Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Розрахунок імпульсних пристроїв та побудова лічильників імпульсів
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерних наук та інформаційних технологій
Факультет:
КН
Кафедра:
Кафедра автоматизованих систем управління
Інформація про роботу
Рік:
2011
Тип роботи:
Розрахунково - графічна робота
Предмет:
Комп’ютерна схемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет “Львівська політехніка”
Інститут Комп’ютерних наук та інформаційних технологій
Кафедра автоматизованих систем управління
Розрахункова графічна робота
з дисципліни
“Комп’ютерна схемотехніка”
на тему:
«Розрахунок імпульсних пристроїв та побудова лічильників імпульсів»
Львів – 2011
Міністерство освіти і науки України
Національний університет "Львівська політехніка"
Кафедра автоматизованих систем управління
Завдання на розрахунково-графічну роботу
з дисципліни :
“Комп’ютерна схемотехніка”
Прізвище, ім’я студента Логазяк Ю.
Група КН – 22
Тема розрахунково-графічної роботи: Розрахунок імпульсних пристроїв та побудова лічильників імпульсів .
Вхідні дані для розрахунково-графічної роботи:
- номер залікової книжки № 09080123
1.Вхідні дані для розрахунку мультивібратора:
- режим роботи генератора: автоколивний;
- тип ІМС для побудови генератора – К155ТМ2
- основні параметри генератора:
частота імпульсів fі = 3,6кГц;
період імпульсів Ті =277 мкС;
тривалість імпульсу tі = 138.5 мкС;
тривалість паузи tп = 138.5мкС;
номінальна вихідна напруга імпульсу Uвих = 5 В;
струм навантаження Iн max = 0,005 А;
2.Вхідні дані для розрахунку подільника частоти:
- мікросхема К155ИЕ5;
- модуль лічби лічильника К= 12.
Завдання видано: 31.03.2011р.
Студент __________
Керівник __________
Львів –2010/2011 навч. Рік
Зміст
1. Генератор імпульсів на основі RSD-тригера схеми К155ТМ2………….….4
1.1. Опис генератора імпульсів…………………………………………….….4
1.2. Розрахунок елементів схеми МВ………………………………………....7
1.3 Моделювання мультивібратора……………………………………….….8
2. Розрахунок лічильника подільника частоти на ІМС К155ИЕ10…………....10
2.1. Опис роботи лічильника на К155ИЕ5………..……………………….....10
2.2. Розрахунок лічильника подільника частоти…………………………...13
2.3. Моделювання ЛІ……………………………………………………….…13
3. Моделювання повної схеми пристрою………………………………………..15
Висновок…………………………………………………………………...….…...17
Список літератури………………………………………………………………....18
Додатки:
Додаток 1. Принципова схема…………………………………………………19
Додаток 2. Специфікація……………………………………………………….20
Мета роботи: Метою даної роботи є набуття навиків розрахунку параметрів елементів мультивібраторів (МВ) на ІМС операційних підсилювачів (ОП), цифрових ІМС та ІМС таймера К155ТМ2, а також отримання лічильника імпульсів (ЛІ) з потрібним значенням коефіцієнта перерахунку зі стандартного послідовного двійкового.
1. Генератор імпульсів на основі RSD-тригера схеми K155TM2
1.1. Опис генератора імпульсів
ІМС К155ТМ2 (аналог К561ТМ2), позначення якої наведено на Рис. 1.1.1, містить у собі два синхронних RSD-тригери (для виконання завдання достатньо одного тригера), а схема мультивібратора на RSD-тригері – на Рис.1.1.4 (він тут власне використовується як RS-тригер).
Рис.1.1.1 ІМС К155ТМ2
При побудові цифрових мікроелектронних пристроїв необхідні генератори імпульсів часто будують на таких же ІМС, що й весь пристрій у цілому: на логічних елементах або тригерах. При цьому є велика кількість схемних рішень. Наведемо деякі з них.
Оскільки для забезпечення генерації треба мати коефіцієнт підсилення відповідного пристрою, більший за одиницю, і фазовий зсув вхідного сигналу на 360 ел. Градусів, то мультивібратор може бути побудований на двох логічних елементах з інверсією (НІ) на виході.
На Pис. 1.1.2 наведена одна з найпростіших схем мультивібратора, виконаного на елементах К-МОН-логіки.
Рис.1.1.2 Мультивібратор на логічних елементах
До цього часу наголошувалося, що у логічного елемента залежно від комбінації вхідних сигналів (0 або 1) отримуємо певне значення сигналу на виході (також 0 або 1).
Виникає питання, при повільній зміні вхідного сигналу від низького рівня напруги до високого – від 0 до 1 (або навпаки), коли саме логічний елемент перестає сприймати вхідний сигнал, як 0 і починає сприймати його, як 1? Яке значення напруги порогу перемикання Uпор він має? Це залежить від типу елементної бази, на якій виконано елемент. Так, наприклад, для елементів К-МОН-логіки поріг перемикання становить приблизно половину напруги джерела живлення.
З урахуванням цього робота схеми, наведеної на Pис. 1.1.2, полягає в заряді конденсатора С по шляху: вихід елемента DD1, R2, C, вихід елемента DD2 – коли на вході DD1 маємо 1 (а на виході DD2, як наслідок, 0), і наступного розряду по шляху: вихід DD2, C, R2, вихід елемента DD1 – коли на виході DD1 маємо 0 (а на виході DD2 – 1). Зміна сигналу на виході DD1 відбувається з 0 на 1, коли рівень напруги на резисторі R2 досягає значення Uпор і з 1 в 0 – коли рівень напруги на R2 знижується до Uпор.
Величина напруги на R2 визначається струмом заряду або розряду С. У результаті на виході пристрою маємо прямокутні імпульси з періодом надходження
T=1.4R2C (1.1.1)
Резистор R1 обмежує струм розряду конденсатора С через внутрішні вхідні діодні захисні ланцюги елемента DD1 при вимиканні.
Якщо в якості DD1 маємо двоходовий елемент І-НІ (а не просто інвертор), то другий його вихід можна використати для дозволу (1) або заборони (0) роботи мультивібратора.
На Pис. 1.1.3 наведено схему одно вібратора, побудованого на основі комбінованого К-МОН RSD-тригера. Тригер, як відомо, є, наприклад, двокаскадним підсилювачем з додатними зворотними зв’язками або, як у даному випадку, побудований на логічних елементах.
Рис.1.1.3 Одновібратор на RSD-тригері
Часозадаючий RS-ланцюжок підімкнено до прямого виходу (Вих 1) тригера. Напруга з конденсатора С подається на вхід установки тригера в нульовий стан R.
Можливі два способи запуску цього одно вібратора. Перший – подачею імпульсу запуску на асинхронний вхід S. При цьому тривалість імпульсу повинна бути меншою за тривалість генерованого (tзап < ti).
Другий – подачею імпульсу будь-якої тривалості на вхід синхронізації С (тригер реагує тільки на передній фронт імпульсу). На вхід S при цьому необхідно подати 0.
У вихідному стані на прямому виході – 0. Конденсатор розряджений.
Після подачі імпульсу запуску, тригер переходить в одиничний стан (залежно від виду запуску: як асинхронний RS-тригер або як синхронний D – тригер, на D-вході якого зафіксовано 1, що подається з інверсного виходу тригера – Вих 2). На прямому виході отримаємо 1.
Тепер конденсатор почне заряджатися і, коли напруга на ньому, а значить, і на вході R досягне значення порогу перемикання, тригер повернеться в нульовий стан, а конденсатор швидко розрядиться через діод VD.
У результаті, на виходах тригера (прямому – Вих 1 і інверсному – Вих 2) ми отримали імпульс, довжина якого:
ti=0.7RC (1.1.2)
а одновібратор готовий до повторного запуску.
На такому ж тригері можна побудувати і автоколивальний мультивібратор, як показано на Pис. 1.1.4.
Рис.1.1.4 Мультивібратор на RSD-тригері
Бачимо, що тут до тригера підімкнено два часозадаючі ланцюги. Його робота зрозуміла з пояснень роботи одновібратора, а період генерованих імпульсів становить:
Ti=0.7(R1C1 +R2C2) (1.1.3)
1.2. Розрахунок елементів схеми МВ
Тривалість імпульсу становить:
tп=ti=0.7RC (1.2.1)
Період генерованих імпульсів становить:
Ti=0.7(R1C1 +R2C2) (1.2.2)
Отже щоб отримати імпульси частотою надходження імпульсів f = 3,6 кГц на RSD-тригері типу К155ТМ2:
Обчислимо період імпульсів за формулою
Т=1/f (1.2.3)
T=277 мкС.
Отримуємо :
0.7(R1C1 +R2C2)=277.77*10-6 c (1.2.4)
Обираємо на свій вибір значення опорів і в межах від 10 кОм до 100 кОм. В даному випадку =53,2 кОм i =53,2 кОм.
