шмидта). 6

Х. Разрешающая схема И. 7

Х. Генератор счетных импульсов. 7

Х. Счетчик импульсов. 8

Х. Цифровой компаратор и задание опорного кода. 10

Х. Формирователь маркера. 12

Х. Формирование сигнала сброса и блок питания. 13

Принципиальная электрическая схема 13

Заключение 16

Библиографический список 16

Спецификация……………………………………………………………………………….17


Задание
Спроектировать устройство для выделения из последовательности импульсов амплитудой 30/70 мВ и длительностью tи = 10/100 мс, импульсов длительностью tи ≤ 24 мс. Минимальная пауза между импульсами (T – tи) ≥ 0,1 мс.

Нормированный импульс на выходе(маркер) :
а) амплитуда Uнорм. = 5В;
б) длительность – 10 мкс.


^ Список принятых сокращений


Т – таймер;

Г – генератор;

CT – счетчик;

DC –дешифратор;

& – разрешающая схема И;

ОУ – операционный усилитель;

К – компаратор;

ТШ – триггер Шмидта;

УС – усилитель;

Ф – формирователь.

Введение

В разных областях применения электронной техники возникает задача измерять длительности импульсов, а также выделять импульсы различных длительностей. Существуют специальные схемы – селекторы импульсов по длительности, с помощью которых можно выделить импульсы больше, меньше или равные заданным.

Такие схемы находят применение в системах связи для декодирования информационных сигналов, в системах цифровой обработки изображения и звука, в измерителях различных временных и частотных характеристик электрических цепей и т. п.

Разработка данного устройства и является целью настоящей работы. Во всех узлах схемы будут примениться цифровые микросхемы серии 155 и аналоговые – серии 140.


^ Выбор и обоснование функциональной схемы

Принципиальная схема основана на цифровом измерителе длительности импульсов методом их заполнения счетными короткими импульсами относительно высокой частоты, к выходу которого подключен цифровой компаратор, запускающий в случае положительного результата сравнения измеренной длительности с заданной формирователь эталонного выходного импульса. Функциональная схема селектора изображена на рис. Х.




^ Рис. 1. Функциональная схема устройства


Сигнал со входа устройства поступает на усилитель УС, где происходит его усиление до величин уровня сигнала, соответствующих цифровым уровням ТТЛ-микросхем. Формирование цифровых уровней и формы сигнала происходит в триггере Шмидта ТШ. Сформированные прямоугольные сигналы ТТЛ-уровней поступают на один из входов схемы И &, на втором входе которой постоянно присутствуют счетные импульсы с генератора Г. Схема И пропускает счетные импульсы на свой выход только во время действия сигнала на втором входе (импульсов со входа селектора).

Счетчик СТ считает импульсы за время действия сигнала. Двоичный код с выходов счетчика поступает на первую шину цифрового компаратора К, на вторую шину которого постоянно воздействуют уровни, заданные задатчиком З как набор эталонного кода для сравнения (в общем случае входы шины подключаются к земле или источнику питания в зависимости от уровня требуемого двоичного сигнала на конкретном входе).

Выходной сигнал с компаратора воздействует на формирователь Ф выходного маркера (нормированного импульса). Счет в счетчике СТ происходит последовательно, поэтому во время счета код на выходах счетчика будет меняться, может измениться и состояние выхода компаратора в процессе счета. Нас интересует состояние выходов компаратора по окончании входного импульса, поэтому задний фронт этого импульса с выхода ТШ разрешает формирователю Ф реагировать на состояние компаратора. Таким образом, формирователь выдает маркер только при наличии обоих входных импульсов – положительного результата сравнения с компаратора и заднего фронта входного импульса с ТШ.

Необходимо также позаботиться о быстром автоматическом обнулении счетчика СТ по окончании входного импульса и окончании процесса обработки результатов измерений, поскольку интервал между входными импульсами может быть весьма мал (см. Задание). Обнулить счетчик можно с помощью того же заднего фронта входного импульса, задержанного на время, достаточное для обработки результатов счета, но не превышающее десятков микросекунд. На функциональной схеме данные цепи не указаны для простоты ее восприятия при изучении общего принципа работы селектора.

