Формирователь импульсов 32. Пояснительная записка к курсовой работе содержит введение, четыре раздела, заключение, список литературы и приложения
 Скачать 110 Kb.
|
|
Содержание Аннотация Введение Анализ задачи Разработка структурной схемы Разработка функциональной электрической схемы устройства. Построение временных диаграмм работы схемы Выбор элементной базы. Разработка принципиальной электрической схемы устройства. Расчет временных параметров Заключение Список использованной литературы Приложение А – Схема структурная электрическая Приложение Б – Схема функциональная электрическая Приложение В – Схема принципиальная электрическая Приложение Г – Временные диаграммы Приложение Д – Элементная база Аннотация В курсовой работе разработана схема формирователя импульсов. Схема устройства формирует пачку импульсов на выходе. Количество импульсов в пачке пропорционально номеру нажатой кнопки 0...9. Пояснительная записка к курсовой работе содержит введение, четыре раздела, заключение, список литературы и приложения. Общий объём пояснительной записки ___ листов, включая 5 листов в приложениях. Введение Пояснительная записка к курсовой работе, состоит из четырех разделов. Пояснительная записка содержит введение, 4 раздела, заключение, список литературы, 5 приложений. В первом разделе пояснительной записки разработан анализ поставленной задачи, определяются входные и выходные данные разрабатываемого устройства, а также определяется ряд основных выполняемых функций. На основании требований, определенных в первом разделе, во втором пункте разработана структурная схема устройства. В третьем разделе разрабатывается функциональная схема устройства, построенная на основании разработанной ранее структурной схем. Также построены временные диаграммы формирователя импульсов. В заключительном, четвертом разделе пояснительной записки производится выбор элементной базы. В соответствии с разработанной функциональной схемой разработана принципиальная схема устройства. Анализ задачи. На основании исходных данных, разрабатывается устройство формирователь импульсов, на вход которого подается сигнал с десятикнопочной клавиатуры 0...9. На выходе устройства необходимо получить пачку импульсов, количество которых прямо пропорционально номеру нажатой кнопки. Частота выходных тактовых импульсов составляет 32КГц. Формирователи импульсов предназначены для выделения положительных и отрицательных фронтов логических сигналов, приведения уровней случайного сигнала к стандартным логическим уровням, преобразования формы импульсов, расширения импульсов и т. Формирователи импульсов одни из наиболее часто используемых узлов различной аппаратуры. Они необходимы для сопряжения устройств, для формирования логических уровней напряжения от активных датчиков и детектирования импульсов. Функции, выполняемые формирователем импульсов на основании полученного технического задания: 1. Прием сигнала от нажатой кнопки 0...9 и преобразование его в двоичный код; 2. Хранение двоичного кода нажатой кнопки; 3. Отображение на индикаторе номера нажатой кнопки; 4. Формирование импульсов опорной частоты 32КГц; 5. Формирование пачки импульсов в соответствии с принципом прямой пропорциональности номеру нажатой кнопки. Пропорциональность количества выходных импульсов в пачке относительно номера нажатой кнопки подразумевает, что чем больше номер нажатой кнопки, тем больше импульсов в пачке, то есть при нажатии на кнопку 9 количество выходных импульсов в пачке максимальна, а при нажатии на кнопку 1 – минимальна. Такую зависимость можно получить за счет использования номера нажатой кнопки в двоичном коде, то есть при нажатии на одну из кнопок формируется ее двоичный код в соответствии с таблицей 1. Таблица 1 – Карта прошивки ПЗУ.
В соответствии с номером нажатой кнопки формируется его двоичный код, хранящийся в дальнейшем на все время формирования выходной пачки импульсов. Представление номера нажатой кнопки в двоичном коде позволяет в процессе работы схемы определить точное количество выходных импульсов в пачке. Хранящийся двоичный кон нажатой кнопки отображается на семисегментном индикаторе. Формирование импульсов опорной частоты осуществляется за счет генератора, построенного на простейших логических элементах. Количество импульсов в пачке возможно установить за счет использования в схеме счетчика, который в соответствии с двоичным кодом нажатой кнопки пропустит соответствующее число импульсов в пачке. Разработка структурной схемы Проведя анализ поставленной задачи определено, что разрабатываемое устройство формирователя импульсов должны выполнять следующие функции: 1. Прием сигнала от нажатой кнопки 0...9 и преобразование его в двоичный код; 2. Хранение двоичного кода нажатой кнопки; 3. Отображение на индикаторе номера нажатой кнопки; 4. Формирование импульсов опорной частоты 32КГц; 5. Формирование пачки импульсов в соответствии с принципом прямой пропорциональности номеру нажатой кнопки. Таким образом устройство содержит блоки, обеспечивающие формирование сигнала высокого уровня от нажатой кнопки, преобразование его в соответствующий двоичный код, хранение кода нажатой копки и отображение на семисегментном индикаторе, формирование импульсов опорной частоты и формирование пачки импульсов, количество которых в пачке пропорционально номеру нажатой кнопки. Структурная электрическая схема формирователя импульсов приведена в приложении А. Структурная электрическая схема включает в себя следующие элементы и блоки: 1. Блок ввода (БВ); 2. Блок хранения (БХ); 3. Блок задержки (БЗ); 4. Генератор (Г); 5. Блок индикации (БИ). Блок ввода включает себя 10 кнопок (0 … 9), имеет 10 выходов. Нажатие на любую из кнопок приводит к формированию на выходе, соответствующему номеру нажатой кнопки, сигнала высокого уровня. Выходы блока поступают на входы блок хранения кода нажатой кнопки. Блок хранения кода нажатой кнопки обеспечивает прием сигнала нажатой кнопки и на выходе формирует двоичный код нажатой кнопки, который передается в блок задержки, где формируются интервалы пропорциональные коду нажатой кнопки. Блок задержки обеспечивает прием номера нажатой кнопки в двоичном коде, а также задает количество импульсов в пачке. На входы блока подается двоичный код нажатой кнопки с блока хранения кода нажатой кнопки и импульсы опорной частоты с генератора. На выходе блока формируется сигнал высокого уровня, ограничивающий количество выходных импульсов в пачке. Генератор опорной частоты обеспечивает формирование на своем выходе последовательность прямоугольных импульсов. Выход генератора тактирует работу блок задержки. Блок индикации обеспечивает отображение номера нажатой кнопки на семисегментном индикаторе. Код передается с блока хранения в двоичном виде. Отображающийся номер нажатой кнопки является индикатором количества импульсов в пачке. Разработка функциональной схемы. Построение временных диаграмм работы схемы Функциональная электрическая схема формирователя импульсов стоится на основании ранее разработанной структурной электрической схемы устройства. Функциональная электрическая схема устройства представлена в приложении Б. На основе определенных при разработке структурной схемы формирователя импульсов функций блоков, определяется перечень входных и выходных сигналов блоков, логика их формирования, а также состав функциональных элементов схемы. Блок ввода включает себя 10 кнопок (SА0 … SА9), каждая кнопка имеет 10 выходов. Нажатие на любую из кнопок приводит к замыканию контактов кнопок и формированию сигнала высокого уровня, в соответствии с нажатой кнопкой (SА0 … SА9). Блок хранения представляет собой микросхемы ПЗУ PROM и регистр RG. ПЗУ обеспечивает прием сигнала нажатой кнопки и формирование двоичного кода нажатой кнопки, регистр обеспечивает хранение двоичного кода нажатой кнопки. На вход блока подается сигнал высокого уровня с выходов клавиатуры SА0 … SА9, а выход подключается к регистру RG. С выходов регистра код передается на вход счетчика СТ2. Запись кода в регистр RG производится сигналом высокого уровня с прямого выхода Q триггера Т. Сигнал на выходе триггера Т формируется в момент поступления двоичного кода на входы регистр RG. После записи кода в регистр RG, код с выходов регистра подается на блок задержки и блок индикации. Блок задержки задает количество импульсов в пачке. На входы счетчика СТ2 подается двоичный код нажатой кнопки (кнопки SА0… SА9), импульсы опорной частоты с генератора и сигнал записи с выхода Q триггера Т. На выходе блока формируется сигнал высокого уровня, ограничивающий количество выходных импульсов в пачке. В основе блока лежит четырехразрядный счетчик с предустановкой СТ2, один логический элемент 4ИЛИ и один логический элемент 2И-НЕ. Также с выхода блока хранения двоичный код нажатой кнопки поступает на входы блока индикации. Блок индикации принимает на входы дешифратора DC двоичный код и на выходе формирует специальный семисегментный код. Семисегментный код передается на входы индикатора, где происходит включение соответствующего сегмента. Генератор тактовых импульсов обеспечивает формирование на своем выходе последовательность прямоугольных импульсов. Реализовывается на логическом элементе НЕ и кварцевом резонаторе ZQ 32КГц. Выход генератора тактирует работу счета СТ2 и формирует выходную пачку импульсов. Временные диаграммы работы схемы при нажатой кнопки SА4, что соответствует коду 0011, представлены в приложении Г. При нажатии кнопки S3 происходит формирование сигнала высокого уровня, который устанавливается на соответствующем входе ПЗУ PROM. Соответственно на выходе ПЗУ сформируется двоичный код нажатой кнопки. С выходов ПЗУ код передается в регистр RG. С появлением кода на выходе ПЗУ на выходе логического элемента 4И-НЕ формируется сигнал высокого уровня, который поступит на вход триггера Т. Триггер Т, сформирует короткий импульс, который запишет двоичный код нажатой кнопки в регистр RG. Записав значения в регистр, с его выходов код поступит на вход счетчика СТ2. Запись кода в счетчик производится тем же импульсом с выхода триггера Т, но с небольшой задержкой равной времени записи кода в регистр RG. Записав значения в счетчик, состояние счетчика изменится на отличное от нуля и на одном из выходов счетчика установится потенциал высокого уровня, который пройдет через элемент 4ИЛИ и поступит на вход элемента 2И, тем самым разрешив прохождение импульсов с генератора Г. Прохождение импульсов будет разрешено пока счетчик не установится в нулевое состояние и сформирует сигнал низкого уровня на выходе «=0», запретив прохождение тактовых импульсов с генератора. Таким образом на выходе будет сформирована пачка импульсов, соответствующая номеру нажатой кнопки. Выбор элементной базы. Разработка принципиальной схемы устройства. Расчет временных параметров Перед разработкой принципиальной схемы, производится выбор элементной базы устройства. Для реализации клавиатуры необходимо использовать кнопки без фиксации. Наиболее подходящим типом кнопок является КМ. КМ1-1, кнопка малогабаритная, рабочий ток до 3А, рабочее напряжение до 250В. Дешифратор десятичных чисел в двоичный код реализуется на микросхеме К155ИВ1. Микросхемы К155ИВ1, КМ155ИВ1 (74148) — приоритетный шифратор, принимающий напряжение низкого уровня на один из восьми параллельных адресных входов I1 — I8. На выходах I1А0 — А2 появляется двоичный код, пропорциональный номеру входа, оказавшегося активным. Приоритет в том случае, если несколько входов получили активные уровни, будет иметь старший среди них по номеру. Высший приоритет у входа I1 — I8.  Рисунок 4.1 - Графическое обозначение микросхемы К155ИВ1. Для хранения и передачи двоичных кодов выбрана микросхема регистра К555ИР35. Данная микросхема представляет собой четырехразрядный регистр хранения информации, тактируемый импульсом, с возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние.  Рисунок 4.2 - Графическое обозначение микросхемы К555ИР35. Для формирования интервалов пропорционального коду нажатой кнопки используется микросхема К561ИЕ11. Микросхема К561ИЕ11 — двоичный, четырехразрядный, реверсивный счетчик. Его удобно применять для подсчета приращения данных, причем несколько корпусов К561ИЕ11 можно объединить в многокаскадные синхронные либо асинхронные счетчики. На основе этих микросхем выполняются синхронные делители частоты. Счетчик имеет четыре выхода QO — Q3, входы предварительной записи-установки S0 - S3, а также вход разрешения этой операции SE.  Рисунок 4.3 - Графическое обозначение микросхемы К561ИЕ11. Для построения генератора тактовых импульсов, формирования задержки и уровней сигналов используется микросхема К555ЛН1. Микросхема представляет собой 6 элементов НЕ. Для отображения номера нажатой кнопки выбран семисегментный индикатор АЛС320. Формирование специального семисегментного кода производится с помощью микросхемы К514ИД2. Устройство работает следующим образом. Нажатие на любую из кнопок SА0-SА9 приводит к появлению на соответствующей линии высокого уровня сигнала. На выходе ПЗУ формируется двоичный код номера нажатой кнопки. Код с выходов ПЗУ поступает на входы регистра и по сигналу с выхода триггера DD4 устанавливается на выходах регистра. С выходов регистра код поступает на адресные входы счетчика DD3. Сигнал с выхода триггера DD4 поступает на вход разрешения записи «С» счетчика DD3. Записав значения номера нажатой кнопки, счетчик изменяет свое состояние на отличное от нуля и на одном из выходов устанавливается сигнал высокого уровня, который пройдя через элемент 4ИЛИ поступает на вход элемента 2И, что позволит пропускать через него тактовые импульсы с генератора. Таким образом на выходе будет формироваться пачка импульсов, пока счетчик не установится в нулевое состояние. Для отображения номера нажатой кнопки, записанный в регистр двоичный код поступает на вход дешифратора DD8, где преобразуется в специальный семисегментный код и отправляется на индикатор HL1. Заключение В курсовой работе реализована схема устройства формирователя импульсов. В ходе проекта была разработана структурная схема, на её основе – функциональная схема и принципиальная. Были получены навыки построения схемы формирователей импульса, схемы тактового генератора, ввода значений данных с кнопочной клавиатуры. В процессе работы была произведена работа со справочным материалом и технической литературой, получены навыки построения структурных, функциональных и принципиальных схем. Список использованной литературы 1. Угрюмов У.П. «Цифровая схемотехника», СПб.: БХВ-Петербург, 2000г. 2. Курс лекционного материала по дисциплине «Основы схемотехники». |