Підставивши дані у формулу підбираємо ємність конденсаторів і одержуємо: =0,04 мкФ і =0,04 мкФ.
7
1.3. Моделювання мультивібратора
Для моделювання генератора використовуємо мікросхему 74112 (аналог К155ТМ2)
Рис. 1.3.1 Мультивібратор на схемі К155ТМ2
Рис. 1.3.2 Схема змодельована в Electronic Workbench
Рис. 1.3.3 Осцилограми мультивібратора
2. РОЗРАХУНОК ЛІЧИЛЬНИКА ПОДІЛЬНИКА ЧАСТОТИ НА
ІМС К155ИЕ5
Простий лічильник — це один тригер з лічильним входом (Т-тригер), який здійснює підрахунок і зберігання результату підрахунку не більше двох сигналів. З'єднавши декілька лічильних тригерів певним чином, дістанемо схему багаторозрядного лічильника. При цьому кожен тригер ділить частоту вхідних імпульсів на 2, тобто є подільником частоти на 2. У складі сучасних серій лічильних мікросхем для побудови лічильників знайшли широке застосування D-тригери та JK-тригери, які попередньо переведені в режим роботи T-тригера.
Рис. 1.1 Асинхронний підсумовуючий лічильник на D-тригерах.
Для переведення D-тригера в режим роботи в якості T-тригера: - його інвертуючий вихід з'єднують з D входом і при цьому синхронний С вхід стає T входом з імпульсним прямим лічильним входом .
Підсумовуючий асинхронний (з послідовним переносом) лічильник на D-тригерах отримаємо, якщо інвертуючий вихід попереднього тригера з'єднати з входом С наступного тригера (рис.1).
У віднімаючому лічильнику прямий вихід попереднього тригера з'єднати з входом С наступного тригера. Реверсивні лічильники підраховують число імпульсів як у прямому, так і у зворотньому напрямках. Для побудови реверсивних лічильників необхідно передбачити схеми, які пропускають сигнали на входи наступних тригерів або з інверсних, або з прямих входів попередніх тригерів.
Для переведення JK-тригера в режим роботи в якості T-тригера, - його J і K входи під'єднують до живлення мікросхеми +Eж ( до логічної одиниці ) і при цьому синхронний С вхід стає T входом з імпульсним інверсним лічильним входом.
При побудові підсумовуючого асинхронного лічильника на JК-тригерах необхідно з'єднати прямий вихід попереднього тригера з входом С наступного тригера. Часові діаграми роботи чотирирозрядного асинхронного підсумовуючого лічильника на JK-тригерах з імпульсним інверсним лічильним входом приведені на рис.2.
Рис. 1.2 Часові діаграми роботи чотирирозрядного асинхронного підсумовуючого лічильника на JK-тригерах з імпульсним інверсним лічильним входом .
У віднімаючого асинхронного лічильника на JК-тригерах необхідно з'єднати інверсний вихід попереднього тригера з входом С наступного тригера. Асинхронні реверсивні послідовні лічильники на JK-тригерах будуються аналогічно до реверсивних лічильників на D-тригерах.
Асинхронні (з послідовним переносом) схеми лічильників мають низьку швидкість. Час встановлення таких лічильників рівний сумі часу встановлення всіх тригерів лічильника. Збільшення швидкодії можна досягти шляхом зменшення часу розповсюдження переносу, використовуючи лічильники з наскрізними, паралельними і груповими переносами.
При груповому переносі багаторозрядний лічильник розбивають на декілька груп. У середині кожної групи організується наскрізний або паралельний перенос, а між групами послідовний перенос. Реалізація лічильників з паралельним переносом на одноступеневих D-тригерах потребує додаткових апаратурних затрат і, відповідно, ускладнення схеми.
Паралельний перенос легко реалізується на JК-тригерах ( рис. 3 ), які мають по декілька J- та К-входів, з'єднаних знаком кон'юнкції.
Рис. 1.3. Синхронний лічильник з паралельним переносом на JK-тригерах.
Розглянуті лічильники мають коефіцієнт перерахунку К=2n, де n — число розрядів лічильника. Але на практиці часто виникає необхідність у лічильниках, коефіцієнт перерахунку яких відмінний від 2n. Принцип побудови таких лічильників передбачає виключення "зайвих" стійких станів в лічильника з К=2n, тобто в організації схем, які забороняють (виключають) деякі стани. Число заборонених станів М=(2n) – К.
В залежності від того, які стани лічильника вибираються робочими, усі лічильники з довільним коефіцієнтом переліку можна розділити на лічильники з довільним або звичайним порядком лічби.
