bigpo.ru
добавить свой файл
1

Содержание


Содержание 1

Реферат 2

Структурная схема 3

Описание работы принципиальной схемы 4

Временная диаграмма работы преобразователя 8

Описание микросхем 10

Микросхема KР1006ВИ1 10

Микросхема K1113ПВ1 12

Микросхема счетчика К155ИЕ7. 13

Микросхема К555КП7. 15

Логические элементы 16

Заключение 18

Список литературы 19



Реферат


В данном проекте была разработана схема задержки и формирования импульсов. Схема предназначена для задержки входного импульса на время tзад, формирования импульса прямоугольной формы длительностью tи и амплитудой Uвых.m. Система состоит из таймеров, включенных в режиме одновибратора, АЦП, мультиплексора, ГСЧ, счётчиков, логических элементов.

Разработаны структурная и принципиальная схемы устройства.

Разработанная система может применяться в любых устройствах, в которых необходимо задержать входящий импульс на определённый интервал времени и затем сформировать новый импульс определённой длительности и амплитуды.

Проект содержит стр., 1 диаграмму, 12 рисунков, приложения, 1 принципиальную схему.

Структурная схема


При проектировании разработана структурная схема задержки и формирования импульсов, представленная на рис.1.



Рис. 1 Структурная схема преобразователя


ОВ1, ОВ2, ОВ3 – одновибраторы,

И–цепь – интегрирующая цепь,

Р–цепь – разрядная цепь,

АК – амплитудный компаратор,

Д–цепь – дифференцирующая цепь,

ЛК – линейный коммутатор,

АЦП – аналого-цифровой преобразователь,

Пр – преобразователь параллельного кода в последовательный,

СК – согласующий каскад,

КС – канал связи.


Входной импульс Uвх поступает на ОВ1. На выходе ОВ1 формируется импульс определённой длительности, начало которого соответствует заднему фронту Uвх. Этот импульс приходит на вход ОВ2 и своим задним фронтом запускает процесс формирования нового импульса определённой длительности. Импульс от ОВ1 поступает на вход интегрирующей цепи и запускает процесс формирования на её выходе линейно изменяющегося напряжения. Импульс от ОВ2 приходит в разрядную цепь интегратора, открывает транзистор и приводит к разрядке конденсатора. Таким образом на выходе интегрирующей цепи формируется пилообразное напряжение. Это напряжение поступает на вход амплитудного компаратора. На выходе АК формируется импульс передний фронт которого отстаёт от заднего фронта Uвх на tзад. При поступлении сигнала с АК дифференцирующая цепь формирует импульс, поступающий на вход ОВ3. На ОВ3 формируется импульс заданной продолжительности tи. Полученный импульс приходит на вход линейного коммутатора в качестве управляющего напряжения и на выходе ЛК появляется импульс заданной амплитуды Um. В блоке «t→код» длительность импульса, пришедшего от ОВ3, преобразуется в двоичный код. В АЦП происходит преобразование Um в код. Коды с блока «t→код» и АЦП поступают в преобразователь, где получившийся параллельный двоичный код преобразуется в последовательный и передаётся в согласующий каскад, а затем и в канал связи.


Описание работы принципиальной схемы


Входное напряжение амплитудой 5В поступает на вход интегрального таймера DD1.1, включенного по схеме ждущего мультивибратора. Длительность импульса на выходе DD1.1 определяется из формулы

T=RC ln3

Импульс с выхода DD1.1 поступает на вход DD1.2 и DA1.1. На выходе DD1.2 также формируется импульс, длительность которого определяется такой же формулой что и для DD1.1. На выходе интегратора под действием постоянного входного напряжения формируется сигнал, определяющийся формулой

Uвых (t) = – [(Uвх)/(RC)]·t

После прекращения действия сигнала от DD1.1, на выходе DD1.2 формируется сигнал, который поступает в разрядную цепь интегратора, открывает транзистор VT1, что приводит к быстрой разрядке конденсатора C5. Т.о. на выходе интегрирующей цепи формируется пилообразный сигнал Uи.

Этот сигнал поступает на вход амплитудного компаратора, выполненного на основе ОУ DA1. АК начинает формирование сигнала при достижении Uи уровня Uпор1 и прекращает при Uпор2. Причем Uпор1 выбирается такое, чтобы формирование импульса на АК началось в момент, отстоящий от момента поступления на вход схемы Uвх на tзад. Uпор1 может быть вычислено по формуле

Uпор1=Uвых R5/(R5+R4)

где Uвых– выходное напряжение DA1.

Решим систему:

Uпор1=Uвых R5/(R5+R4)

Uпор1= [(Uвх)/(R3∙C5)]·tзад

где Uвых=15В, Uвх=5В. Получаем

R5∙R3∙C5/(R5+R4)=33,3∙10–6

Примем C5=5∙10–9Ф; R4=1 кОм; R3=10 кОм.

Тогда R5=1994 Ом.

Примем t и ов1=120 мкс.

Тогда для DA2 Um=[(Uвх)/(R3∙C5)]· t и ов1=(5/(104∙5∙10–9))120∙10–6=12В.

Найдём длительность импульса DD1.2

t и ов1=R3∙C5=10000∙5∙10–9=25,5∙10–6=50 мкс.

Пользуясь соотношением T=RC ln3 определим R1, R2, C1, C3

R1∙C1=120∙10–6/ln3=109∙10–6

Примем R1=10 кОм, тогда C1=10,9 нФ

R2∙C3=50∙10–6/ln3=45∙10–6

Примем R2=1 кОм, тогда C3=45 нФ


С DA1 импульс приходит на вход дифференцирующей RC цепи, которая формирует короткий импульс, запускающий ОВ DD1.3.

DD1.3 формирует импульс заданной длительности tи = 1000 мкс. Т.о. можно вычислить значения R9 и C7:

RC= tи/ ln3 =10–3/ln3 = 9,1 ∙ 10–4

Примем R9=30 кОм, тогда С7=9,1 ∙ 10–4/3∙104=30∙ =30нФ

С DD1.3 сигнал поступает на линейный коммутатор и на ключ DD7.1. При поступлении сигнала на ЛК транзистор закрывается и на выходе ЛК формируется импульс с заданной амплитудой 9В.

Через ключ DD7.1 импульсы с генератора DD1.4, построенного на основе 1006ВИ1, поступают на вход счетчика DD2.1, соединённого через выход PU со счётчиком DD22.

Рассчитаем значения R12, R13 и C9, необходимые для формирования на DD1.4 импульсов длительностью 2 мкс, с интервалом около 2 мкс.

Длительность импульса определяется формулой

T1=(R12+R13) C9 ln2

А интервалы между импульсами формулой

T2= R13 C9 ln2

Примем T 1=2 мкс, тогда имеем

(R12+R13) C9=2∙10–6/ ln2 = 2,88∙10–6

Примем С9=0,4 нФ, тогда (R12+R13) =2,88∙10–6/0,4∙10–9 =7200. Отсюда примем R12=1 кОм, R13=6,2 кОм.

Тогда T2= R13 C9 ln2= 6200 ∙ 0,4∙10–9 ∙ ln2 = 1,7 мкс.

На счетчихах формируется параллельный бинарный код, соответствующий времени импульса.

С ЛК импульс поступает на АЦП, где его амплитуда преобразуется в параллельный бинарный код. Как только преобразование завершилось, на выходе АЦП формируется сигнал готовности, включающий ключ DD7.2.

На счётчик DD2.3 начинают поступать импульсы от генератора DD1.4. Счётчик сначала перебирает все адреса первого мультиплексора, затем второго и третьего.

По окончании счёта на выходе 6 DD2.4 формируется импульс, который устанавливает триггер DD6 в 0, ключ DD7.2 закрывается и счет прекращается. При переключении триггера Д-цепь вырабатывает импульс, ОВ DD1.4 преобразует из него короткий импульс, который устанавливает счетчики и АЦП в 0.

Данные поступают в согласующий каскад, предназначенный для согласования выходного сопротивления выходного каскада преобразователя с волновым сопротивлением канала связи. И наконец данные поступают в канал связи – экранированную витую пару с волновым сопротивлением 100ОМ.

Временная диаграмма работы преобразователя







Описание микросхем

Микросхема KР1006ВИ1


Микросхема 1006ВИ1 – интегральный таймер.

Структурная схема этого таймера показана на рис. 2 и состоит из двух аналоговых компараторов С1 и С2, асинхронного потенциального R-S-триггера, мощного выходного каскада и выходного каскада с открытым коллектором. Опорные напряжения компараторов UL и UR задаются делителем с высокой точностью: UL= 1/3 UИ.П и UН= 2/3 UИ.П. Выполнен таймер по биполярной технологии. Мощный выходной каскад обеспечивает . Ток потребления ИС Iпотр = 3 мА при UИ.П = +5 В (UИ.П = =+4,5...16 В), Компаратор С2 имеет малое быстродействие — длительность входного сигнала должна быть не менее 10 мкс.



Рис. 2

Таймер может формировать импульсы длительностью 10 мкс...1 ч.

На рис. 3 приведена схема включения ИС 1006ВИ1 в качестве ждущего мультивибратора, работа которого не зависит от длительности запускающего импульса (объединены входы и ).



Рис. 3


Сигнал удерживает триггер в состоянии Q =0, хотя и сигнал . После перехода сигналов и с 0 на 1 (рис. 4) триггер переходит в состояние Q = 1. так как сигнал остается еще некоторое время в состоянии 0 из-за инерционности компаратора С2. Таким образом, запуск мультивибратора осуществляется положительным фронтом сигналов .



Рис. 4

На рис.5 приведена схема включения ИС 1006ВИ1 в качестве генератора прямоугольных сигналов.



Рис. 5

Конденсатор С заряжается от источника питания UИ.П через последовательно включенные резисторы R1 и R2 с постоянной времени (R1+R2)C, а разряжается через резистор R2 и выходное сопротивление каскада с открытым коллектором, которым можно пренебречь. Постоянная времени разряда равна R2C. На рис.6 показаны временные диаграммы работы генератора.



Рис. 6

Легко показать, что длительность полупериодов Т1 и Т2 определяются соотношениями: Т1= (R1+R2)C ln2; T2=R2C ln2. Вход R служит для включения и выключения генератора.

Микросхема K1113ПВ1


Микросхема K1113ПВ1 – это функционально законченная интегральная АЦП, в состав которой входят все узлы, необходимые для реализации аналогово-цифрового преобразования методом последовательного приближения.

Микросхема K1113ПВ1 представляет собой 10-разрядный АЦП, рассчитанный на входные напряжения 0...10,24 В или –5,12...5,12 В. Переключение режима работы производится по входу V (рис. 7): если V=l, то преобразуются сигналы UВХ от 0 до 10,24 В, если же V=0, то преобразователь работает в двухполярном режиме (UBX= = –5,12...5,12 В).



Рис. 7 Схема включения АЦП К1113ПВ1


Процесс преобразования в этом АЦП осуществляется при нуле на входе (бланкирование – преобразование). Для сброса текущего выходного кода преобразователя необходимо подать единицу (минимум на 2 мкс) на вход . После этого подача нуля на вход инициирует новый цикл преобразования. По окончании преобразования на выходе (готовность) появляется сигнал «нуль». В процессе сброса и преобразования на этом выходе поддерживается единица и кодовые выходы АЦП находятся в состоянии высокого импеданса. И только по окончании преобразования, одновременно с сигналом готовности данных на кодовых выходах устанавливается информация, соответствующая результату преобразования. Уровни сигналов соответствуют цифровым ТТЛ-схемам.

Регулировку чувствительности АЦП К1113ПВ1 можно производить с помощью переменного резистора 100—500 Ом, включаемого между источником сигнала UBX и аналоговым входом AI АЦП. Для регулировки нуля можно включать переменный резистор 5—50 Ом между выводом GA микросхемы и внешней аналоговой землей.

Микросхема счетчика К155ИЕ7.


Микросхема К155ИЕ7– четырехразрядный реверсивный счетчик Рис. 2. Импульсные тактовые входы для счета на увеличение СU (вывод 5) и на уменьшение СD (вывод 4) в этих микросхемах раздельные. Состояние счетчика меняется по положительным перепадам тактовых импульсов от низкого уровня к высокому на каждом из этих тактовых входов.



Рис. 8

Для упрощения построения счетчиков с числом разрядов, превышающим четыре, микросхема имеют выводы окончания счета на увеличение (, вывод 12) и на уменьшение (, вывод 13). От этих выводов берутся тактовые сигналы переноса и заема для последующего и от предыдущего четырехразрядного счетчика. Дополнительной логики при последовательном соединении этих счетчиков не требуется: выводы и предыдущей микросхемы присоединяются к выводам СU и СD последующей. По входам разрешения параллельной загрузки и сброса R запрещается действие тактовой последовательности и даются команды загрузки четырехразрядного кода в счетчик или его сброса.

Если на вход СD подается импульсный перепад от низкого уровня к высокому (дается команда на уменьшение-down), от содержимого счетчика вычитается 1. Аналогичный перепад, поданный на входе СU, увеличивает (up) счет на 1. Если для счета используется один из этих входов, на другом тактовом входе следует зафиксировать напряжение высокого логического уровня. Первый триггер счетчика не может переключиться, если на его тактовом входе зафиксировано напряжение низкого уровня.

На выходах (окончание счета на увеличение, вывод 12) и (окончание счета на уменьшение, вывод 13) нормальный уровень – высокий. Если счет достиг максимума, с приходом следующего тактового перепада на вход СU от высокого уровня к низкому (более 15) на выходе появится низкое напряжение. После возврата напряжения на тактовом входе СU к высокому уровню напряжение на выходе останется низким еще на время, соответствующее двойной задержке переключения логического элемента ТТЛ.

Аналогично на выходе появляется напряжение низкого уровня, если на вход СU пришел счетный перепад низкого уровня. Импульсные перепады от выходов и служат, таким образом, как тактовые для последующих входов СU и СD при конструировании счетчиков более высокого порядка. Такие многокаскадные соединения счетчиков ИЕ6 и ИЕ7 не полностью синхронные, поскольку на последующую микросхему тактовый импульс передается с двойной задержкой переключения.

Счетчики К155ИЕ7 (74193) потребляют ток 102 мА. Маломощные варианты этих микросхем с переходами Шотки имеют ток потребления 34 мА. Максимальная тактовая частота 25 МГц; время задержки распространения сигнала от входа СU до выхода 26 нc, аналогичные задержки от входа до выхода Q3 составляют 40 нc. Время действия сигнала сброса (от входа R до выходов Q) 35 нc.

Микросхема К555КП7.


Микросхема К555КП7 – мультиплексор 8→1 с прямым и инверсным выходами.



Рис. 9

Мультиплексор позволяет с помощью трех адресных входов выбора X10–X12, передать данные, поступающие на один из входов X2–X9 к выходу. Если на вход разрешения X1 подано разрешение высокого уровня, на выходе 5 также появится выский уровень, а на выходе 6 – низкий уровень, независимо от адреса остальных входов. Напряжение низкого уровня на входе X1 разрешает прохождение данных от входов X2–X9.


Логические элементы


Микросхема К555ЛИ3. 3 элемента 3 И. Вход 7 земля, вход 14 питание.



Рис. 10


Микросхема К555ЛЕ4. 3 элемента 3 ИЛИ–НЕ. Вход 7 земля, вход 14 питание.



Рис. 11


Микросхема К555ТР2 (рис. 12) содержит четыре RS-триггера, причем два из них имеют по два входа установки S. Для входа сброса R активный уровень низкий. Если на входы триггера S1, S2 и R подать одновременно напряжение низкого уровня, то на выходе Q появится напряжение высокого уровня.



Рис. 12

Однако это состояние не будет зафиксировано, «защелкнуто»: если входные уровни Н убрать, на выходе Q появится неопределенное состояние. При подаче на входы напряжений высоких уровней напряжение на входе Q останется без изменения.

Ток потребления микросхемы К555ТР2 7 мА. Время задержки распространения сигнала от входа S до выхода Q равно: при включении (при переходе выходного сигнала на уровень Н) 22 нс, а при выключении (к уровню В) 15 нс. Аналогичная задержка для входа R 27 нс (от уровня В к Н).

Заключение


Мною была разработана схема задержки на определённый интервал времени и формирования импульсов заданной амплитуды. Для этого я изучил различные функциональные узлы цифровой автоматики (счетчики, мультиплексоры, мультивибраторы, амплитудные компараторы, ключи, коммутаторы и т.д.), ознакомился с элементной базой электронных устройств, развил навыки обращения со справочной литературой по электронике, научился работать с программой КОМПАС-3D. Немаловажным является то, что я увидел как полученные мною знания могут реализоваться в практической работе.


Список литературы



1. Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства.-М.; Высшая школа, 1989.

2. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – Л.: Энергоатомиздат. 1988

3. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы.-М.; Радио и связь, 1987.

4. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Справочник. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. – М.: Радио и связь, 1990.

5. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / Под редакцией Якубовского С.В. - М.: Радио и связь, 1990. 496с.ил.

6. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. М.: 3. М.: Мир, 1998.

7. Гусев В.Г., Гусев Ю.М., Электроника и микропроцессорная техника. М. Высшая школа, 2005.

8. Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. М.: Радио и связь, 1990.