Проектирование электронного компаратора
Разработка цифрового устройства, которое подсчитывает количество вошедших и вышедших людей в помещении и сравнивает данные. Формирование его структурной, функциональной и принципиальной схем. Логика алгоритма работы компаратора. Перечень элементной базы.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.04.2018 |
| Размер файла | 536,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Разработка технического задания
- 2. Разработка алгоритма работы устройства
- 3. Разработка схемы устройства
- 3.1 Формирование структурной схемы устройства
- 3.2 Формирование функциональной схемы устройства
- 3.3 Формирование принципиальной схемы устройства
- 3.4 Перечень элементной базы
- 3.4.1 Логический элемент "ИЛИ"
- 3.4.2 Счетчик
- 3.4.3 Цифровой компаратор
- Заключение
- Список использованной литературы
Введение
Что из себя представляют схемы подсчета и сравнения? Для чего они нужны и из чего они состоят? Данные системы подсчета посетителей предназначены для учета количества людей, прошедших через определенный проход за некоторый промежуток времени. Например, на торговых площадках данные системы необходимы для объективного формирования клиентской базы торговой площадки, анализа сезонного изменение спроса, формирования необходимого ассортимента и для проведения оптимальную выкладку товара. Также иногда важно определить направление движения, однако чаще всего системы ограничиваются разделением проходящих людей на два класса: входящие и выходящие.
Для сравнения операндов в цифровых системах используются специальные схемы сравнения, так называемые компараторы. Компараторы могут сравнивать любые операнды. От одноразрядных операндов до n - разрядных операндов в зависимости от микросхемы и ее возможности. Компаратор - это сравнивающее устройство. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения непрерывно изменяющихся сигналов. На выходах компараторов мы получаем соответственно "Равнозначность" или "Больше" или "Меньше", в зависимости от микросхемы.
1. Разработка технического задания
В ходе выполнения курсовой работы необходимо получить устройство, которое будет подсчитывать количество вошедших и вышедших людей, проводить дальнейшее сравнение полученных данных и выводить итог данного сравнения.
Устройство будет состоять из:
- 6 счетчиков типа К 155ИЕ 6;
- 3 цифровых компараторов типа К 561ИП 2;
- 2 дизъюнктора типа К 155ЛИ 1;
- 8 резисторов типа С 2-23-0,062-8,06 кОм ±1 %;
- 2 лазерных светоизлучающих диодов типа ОР-854.1;
- 3 светоизлучающих диодов типа ARL2-3214RGBC-B;
- 2 фототранзисторов типа BPW85.
Краткое описание:
- К 155ИЕ 6 - двоично-десятичный реверсивный счетчик.
- К 561ИП 2 - цифровой компаратор. Он сравнивает два четырехразрядных числа и имеет три выхода A<B, A>B, A=B, отображающие неравенство или равенство двоичных или двоично-десятичных слов.
- ОР-854.1 - серия лазерных диодов с вертикальным резонатором (VCSEL). Обладают высокой стабильностью мощности излучения в широком диапазоне рабочих температур. Являются оптимальным источником излучения для систем охранной сигнализации, аппаратуры волоконно-оптической связи и медицинской техники.
- BPW85 - быстродействующий и высокочувствительный кремниевый NPN эпитаксиально планарный фототранзистор в стандартном T-1 пластиковом корпусе (Ш 3мм). Устройство чувствительно к видимой и ближней инфракрасной области излучения.
2. Разработка алгоритма работы устройства
Работа устройства начинается с определения в какую сторону прошел человек: был произведен вход или выход из системы.
Рисунок 1 - Начало алгоритма устройства
Если был пересечен лазерный светоизлучающий диод VD1, то происходит прибавление единицы в счетчике DD3, то есть К=+1, где К - число людей, вошедших в здание. Если был пересечен лазерный светоизлучающий диод VD2, в таком случае происходит прибавление единицы в счетчике DD4, то есть M=+1, где М - число людей, вышедших из здания.
Рисунок 2 - Добавление вошедших/вышедших людей
Затем происходит сравнение числа вошедших и вышедших людей с помощью цифровых компараторов.
Рисунок 3 - Сравнение количества вошедших/вышедших людей
Если число вошедших людей больше вышедших (К>M), то загорается светоизлучающий диод VD3. Если же данное условие не было удовлетворено, то проверяется равенство вошедших и вышедших людей (N=M). Если оно верно, то загорается светоизлучающий диод VD4. Иначе делается вывод, что число вышедших людей больше числа вошедших людей (N<M), и загорается светоизлучающий диод VD5. Но при данном итоге (N<M) данное срабатывание системы может свидетельствовать о том, что-либо было проникновение людей иным способом, либо свидетельствует о некорректной работе устройства.