Розглянемо спосіб побудови лічильника із звичайним порядком лічби. У таких лічильниках зменшення числа стійких станів досягається за рахунок скидання його в нульовий стан при запису заданого числа сигналів. До лічильника додається логічний пристрій, який перевіряє умову: "код на лічильнику відображає число рівне К, і в залежності від результату перевірки направляє вхідний сигнал або в шину "встановлення О" або на підсумування до записаного коду". Ця умова може бути перевірена n-вхідною схемою "І", зв'язаною з прямими виходами тих тригерів, які при запису в лічильнику числа К повинні знаходитись в стані "1". В якості n-вхідної схеми "І" використовують вбудовані n-вхідні схеми "І" входу R лічильника, наприклад, 2-вхідна схеми "І" – входи R1 і R2 лічильника К155ИЕ5.
Схема дослідження лічильника К155ИЕ5
(включення для чотирирозрядного лічильника).
Графічне позначення
1 - вхід рахунковий С2;
2 - вхід установки 0 R0(1);
3 - вхід установки 0 R0(2);
4,6,7,13 - вільні;
5 - напруга живлення +Uп;
8 - вихід Q3;
9 - вихід Q2;
10 - загальний;
11 - вихід Q4;
12 - вихід Q1;
14 - вхід рахунковий C1;
Функціональна схема
Електричні параметри
1. Номінальна напруга живлення - 5 В 5 %
2. Вихідна напруга низького рівня при Uп=4,75 В - не більше 0,4 В
3. Вихідна напруга високого рівня при Uп=4,75 В - не менше 2,4 В
4. Напруга на антизвонном діоді при Uп=4,75 В - не менше 1,5 В
5. Вхідний струм низького рівня по входах установки в 0 при Uп=5,25 В - не більш - 1,6 мА
6. Вхідний струм низького рівня по рахункових входах С1 і С2 при Uп=5,25 В - не більш - 3,2 мА
7. Вхідний струм високого рівня по входах установки в 0 при Uп=5,25 В - не більш - 0,04 мА
8. Вхідний струм високого рівня по рахункових входах С1 і С2 при Uп=5,25 В - не більше 0,08 мА
9. Струм вхідної пробивної напруги по входах установки в 0 і рахункових входах С1 і С2 - не більше 1 мА
10. Струм споживання не більше 53 мА
11. Час затримки поширення при включенні по рахунковому входу С1 при Uп=5 В - не більше 135 нс
12. Час затримки поширення при виключенні по рахунковому входу С1 при Uп=5 В - не більше 135нс
13. Струм короткого замикання приUп=5,25 В - 18..57 мА
2.2. Розрахунок лічильника подільника частоти
Коефіцієнтом перерахунку лічильника К = 12.
Тоді в двійковій системі:
2.3. Моделювання лічильника імпульсів
Для моделювання лічильника використовуємо мікросхему 7493 (аналог К155ИЕ5)
Рис. 2.3.1 Схема дослідження подільника на 14 на базі К155ИЕ5
з використанням К155ЛА4.
Рис. 2.3.2 Схема лічильника в Electronic Workbench
3. Моделювання повної схеми пристрою
Генератор на базі К155ТМ2 (мікросхема 4013) і лічильник К155ИЕ5 (мікросхема 7493)
Рис. 3.1 Схема мультивібратора та лічильника
Рис.3.2 Осцилограма даної схеми
Висновок : Виконавши дану графіко-розрахункову роботу я набув навиків розрахунку параметрів еле ментів мультивібратора на схемі К155ТМ2, а також навчився моделювати лічильники імпульсів (ЛІ) з потрібним значенням коефіцієнта пере рахунку зі стандартного послідовного двійкового коду числа.
Якщо проаналізувати схему з даних віртуального осцилографа видно, що період імпульсу Т=277,77 мкС.
Тоді частота імпульсів буде = 3,6 кГц.
Список літератури
1. Колонтаєвський Ю. П. Промислова електроніка і мікросхемотехніка. Київ, видавництво Каровела, 2003р.
2. Рицар Є. «Цифрова техніка».
3. Бабич М. «Компютерна схемотехніка».
4. Аванесян Г. Р., Левшин В. П. Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ.
5. Довідник про цифрові логічні мікросхеми (ч. 1), Шульгин О. А., Шульгина И. Б., Воробйов А. Б.
6. Довідник про цифрові логічні мікросхеми (ч. 2), Шульгин О. А., Шульгина И. Б., Воробйов А. Б., Котова В. А.
7. Всесвітня мережа Інтернет.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора