Разработка цифрового программно-временного устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Пояснительная записка содержит 22 стр., 3 источника, 7 рис., 1 табл., 1 приложение.

ГЕНЕРАТОР, СЧЕТЧИК, КОЭФФИЦИЕНТ ДЕЛЕНИЯ, МИКРОСХЕМА, СВЕТОДИОД.

Объектом разработки данной курсовой работы является цифровое программно-временное устройство.

Цель работы - разработка принципиальной схемы устройства, осуществляющего отсчет заданного вариантом времени с последующей подачей сигнала на исполнительное устройство. В качестве исполнительного устройства используется светодиод.

Результатом выполнения работы является принципиальная схема устройства, отвечающая поставленным вариантом требованиям. В качестве основных компонентов схемы были использованы микросхемы серии 564: 4 микросхемы 564ЛА7, содержащих в себе 4 элемента «2И-НЕ», 1 микросхема 564J1A2, представляющая собой элемент «8И-НЕ», и 10 микросхем 564ИЕ11, представляющих собой 4-разрядные двоично-десятичные счетчики.

Поскольку задача, поставленная для выполнения курсовой «боты, является учебной, по разработанной схеме может быть реализован» прибор, используемый по назначению.

СОДЕРЖАНИЕ

Реферат

Задание

Введение

1. Разработка структурной схемы ПВУ

2. Разработка принципиальной схемы генератора и делителя частоты

3. Разработка принципиальной схемы счетчиков десятков и единиц

4. Разработка схемы совпадения

5. Разработка схемы исполнительного устройства

Заключение

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

С появлением цифровой техники в жизни людей произошла, без преувеличения сказать, наставшая революция. На every лиши устройствам, которые всегда отличались своими габаритами и сложностью реализации, пришли небольшие цифровые элементы, комбинирую которые в сложные логические схемы, можно добиться получения многофункциональных цифровых устройств. Каждый день люди пользуются электронными часами будильниками, пультами дистанционного управления. Фотоаппаратами компьютерами и т.п., появление которых обязано изобретению программно- аппаратного цифрового конструирования приборов.

Очевидно, что вместе с цифровыми устройствами была заложена цифровая логика, которая токи малой и большой амплитуд преобразовывает в последовательности нулей и единиц соответственно. Эта простота реализации. с одной стороны. привлекает конструкторов к созданию как можно большему количеству цифровых логических цементов, но с другой стороны таит в себе большое количество трудностей, ведь чем сложнее электронные устройства, то есть чем больше количество его составных элементов, тем сложнее «заставить* их работать в едином ключе, давая требуемый результат Таким образом, конструктор, разрабатывающий цифровые электрические устройства, обязан хорошо владеть навыками цифровой логики в совокупности е дискретной математикой.

Программно-временные устройства (ПВУ), являясь разновидностью цифровых устройств, представляют собой относительно простые в реализации устройства, работающие по цифровой (двоичной) логике. Программой sax таковой является алгоритм прохождения сигнала по схеме устройства, поэтому под разработкой программы ПВУ подразумевают создание его принципиальной схемы. Временная составляющая устройства отвечает за отсчет определённого числа секунд (часов, минут, дней и т. д.), после которого должно произойти какое-либо событие.

В ходе данной курсовой работы было разработано цифровое ПВУ, осуществляющее отсчет заданного вариантом времени с последующей подачей I нала на исполнительное устройство, которым является светодиод. При струировании схемы должен соблюдаться диапазон питающих напряжений и решность отработки времени.

Поскольку цель написания данной курсовой работы учебная, разработанное устройство не претендует на коммерческое использование, поскольку при создании его принципиальной схемы не рассматривались вопросы ее оптимизации и потенциального удешевления комплектующих устройства. Тем не менее, построенное по ней цифровое ПВУ будет отвечать требованиям, указанным в задании на курсовую работу.

1. Разработка структурной схемы ПВУ

Структурная схема разрабатываемого устройства включает в себя следующие элементы:

генератор частоты 32768 Гц;

делитель частоты;

счетчик единиц секунд;

счетчик десятков секунд;

счетчик единиц минут;

счетчик десятков минут;

счетчик единиц часов;

счетчик десятков часов;

схема совпадения;

исполняющее устройство.

В качестве основы элементной базы разрабатываемого ПВУ были выбраны микросхемы серии 564, поскольку их диапазон питающих напряжений (4,2 -- 15 В) удовлетворяет диапазону, заданному вариантом на курсовую работу (6-9)

Генератор представляет собой совокупность кварцевого генератора, двух элементов «2И-НЕ» микросхем 564J1A7, двух резисторов и конденсатора.

В качестве элементной базы схемы деления частоты были использованы микросхемы семейства 564ИЕ11, представляющие собой 4-разрядные двоичнодесятичный счетчики.

В схеме совпадения использовались также элементы «2И-НЕ» из микросхем 564ЛА7. В качестве исполняющего устройства выступает светодиод с включенным последовательно резистором.

Блок-схема разрабатываемого ПВУ представлена в соответствии с рисунком 1:

2. Разработка принципиальной схемы генератора и делителя частоты

Согласно варианту задания на курсовую работу, погрешность отработки времени не должна превышать 2%, поэтому в качестве элемента, задающего частоту генератора до деления, был использован кварцевый генератор, построенный на двух элементах Шеффера, двух резисторах и кварцевом резонаторе.

Был выбран кварцевый резонатор РК206(2А)-8пФ с резонансной частотой 0,032768 МГц (32 768 Гц).

Схема делителя частоты используется для преобразования частоты генератора до деления (32 768 Гц) в частоту, подающуюся на вход счетчика времени (1 Гц). Следовательно, коэффициент деления частоты будет следующим:

где п -- количество разрядов, N - модуль счета, а скобки [] означают округление до ближайшего целого в большую сторону, получим:

Следовательно, для организации 15-разрядного делителя частоты потребуется четыре 4-разрядных счетчика 564ИЕ11.

Произведем расчет времятадающего сопротивления R1:

резистор С2-ЗЗ-ОДгЗВт 1.91 МОм 1%, ряд Е96.

Схема полученного генератора и делителя частоты представлена в соответствии с рисунком 2:

3. Разработка принципиальной схемы счетчиков десятков и единиц

В качестве счетчиков десятков и единиц также использовались микросхемы 564ИЕ11, являющиеся 4-разрядным двоично-десятичным счетчиком. Изображение данной микросхемы представлено в соответствии с рисунком 3:

генератор делитель частота резонатор

На вход №10 («+1») подается задающая частота, а с выходов №6, №11, №14, №2 будет сниматься выходное число в двоично-десятичной системе. Выход №7 («Р») сигнализирует о переполнении разрядной сетки (когда число счета на выходе становится > 15), Вход №9 (R) служит для сброса микросхемы.

Произведем расчет коэффициентов пересчета счетчиков секунд, минут и часов. Поскольку, согласно варианту задания на курсовую работу, время, через которое должен загореться светодиод, составляет 19 часов 13 минут, очевидно, что

N СЕС СЕМ = N СЕЧ ~ N СДС=^СДМ~6; ИСдч=2,

где NСЕС - коэффициент счета единиц секунд, сдс - коэффициент счета десятков секунд, NСБМ - коэффициент счета единиц минут, №сдм . коэффициент счета десятков минут, NCE4 - коэффициент счета единиц часов , Nсдч - коэффициент счета десятков часов.

Используя формулу (2) произведем расчет количества счетчиков, обучающихся для подсчета секунд, минут и часов.

следовательно, для подсчета единиц секунд, минут и часов потребуется один 4-разрядный счетчик 564ИЕ11.

следовательно, для подсчета десятков секунд и минут потребуется один 4- разрядный счетчик 564ИЕ11.

Для N сес * Nсш , N СЕЧ :

w=[log2Ar]=[log,10]=4,

Для Nсдс »

п=(log2Ar]=(log,6)=3,

п=log2W}=[log:2]=l,

следовательно, для подсчета десятков часов также потребуется один 4- разрядный счетчик 564ИЕ11.

Схема включения микросхем в качестве счетчика представлена на рисунке 4

Рисунок 4 - Схема включения микросхем 564ИЕ11 в качестве счетчика

В частности, на рисунке выше микросхема DD5 подсчитывает единицы секунд, как только их количество становится равным 10, сигнал передается на микросхему DD7, которая подсчитывает их десятки.

Схема подсчета единиц и десятков минут и часов выглядит аналогично.

4. Разработка схемы совпадения

Схема совпадения строится на базе двух логических элементов «211 III входящих в состав микросхемы 564ЛА7, соединение которых представляет собой конъюнктор. Мри поступлении сигнала на схему совпадения она передал cm дальше по цепи для продолжения счета (с секунд -- на минуты, с минут -- тсы), а также подает сигнал для сброса счетчиков, стоящих до нее.

совпадения секунд представлена в соответствии с рисунком 5:

Схема совпадения минут выглядит аналогичным образом.

Схема совпадения часов, которая также является схемой совпадения для всего времени, представляет собой микросхему 564JIA2, у которой задействованы 6 входов из 8-ми: 1 на десяток часов, 2 на единицы часов, 1 на десяток минут и 2 на единицы минут.

Схема совпадения часов представлена в соответствии с рисунком 6.

Закон функционирования 4-разрядного счетчика (см. рисунок 3) представлена в виде таблицы 1:

Таблица 1 - Закон функционирования 4-разрядного счетчика

Как видно из таблицы I, для того, чтобы отсчитать 10 секунд, на счетчике единиц секунд необходимо снять сигналы с выходов Q4 и Q2 и подать их на коньюнктор, образованный двумя элементами «2И-НЕ» микросхемы 564J1A7, на счетчик десятков секунд. Для отсчета 6 десятков секунд необходимо на этом счетчике снять сигналы с выходов Q3 и Q2 и подать их на схему совпадения. Подобным методом осуществляется двоично-десятичный режим работы счетчика. Аналогичным образом осуществляется подсчет минут и часов.

5. Разработка схемы исполнительного устройства

После того, как счетчик времени достигает 19 часов 13 минут, через элемент «2И-НЕ» сигнал подается на исполнительное устройство.

Исполнительным устройством является светодиод с резистором, изображенным в соответствии со схемой, представленной на рисунке 7:

Рисунок 7 - Схема исполнительного устройства Произведем расчет ограничительного сопротивления R3

Для реализации данного сопротивления был выбран тонкопленочный изолированный резистор С2-ЗЗАИ-0,125 5%, ряд Ё24.

Перечень используемых элементов схемы представлен в приложении А данного отчета. Схема полностью собранного ПВУ:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения данной курсовой работы была разработана схема цифрового программно-временного устройства, выполняющая подачу сигнала на светодиод по истечении заданного интервала времени.

Логично считать, что существует множество аналогов разработанного устройства с расширенным функционалом, однако оно изначально.создавалась в качестве учебного, не исключая возможности использования по назначению.

Результаты разработки устройства подтвердили, что его работоспособность удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к нему по заданию на курсовую работу. Таким образом, задание на курсовую работу выполнено полностью.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ источников

Цифровые устройства на МОП -- интегральных микросхемах. С.А. Бирюков.- М.: Радио и Связь, 1990. - 128 с.

Справочное пособие по электротехнике и основам электроники: Учебное пособие для неэелкгротехнических специальностей вузов. П.В. Ермуратский, А.А. Косякин, B.C. Листвин, ПП. Лычкина, А.В. Нетушил. - М.: Высш. шк., 1986. - 248 с: ил. 55 к.

Конспект лекций по дисциплине «Электроника и схемотехника», специальность 090106,6 семестр

Размещено на Allbest.ru