Рисунок 4 - Отображение итога сравнения
3. Разработка схемы устройства
3.1 Формирование структурной схемы устройства
Структурная схема - это совокупность элементарных звеньев объекта и связей между ними, один из видов графической модели. Она предназначена для отражения общей структуры устройства, то есть его основных блоков, узлов, частей и главных связей между ними. Из структурной схемы должно быть понятно, зачем нужно данное устройство и что оно делает в основных режимах работы, как взаимодействуют его части.
В нашем устройстве можно выделить четыре блока, имеющих между собой определённые связи на основе которых будет построена схема:
- блок детектирования
- блок счета
- блок сравнения
- блок индикации.
В блоке детектирования происходит обнаружение движения человека: был произведен вход или выход из системы.
В блоке счета происходит подсчет вошедших и вышедших людей.
В блоке сравнения происходит сопоставление полученных данных из блока счета, обработка этих значений на поиск равенства, максимального или минимального итога. цифровое компаратор алгоритм принципиальная
В блоке индикации происходит вывод полученного итога с помощью светоизлучающих диодов.
3.2 Формирование функциональной схемы устройства
Функциональная схема - вид графической модели изделия. Она является экспликацией (поясняющим материалом) отдельных видов процессов, протекающих в целостных функциональных блоках и цепях устройства.
Как было выше сказано, наше устройство делится на четыре блока: блок детектирования, блок счета, блок сравнения и блок индикации. Рассмотрим более подробно эти блоки, узнаем из чего они состоят и какие функции выполняют.
1. Блок детектирования. Функцией данного блока является обнаружение был произведен вход или выход из системы. Эта схема генерирует сигналы при пересечении одного из двух лучей. В схеме использованы два лазерных светодиода VD1 и VD2 инфракрасного спектрального диапазона излучения. В роли приёмника излучения используются фототранзисторы VT1и VT2.
Рисунок 5 - Блок детектирования в функциональной схеме
2. Блок счета. Функцией данного блока является подсчет количества вошедших и вышедших людей. Значение увеличивается по поступлению логической единицы либо на вход "+1" DD3, либо на вход "+1" DD4. В данном блоке использованы синхронные двоично-десятичные реверсивные счетчики, каждый из которых отвечает за свой разряд хранимого числа N.
Блок счета имеет двенадцать выходов (по четыре с каждого счетчика), сгруппированных в три шины: сотни, десятки и единицы. Код по этим шинам поступает на вход блока памяти. На вход S у микросхем DD1 - DD3 подан логический ноль, тем самым входы 1, 2, 4, 8 отключены.
Рисунок 6 - Блок счета в функциональной схеме
3. Блок сравнения. Функцией данного блока является сравнения двух двоичных чисел. Блок представляет собой каскад из трех компараторов, включенных последовательно. В них происходит сравнение поочередно начиная со старших разрядов. Сигналы на входы компараторов подаются с блока счетчиков.
Рисунок 7 - Блок сравнения в функциональной схеме
4. Блок индикации. Функцией данного блока является вывод полученного результата работы системы при помощи включения одного из светоизлучающих диодов.
Рисунок 8 - Блок индикации в функциональной схеме
3.3 Формирование принципиальной схемы устройства
Принципиальная схема - графическое изображение (модель) служащее для передачи с помощью условных графических и буквенно-цифровых обозначений (пиктограмм) связей между элементами электрического устройства.
Устройство содержит:
- 6 счетчиков типа К 155ИЕ 6;
- 3 цифровых компараторов типа К 561ИП 2;
- 2 дизъюнкторов;
- 8 резисторов;
- 2 лазерных светоизлучающих диодов типа ОР-854.1;
- 3 светоизлучающих диодов типа ОР-854.1;
- 2 фототранзисторов типа BPW85.
Рассмотрим работу каждого из блоков принципиальной схемы.
1.Блок детектирования. Данный блок состоит из двух резисторов, двух лазерных светоизлучающих диодов типа ОР-854.1 и двух фототранзисторов типа BPW85.
Рисунок 9 - Блок детектирования в принципиальной схеме
2. Блок счета. Данный блок состоит из 6 счетчиков типа К 155ИЕ 6.
Рисунок 10 - Блок счета в принципиальной схеме
3. Блок сравнения. Данный блок состоит из трех цифровых компараторов типа К 561ИП 2.
Рисунок 11 - Блок сравнения в принципиальной схеме
4. Блок индикации. Данный блок состоит из четырёх токоограничивающих резисторов и трех светоизлучающих диодов типа ARL2-3214RGBC-B.
Рисунок 12 - Блок индикации в принципиальной схеме
3.4 Перечень элементной базы
3.4.1 Логический элемент "ИЛИ"
Дизъюнкция (логическое сложение). Операция ИЛИ.
Мнемоническое правило для дизъюнкции с любым количеством входов звучит так:
· На выходе будет "1" тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует "1",
· На выходе будет "0" тогда и только тогда, когда на всех входах действуют "0".
Словесно эту операцию можно выразить следующим выражением: "Истина на выходе может быть, если хотя бы на одном из входов будет истина".
Рис. 13 - Логический элемент "ИЛИ"
Рис. 14 - Таблица истинности элемента "ИЛИ"
Таблица 1 - Электрические параметры
3.4.2 Счетчик
Счетчик - это цифровая логическая схема, предназначенная для подсчета числа импульсов, поступающих на его счетный вход.
Суть работы заключается в изменении на единицу значения, с приходом каждого счетного импульса.
Рис. 15 - Счетчик
К 155ИЕ 6-двоично-десятичный реверсивный счетчик.
Номинальное напряжение питания 5 В+ 5 %
Выходное напряжение "0" <0,4V
Выходное напряжение "1" >2,4V
Входной ток "0" <1,6mA
Входной ток "1" >0,04mA.
3.4.3 Цифровой компаратор
Цифровые компараторы выполняют сравнение двух чисел, заданных в двоичном коде. Они могут определять равенство двух двоичных чисел А и В с одинаковым количеством разрядов либо вид неравенства А>В или А<В. Цифровые компараторы имеют три выхода.
Схема одноразрядного компаратора (Рис. 13) представляет собой структуру логического элемента "исключающее ИЛИ-НЕ".
Рис. 16 - Одноразрядный компаратор
Если попарно равны между собой все разряды двух n-разрядных двоичных чисел, то равны и эти два числа А и В. Применяя цифровой компаратор для каждого разряда, например, четырехзначных чисел, и определяя значения F1, F2, F3, F4 логических переменных на выходах компараторов, факт равенства А = В установим в случае, когда F = F1 · F2 · F3 · F4 = 1. Если же F = 0, то А ? В.
Неравенство А> В обеспечивается (для четырехразрядного числа) в четырех случаях: или А 4 > В 4, или А 4 = В 4 И А 3 > В 3, или А 4 = В 4, А 3 = В 3 и А 2 > В 2, или А 4 = В 4, А 3 = В 3, А 2 = В 2 и А 1 > В 1, где А 4 и В 4 - старшие разряды чисел А и В). Очевидно, что если поменять местами Ai и Bi то будет выполняться неравенство А < В.
Рис. 17 - Четырехразрядный компаратор
К 561ИП 2-цифровой компаратор. Он сравнивает два четырехразрядных числа и имеет три выхода A<B, A>B, A=B, отображающие неравенство или равенство двоичных или двоично-десятичных слов.
Напряжение питания 3..15V
Выходное напряжение лог. "0" <0,05V
Выходное напряжение лог. "1" >U пит-0,05V
Заключение
В результате выполнения курсовой работе было разработано устройство, которое подсчитывает количество вошедших и вышедших людей, проводить дальнейшее сравнение полученных данных и выводить итог данного сравнения.
Была изучена литература на данную тему. Разработаны структурная, функциональная и принципиальная схемы, а также алгоритм работы устройства. Рассмотрен принцип действия устройства, а также элементы, из которых состоит данное устройство.
Были закреплены и углублены знания по методам и приемам построения электронно-вычислительных устройств. Получены практические навыки построения структур и синтеза принципиальных схем вычислителей.
Список использованной литературы
1. Александров Е.К. Под общ. Ред. Д.В. Пузанкова. Микропроцессорные системы. Учебное пособие для вузов. - СПб.: "Политехника", 2002.
2. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы. М.: "Энергоатомиздат", 1990 г.
3. Мальцев П.П., Долидзе Н.С., Критенко М.И. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. - М.: "Радио и связь". - 1994.
4. Нефёдов А.В. "Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Серии К 1564 - К 1814" Том 11. Издательство Радио Софт Москва 2001.
5. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. - М. -СПб.: "Лаборатория базовых знаний". 2001.
6. Соловьев Г.Н. "Схемотехника ЭВМ", М.: "Высшая школа", - 1988 г.
7. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство стандартов, 1992.
8. Шило Л.Е. Популярные цифровые микросхемы. М.: Связь, 1989.
9. Энциклопедия "Википедия". https://ru.wikipedia.org/.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание функциональной схемы цифрового устройства для реализации микроопераций. Выбор элементной базы для построения принципиальной электрической схемы цифрового устройства. Разработка и описание алгоритма умножения, сложения, логической операции.
курсовая работа [684,0 K], добавлен 28.05.2013Построение структурной, функциональной и принципиальной схем электронного термометра на основе микроконтороллера, выбор элементной базы, оптимальной для реализации поставленных задач по диапазону характеристик, алгоритм работы системы и программный код.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 27.12.2009Выбор формата данных. Разработка алгоритма и графа макрооперации. Разработка функциональной электрической схемы и её особенности. Выбор элементной базы. Разработка принципиальной схемы. Микропроцессорная реализация устройства на языке Ассемблер.
курсовая работа [955,0 K], добавлен 04.05.2014Принцип действия цифрового компаратора. Фиксация входного напряжения на уровнях, совместимых с логическими уровнями транзисторно-логических микросхем. Схема компаратора на операционном усилителе. Структура логического элемента одноразрядного компаратора.
лабораторная работа [46,1 K], добавлен 12.01.2010Построение структурной, функциональной и принципиальной схемы цифрового частотомера. Измерение частоты электрических колебаний от единиц герц до 10 МГц и амплитудой от 0,15 до 10 В с ведением счета числа импульсов входного сигнала. Выбор элементной базы.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.01.2015Проектирование будильника для осуществления счета времени и формирования сигнала в заданное время, анализ структурной и функциональной схем прибора. Разработка принципиальной схемы на основании выбранной элементной базы. Построение временных диаграмм.
курсовая работа [21,1 K], добавлен 30.05.2015Разработка структурной и принципиальной схем электронного тахометра. Изучение принципа работы датчика магнитного поля. Выбор микроконтроллера. Проектирование управляющей программы для микроконтроллера. Адаптация устройства к промышленному применению.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 22.01.2015Классификация счетчиков, их быстродействие и характеристики. Принцип работы и схема синхронного счетного Т-триггера на основе JK-триггера. Разработка и расчёт структурной и электрической принципиальной схем устройства, выбор его элементной базы.
курсовая работа [484,3 K], добавлен 12.12.2013Разработка структурной схемы электронного устройства. Синтез и расчет транзисторного усилителя. Синтез преобразователей уровня, схемы арифметических преобразователей. Схема компаратора, разработка цифровой схемы. Расчет тока нагрузки блока питания.
реферат [1,4 M], добавлен 06.11.2013Создание аналого-цифрового устройства для проведения лабораторных работ с использованием микроконтроллера. Разработка структурной и принципиальной схем. Выбор и описание элементной базы, используемого микроконтроллера. Программирование микроконтроллера.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 19.07.2014Структурная схема цифрового вольтметра, расчет основных параметров. Хараткеристика входного устройства для усиления напряжения, электронного переключателя, компаратора и интегратора. Схема индикации и временного селектора. Расчет погрешности вольтметра.
курсовая работа [511,5 K], добавлен 06.05.2011Технические требования к проектируемому устройству, анализ требований на проектируемое устройство; выбор и обоснование структурной электрической схемы устройства и используемой элементной базы; описание структурной схемы, перечень её элементов.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 22.05.2012Разработка функциональной и принципиальной схем управляющего устройства в виде цифрового автомата. Синтез синхронного счётчика. Минимизация функций входов для триггеров с помощью карт Карно. Синтез дешифратора и тактового генератора, функции выхода.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 23.01.2011Представление функциональной и электрической принципиальной схем цифрового фазового корректора. Написание общего алгоритма действия и создание программы фильтра на языке команд микропроцессора. Проведение расчета быстродействия и устойчивости устройства.
курсовая работа [754,9 K], добавлен 03.12.2010Проектирование функциональной и принципиальной схем цифрового вольтметра. Выбор устройства управления (микроконтроллера), источника и инвертора напряжения, индикаторов. Функции и структура управляющей программы, ее алгоритм и глобальные переменные.
курсовая работа [84,8 K], добавлен 14.03.2014Электронный замок: общая характеристика и принцип действия. Анализ вариантов реализации устройства. Разработка алгоритма функционирования, структурной и электрической принципиальной схемы электронного замка. Блок-схема алгоритма работы программы.
курсовая работа [363,3 K], добавлен 10.05.2015Расчет тактовой частоты, параметров электронной цепи. Определение ошибки преобразования. Выбор резисторов, триггера, счетчика, генераторов, формирователя импульсов, компаратора. Разработка полной принципиальной схемы аналого-цифрового преобразователя.
контрольная работа [405,1 K], добавлен 23.12.2014Рассмотрение в программах Protel и PSpice AD работы основных элементов устройства усилителя: мультиплексора, компаратора, счетчика адресов, статических регистров. Разработка структурной и принципиальной схемы усилителя с общим эмиттером и коллектором.
дипломная работа [858,9 K], добавлен 11.01.2015Определение элементной базы электронного устройства. Определение технологии изготовления печатной платы. Обзор современных систем автоматизированного проектирования печатных плат. Анализ трудоемкости работ по проектированию электронного устройства.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 18.12.2013Методы измерения тока и напряжения. Проектирование цифрового измерителя мощности постоянного тока. Выбор элементной базы устройства согласно схеме электрической принципиальной, способа установки элементов. Расчет экономической эффективности устройства.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.07.2011