Рассмотрим каждый узел в отдельности, выберем его принципиальную схему и рассчитаем номиналы элементов.


Выбор и расчет узлов принципиальной схемы
^

Х. Усилитель.



В качестве усилителя применим неинвертирующие каскады на ОУ. Схема одного такого каскада приведена на рис. Х.



^ Рис. Х. Неинвертирующий усилительный каскад постоянного тока на ОУ Посчитаем число каскадов усиления. Мы должны получить из сигнала амплитудой ХХ...ХХ мВ сигнал амплитудой, достаточной для срабатывания цифрового триггера Шмидта на элементе ТТЛ. Напряжение его включения – Х,Х В, напряжение отпускания – Х,Х В, поэтому «нулевой» уровень входного сигнала должен усиливаться до уровня меньшего, чем это напряжение. В общем случае входной сигнал вне импульса равен нулю, однако лучше не слишком переусиливать сигнал – достаточно будет, если уровень ХХ мВ будет усиливаться до Х,ХХ В. Тогда коэффициент усиления = Х,ХХ/Х,ХХХ = ХХ. Для обеспечения такого коэффициента усиления достаточно одного каскада на ОУ. При этом сигнал амплитудой ХХ мВ усилится до Х,ХХХ х ХХ = Х,ХХ В, что не выходит за рамки ТТЛ-уровней.

Коэффициент усиления (см. рис. Х)

.

Рассчитаем номиналы элементов. Пусть RХ = ХХ кОм. Тогда RХ = ХХХ кОм.
^

Х. Формирователь цифровых импульсов (триггер Шмидта).


Для формирования резких фронта и спада импульса и обеспечения уровней ТТЛ-сигналов используем триггер Шмидта на специализированной микросхеме КХХХТЛХ (рис. Х).



^ Рис. Х. Триггер Шмидта КХХХТЛХ: а) схема разводки выводов ИМС, б) – передаточная характеристика


Микросхема содержит шесть триггеров Шмидта с инверсией сигнала на выходе. Время распространения сигнала не превышает ХХ нс, выходные уровни увеличены, что повышает помехоустойчивость. Незадействованные элементы можно использовать в качестве обычных инверторов, если в этом возникнет необходимость. О передаточной характеристике ТШ мы говорили в п. Х при выборе коэффициента усиления усилителя.
^

Х. Разрешающая схема И.



Самый простой узел данной схемы, в задачу которого входит разрешение прохождения последовательности счетных импульсов с генератора Г на вход счетчика СТ во время действия входного импульса с выхода ТШ. Поскольку полярность импульсов с генератора для счета значения не имеет, в качестве данного узла можно применить стандартный элемент ТТЛ-логики ХИ-НЕ на ИМС КХХХЛАХ (см. п. Х). Данный элемент формирует на выходе логический Х, только когда логическая Х присутствует на обоих его входах. В остальных случаях на выходе будет логическая Х. То есть, подавая на один из входов элемента ХИ-НЕ сигнал с выхода ТШ положительной полярности (для чего его нужно инвертировать вторым ТШ), мы получим на выходе элемента инверсную последовательность счетных импульсов во время его действия.
^

Х. Генератор счетных импульсов.



Применим в качестве генератора счетных импульсов стандартную схему цифрового автогенератора на ТТЛ-элементах (рис. Х).



^ Рис. Х. Генератор импульсов на ТТЛ-элементах


Выберем частоту генерации и рассчитаем номиналы элементов.

Длительность входных импульсов – от ХХ до ХХХ мс, выделить нужно импульсы длительностью, меньшей или равной ХХ мс, то есть от ХХ до ХХ мс включительно. Проще всего выбрать такой период генерации автогенератора, чтобы импульс длительностью ХХ мс заполняло ХХ счетных импульсов, а ХХХ мс – соответственно ХХХ. Для сравнения выходного кода счетчика, соответствующего ХХХ импульсам счета, одного корпуса четырехвходового компаратора (см. п. Х) недостаточно (ХХ = ХХ), придется использовать два корпуса, значит, максимальное значение сравниваемых чисел = ХХ = ХХХ. Таким образом, без увеличения числа элементов частоту генерации можно увеличить вдвое: длительности ХХ мс будет соответствовать ХХ импульсов, ХХ мс – ХХ импульсов, ХХХ мс – ХХХ импульсов < ХХХ. Увеличение частоты вызовет уменьшение погрешности селектора, связанной с несовпадением начала действия импульса на его входе и импульса счета, вследствие которой один импульс может «потеряться».

Следовательно, ХХ импульсов за ХХ мс соответствуют периоду генерации Х,Х мс, или частоте автогенератора Х кГц.

Емкость конденсатора СХ на рис. Х должна быть при этом равна Х,ХХ мкФ.
^

Х. Счетчик импульсов.



В качестве счетчика применяем микросхему КХХХИЕХ, представляющую собой двоичный четырехразрядный счетчик (рис. Х). В нашей схеме понадобится последовательно включить две такие микросхемы.

Схема внутренней структуры счетчика, его цоколевка и назначение выводов приведены на рис. Х. Счетчик состоит из четырех счетных триггеров, первый из которых отсоединен от цепочки остальных. Для работы микросхемы в качестве четырехразрядного счетчика необходимо соединить выводы Х и ХХ. Таблица Х представляет собой таблицу выбора режимов работы счетчика, таблица Х поясняет процесс счета. Из данных таблиц полностью понятен принцип работы и особенности данной микросхемы. Для соединения двух микросхем выход ХХ одной из них необходимо соединить со входом ХХ другой (старшей).



^ Рис. Х. Счетчик КХХХИЕХ, назначение выводов и структура


Таблица Х. Режим работы КХХХИЕХ.




Таблица Х. Последовательность счета КХХХИЕХ.


^

Х. Цифровой компаратор и задание опорного кода.


В качестве компаратора применим две последовательно соединенные микросхемы КХХХСПХ (см. п. Х – объяснение необходимости применения двух ИМС). Микросхема имеет ХХ входов. Четыре пары входов принимают для анализа два четырехразрядных слова АХ – АХ и ВХ – ВХ. Три входа I(AB), I(A=B) нужны для увеличения разрядности компаратора, т. е. наращивания входов. Компаратор имеет три выхода результатов анализа: AB. Все возможные комбинации входных и выходных сигналов приведены в табл. Х. Внутренняя структура и цоколевка компаратора представлена на рис. Х. Мы будем применять простейшую последовательную схему наращивания двух ИМС, включив выходы первой к одноименным входам наращивания второй. При этом входы наращивания первой микросхемы должны подключаться к уровням: I(AB) – высокому, I(A=B) – низкому.


Таблица Х. Последовательность работы компаратора СПХ.




Для задания опорного кода вспомним из п. Х, что он должен соответствовать числу ХХ. Изучив таблицу Х и представив работу компаратора в том случае, когда опорный код подан на входы А, а счетный код – на входы В, мы выбираем целесообразным принять двоичный опорный код равным десятичному эквивалентному числу ХХ. Тогда в качестве выходного сигнала можно использовать единственный выход компаратора – выход A>B старшей из ИМС. Высокий уровень на этом выходе говорит о соблюдении условия сравнения (длительность сигнала меньше или равна ХХ мс). Тогда на входы А нужно подать следующий двоичный код (от старшего разряда к младшему): ХХХХХХХХ. Единица соответствует подключению входа к источнику питания, ноль – к земле.




Рис. Х. Микросхема КХХХСПХ – внутренняя схема (а) и цоколевка (б)
^

Х. Формирователь маркера.


Для формирования импульса амплитудой Х В и длительностью ХХ мкс используем микросхему мультивибратора КХХХАГХ (рис. Х), включенную в режиме одновибратора.



^ Рис. Х. КХХХАГХ: структура (а), схема включения (б) и номограмма для выбора R и С (в)


Работу ждущего мультивибратора поясняет таблица Х и рис. Х (эпюры напряжений в зависимости от полярности входных сигналов).

Номиналы элементов для нашей схемы должны быть следующие (см. номограмму): R = Х,Х кОм, С = Х,ХХ мкФ.


Таблица Х. Управление и сигналы ждущего мультивибратора АГХ.






Рис. Х. Диаграммы запуска АГХ
^

Х. Формирование сигнала сброса и блок питания.


Для формирования сигнала сброса можно использовать тот же ждущий мультивибратор КХХХАГХ, запускаемый спадом входного импульса, с дифференцирующей цепочкой на инверсном выходе (см. принципиальную схему). Длительность импульса одновибратора – те же ХХ мкс.

Блок питания собран по стандартной схеме (см. принципиальную схему) и вырабатывает напряжения +Х В для питания цифровых ИМС и биполярное ХХ В для питания ОУ. Все напряжения стабилизированы.
^

Принципиальная электрическая схема



Принципиальная электрическая схема прибора представлена на рис. ХХ. На рис. Х приводятся эпюры сигналов в характерных точках схемы.




^ Рис. Х. Эпюры сигналов по схеме



Заключение


Принципиальная схема селектора, построена в основном на ИМС серии КХХХ (цифровая ТТЛ логика). В устройстве используется предварительное усиление и формирование сигнала, заполнение его по длительности счетными импульсами, подсчет числа этих импульсов и сравнение кода счетчика в цифровом компараторе. Для формирования выходного маркера и задержки сигнала сброса счетчиков применяются ждущие мультивибраторы.

Данное устройство устанавливается в любой подходящий по размерам корпус.
^

Библиографический список





  1. Алексеев А.Г., Войшвилло Г.В. Операционные усилители и их применение. – М.: Радио и связь, ХХХХ.

  2. Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение. – М.: Радио и связь, ХХХХ.

  3. Дмитриев Ю.И., Неделин П.Н. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника.-СПбГУАП, ХХХХ.

  4. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая схемотехника: Учебник для ВУЗов. М: Горячая линия – Телеком, ХХХХ.

  5. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. СПб: БХВ-Санкт-Петербург, ХХХХ

  6. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. – М.: Радио и связь, ХХХХ.




Поз.
обозн.



Наименование


Кол-во


Прим




Резисторы









МЛТ-Х,ХХ-ХХ кОмХХ%

Х






МЛТ-Х,ХХ-ХХХ кОмХХ%

Х






СПХ-ХХ-ХХ кОмХХ%

Х




RХ, RХ

МЛТ-Х,ХХ-ХХХ ОмХХ%

Х




RХ, RХ

МЛТ-Х,ХХ-ХХХ ОмХХ%

Х




RХ – RХХ

МЛТ-Х,ХХ-Х,Х кОмХХ%

Х



















Конденсаторы







СХ, СХ, СХ

КХХ-ХХ-ХХВ-ХХХХ мкФ

Х




СХ, СХ, СХХ, СХХ

КХХ-Х-ХХХВ-Х,ХХ мкФ

Х




СХ, СХ, СХ

КХХ-ХХ-ХХВ-ХХ мкФ

Х




СХ

КХХ-Х-ХХХВ-Х,ХХ мкФ

Х




СХХ

КХХ-Х-ХХХВ-ХХХХ пФ

Х































Микросхемы







DAХ

КРХХХУДХ

Х




DАХ

КРХХХЕНХ

Х




DAХ

КРХХХЕНХА

Х




DDХ

КХХХЛАХ

Х




DDХ

КХХХТЛХ

Х




DDХ, DDХ

КХХХИЕХ

Х




DDХ, DDХ

КХХХСПХ

Х




DDХ, DDХ

КХХХАГХ

Х



















Диоды







VDХ

КЦХХХА

Х




VDХ

КЦХХХА

Х































Трансформатор







ТХ

ТППХХХ-ХХХ-ХХ

Х


































Лист
















Х


Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата






Скачать 149,58 Kb.
Дата конвертации01.11.2013
Размер149,58 Kb.
ТипКурсовая
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы