Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

Разработать коммутатор подключения 8 видеокамер на 1 монитор. 2 режима работы -ручного управления с индикацией на 7-сегментном индикаторе номера подключенной камеры, и автоматического управления, когда подключение камеры осуществляется по сработке от датчика. Элементная база - ТТЛ-совместимые микросхемы.

Аннотация

Пояснительная записка посвящена проектированию коммутатора подключения 8 видеокамер на 1 монитор. В ней содержатся исходные данные к проектированию, анализ задачи, общая схема алгоритма работы устройства, структурная схема устройства, принципиальная схема, а также оценка параметров устройства.

Анализ задания и постановка задачи

По условию задания нужно спроектировать коммутатор подключения видеокамер, который будет работать в двух режимах - автоматическом и ручном. Эти два режима отличаются принципом выбора активной видеокамеры.

В ручном режиме элементом управления служит кнопка «Выбор камеры», и номер подключенной камеры определяется следующим образом: в том случае, если кнопка нажата, камеры подключаются по очереди с периодом подключения приблизительно 2 с. Если же отжать кнопку, то подключенная на момент отпускания камера остаётся фиксированной и изображение от неё постоянно выводится на монитор. Теперь если опять нажать кнопку, то снова будет происходить перебор камер, начиная с фиксированной. Перебор камер происходит циклически.

В автоматическом режиме элементом управления служит датчик. В этом режиме имеется сигналы с выходов 8 датчиков. По фронту импульса от любого из датчиков происходит подключение соответствующей камеры, и она остаётся подключенной до тех пор, пока не придёт импульс от другого датчика. Как только такой импульс пришёл, снова происходит переключение на соответствующую камеру, от датчика которой и пришёл этот импульс. Условием для правильной работы схемы является наличие единичного уровня сигнала в импульсе в течении 100 нс. Это время необходимо для корректного переключения элементов памяти, в которых хранится номер подключенной камеры.

После того как номер камеры, которую надо подключить, выбран, посредством селектора-мультиплексора и будет происходить собственно подключение. При этом номер камеры играет роль адреса для этого мультиплексора.

Кроме всего прочего, номер подключенной камеры в обоих режимах номер текущей подключенной камеры высвечивается на семисегментном индикаторе. Элементная база устройства - только ТТЛ-совместимые ИМС.

Общая схема алгоритма и описание закона функционирования

В первоначальный момент, когда включается питание устройства, все триггеры сбрасываются в нулевое состояние и происходит опрос кнопки выбора режима.

Прежде всего перед коммутированием нужно выбрать режим определения номера активной видеокамеры - автоматический или ручной. Если режим ручной, то пользователь посредством кнопки «Выбор камеры» выбирает соответствующую видеокамеру. Если же режим автоматический, то проиходит опрос датчиков. Полученный в результате определения номер камеры передаётся как адрес для селектора-мультиплексора, а также подаётся на вход дешифратора семисегментного индикатора. В результате на выходе мультиплексора-селектора получим аналоговый сигнал от нужной камеры, а на индикаторе, присоединённом к выходам дешифратора, получим цифру, соответствующую номеру выбранной камеры.

Рис. 1. Общая схема алгоритма.

Выбор принципа структурной организации

Структурная организация устройства графически представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная организация устройства.

Синтез принципиальной электрической схемы

Опишем синтез каждого из элементов структурной организации в отдельности.

Схема начальной установки

Для задания начальных значений элементов памяти используется схема начальной установки. Она представляет собой следующий блок (см рис. 3)

Рис. 3. Схема начальной установки

Закон изменения напряжения на резисторе имеет следующий вид:

Тогда выражение для нахождения сопротивления примет вид:

Для нашего устройства имеем:

U₀ = 5В; U = U_{ТТЛ 1} = 3,2 В; t = 100 нс; С = 0,01 мкФ;

Получим численное значение сопротивления резистора 10 Ом.

Блок ручного выбора камеры

При ручном выборе необходимо подключать камеры по очереди до тех пор, пока пользователь не выберет нужную посредством кнопки «Выбор камеры». Для этого удобно использовать счётчик, на счётный вход которого будет подаваться сигнал с генератора. Получим циклический перебор камер.

Необходим двоичный суммирующий счётчик с коэффициентом пересчёта 8 (по количеству видеокамер) - это ИМС К555ИЕ7 (использоваться будут только 3 младших разряда выхода).

Генератор проще всего собрать на основе ИМС, имеющихся в серии 555 - К555ГГ2 и К555ПЦ1 (см. рис. 4). 1-я ИМС представляет собой 2 генератора прямоугольных импульсов. На входы, отвечающие за частоту генерации присоединяем кварцевый резонатор стабильной частоты 32768 Гц.

ИМС К555ПЦ1 - это программируемый счетчик-делитель с коэффициентом деления 2ⁿ; двоичный эквивалент числа n выставляется на входах 1, 2, 4, 8, 16. Т.о. для получения на выходе частоты в 0,5 Гц необходимо выставить число 14. Для этого надо на входы 1 и 16 подать сигнал нулевого логического уровня, а на входы 2, 4, 8 - сигнал единичного логического уровня. На выходе получим сигнал с частотой: 2¹⁴/32768 = 2¹⁴/2¹⁵ = 0,5 Гц

Рис. 4. Схема генератора импульсов для ручного режима подключения.

Период этого генератора 0,5 Гц - это значит, что переключение активной камеры до тех пор, пока не нажата копка «Выбор камеры» будет происходить каждые 2 секунды.

Блок декодирования

В автоматическом режиме подключение видеокамер происходит по фронту импульса от датчика. До прихода нового импульса от одного из датчика текущая камера является подключенной. Следовательно, необходимы элементы памяти для запоминания значений датчиков на момент прихода последнего импульса. Таковую роль играют D-триггеры. Они записывают значение на входе в момент подачи на вход синхронизации фронта импульса. Таким образом, чтобы обеспечить этот фронт при наличии импульса от любого датчика, необходимо поставить дизъюнктивный элемент. Искомый элемент будет представлять собой совокупность ИМС, содержащих 4 элемента 2ИЛИ. Время задержки распространения этой совокупности приблизительно равняется 75 нс, но для обеспечения более высокой надёжности берётся расчётное время 100 нс (именно это значение и принималось выше при расчете схемы параметров элементов схемы начальной установки).

Далее полученный унитарный код номера видеокамеры посредством шифратора преобразуется в двоичный, и в этом и заключается функция блока декодирования: по фронту импульса от датчиков получить на выходе блока двоичный код номера камеры, чей датчик и выдал импульс.

Блок выбора режима

Выбор режима работы коммутатора осуществляется посредством нажатия кнопки «Режим». Осуществляется мультиплексирование сигналов со счётчика и шифратора, причём в качестве адреса на мультиплексор будем подавать значение с кнопки. Таким образом, при нажатой кнопке режим будет ручной, а при отпущенной - автоматический.

Мультиплексор-селектор

Необходим для мультиплексирования выходных сигналов камер. Т.к. эти сигнал аналоговые, то нужен именно селектор. Критерием выбор является разрядность (необходим 8 в 1 по количеству камер)

Блок индикации номера камеры

Этот блок состоит из двух частей - дешифратора и семисегментного индикатора. Сигналы с выхода мультиплексора блока выбора режима поступают на вход дешифратора, а потом на вход индикатора. Таким образом, на индикаторе в обоих режимах будет отображаться номер подключенной камеры.

коммутатор электрический монитор мощность

Построение временной диаграммы

Диаграмма работы устройства в автоматическом режиме:

Диаграмма работы устройства в ручном режиме:

Описание работы устройства

Опишем работу устройства с учётом полученной в результате синтеза схемы. Рассмотрим отдельно оба режима работы.

1. Ручной режим. Если кнопка SB1 нажата, происходит циклический перебор камер. На счётный вход счётчика DD4 поступают импульсы от генератора на основе DD1 и DD2. По фронту этих импульсов значение на выходе счётчика увеличивается на 1. Когда же оператор отпускает кнопку SB1, импульсы с генератора перестают поступать на счётный вход DD4 и текущий номер камеры фиксируется в триггерах счётчика. Двоичный код номера камеры поступает на вход мультиплексора DD13, а потом в соответствии с положением кнопки SB2 (которая является нажатой в случае ручного режима) этот код поступает в качестве адреса на вход мультиплексора-селектора DD12 (который мультиплексирует аналоговые сигналы с выходов камер), и на вход дешифратора DD14, обеспечивающего вывод номера текущей камеры на индикатор. На выходе DD12 получим аналоговый сигнал с выхода текущей камеры. При повторном нажатии кнопки SB1 снова начнётся перебор камер, начиная с текущей.

2. Автоматический режим. Активизируется в случае, если кнопка SB2 отпущена. Прибор функционирует так: по фронту импульса от любого из датчиков происходит фиксация текущего уровня сигнала с каждого из датчиков в соответствующем триггере (DD5-DD8). Инверсные выходы триггеров подключены к инверсным входам шифратора, преобразующего входной унитарный код номера камеры, которую необходимо подключить, в двоичный код, который после прохождения через мультиплексор DD13 подаётся в качестве адреса на вход селектора DD12, осуществляющего мультиплексирование сигналов с выхода камер. Одновременно двоичный код текущей камеры передаётся с выхода DD13 на вход дешифратора DD14, обеспечивающего индикацию номера подключенной камеры, которая является подключенной до прихода нового импульса от одного из датчиков.

Оценка потребляемой мощности и аппаратных затрат

Суммарную информация о потребляемой мощности можно представить в виде таблицы:

Литература

1) Акимов Н. Н. и др. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства: Справочник. - Мн.: Беларусь, 1994. - 615 с.

2) Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника: Учебное пособие для приборостроительных специальностей ВУЗов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1991. - 622 с.

3) Жеребцов И. П. Основы электроники. - 5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение, 1990. - 352.

4) Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник / Б. А. Бородин, В. М. Ломакин, В. В. Мокряков и др.; Под ред. А. В. Голомедова. - М.: Радио и связь, 1985. - 560 с.

5) Нефедоров А. В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т. 3. - М.: КУбК-а, 1997. - 544 с.

6) Опадчий Ю. Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов / Опадчий Ю. Ф., Глудкин О. П., Гуров А. И.; Под ред. Глудкина О. П. - М.: Горячая Линия - Телеком, 2000. - 768 с.

7) Хоровиц П., Хилл У. Исскуство схемотехники: Пер. с англ. - Изд. Шестое. - М.: Мир, 2001. - 704 с.

Размещено на Allbest.ru