Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС)

Кафедра «Автоматика и телемеханика»

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине

«Теоретические основы автоматики и телемеханики»

Синтез автоматической системы передачи кодированных сигналов в канал связи

Студентки группы 23 А

К.А. Розентальс

Руководитель - доцент кафедры «АиТ»

С.В. Гришечко

Омск 2015



ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: «Синтез автоматической системы передачи кодированных сигналов в канал связи».

Задание: составить схему автомата, предназначенного для передачи (приёма) информационного сообщения через канал связи.

Содержание сообщения: РОЗЕНТАЛЬС КСЕНИЯ АНДРЕЕВНА

Способ передачи (приёма): циклический.

Система кодирования: минимальная.

Модуляция: минимальная.

Скорость передачи (приёма): 100·(номер варианта ± 0,4), бит/с.

Параметры канала связи:

- полоса пропускания - от 300 Гц до 3400 Гц;

- входной уровень - от -2,3 Нп до 0 Нп;

- линия - двухпроводная симметричная;

- волновое сопротивление - 120 Ом.

Номер варианта 21.



РЕФЕРАТ

Рассматривается синтез многофункционального автомата, выполненного на базе интегральных микросхем средней степени интеграции. Автомат осуществляет передачу информации в канал связи с её предварительным кодированием.



ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проекта является освоение методики проектирования цифровых устройств путём использования теории переключательных функций, теории полупроводниковых приборов и микропроцессорной техники, что позволяет значительно облегчить труд, затрачиваемый инженером на разработку цифровых устройств.

Перед началом проектирования перед инженером должна быть поставлена чёткая задача в виде технического задания, в котором должны быть оговорены все технические параметры, условия эксплуатации и обслуживания разрабатываемого устройства.

Цифровое устройство может быть правильно спроектировано только при наличии точных описаний на радиоматериалы и радиодетали.

Задача проектировщика состоит в том, чтобы получить конечный автомат, содержащий наименьшее число радиокомпонентов, имеющий оптимальные размеры и минимальную стоимость. Не всегда имеется возможность снижать стоимость автомата за счёт уменьшения его габаритов. Нет смысла использовать микропроцессор для выполнения простейших логических функций и наоборот, если нужно получить автомат с гибкой логикой лучше применить для этой цели процессор. Проектируемое устройство должно соответствовать условиям эксплуатации.

Данный курсовой проект не включает в себя синтез микропроцессорных систем. Принципиальную схему автомата следует строить на микросхемах средней интеграции и на отдельных радиокомпонентах. Из множества схемных решений нужно выбрать оптимальные для конкретной задачи, а затем, адаптировав при помощи теории переключательных функций, использовать в проекте.



1. СОСТАВЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТА

Автомат должен содержать следующие схемы:

- задающий генератор с кварцевой стабилизацией (ЗГ);

- делитель частоты, для формирования необходимой последовательности импульсов (ДЧ);

- схему синхронизации (СС);

- преобразователь параллельного в последовательный код (ПП);

- формирователь старт - стопных импульсов (СИ);

- схему согласования с каналом связи (ССКС);

- преобразователь кода Ф.И.О. (ПК).

Структурная схема будет выглядеть как на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 - Структурная схема автомата

преобразователь код элементный блок



2. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Наилучшие результаты можно получить только используя высококачественные радиоматериалы и компоненты ведущих фирм мира, производителей радиодеталей. Необходимо иметь подробное описание на радиодетали с таблицами истинности временными диаграммами работы и типовыми рекомендуемыми схемами включения. Если такой информации нет -можно использовать для проектирования любые подходящие компоненты. Желательно применять отечественные элементы тем более, что для большинства имеются зарубежные аналоги.

Логические микросхемы любой сложности строятся из элементарных элементов, выполняющих следующие логические функции: И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ. Всегда нужно помнить, что любое сложное логическое выражение можно заменить набором элементарных выражений и, наоборот имеются наборы микросхем решающих более сложные задачи, чем элементарные. Если автомат получился сложным для понимания даже самого разработчика, то следует подумать о применении микропроцессора вместо сложной логической схемы.

Данный курсовой проект должен выполняться без применения микропроцессора.



3. ФУНКЦИИ ВЫХОДОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ КОДА.

3.1 Число разрядов кода и число разрядов входного слова

, (3.1)

где N=16 - различных символов.

n=4

, (3.2)

где М=32 - общее количество символов

m=5

3.2 Составление кодовой таблицы преобразователя кода

В кодовую таблицу добавим синхроимпульсы между посылками в виде 3-х пробелов.

Таблица 3.1. - Кодирование символов посылки

Входное слово преобразователя кода	Выходное слово
№	Символ	Х5	Х4	Х3	Х2	Х1	№ кода	Y4	Y3	Y2	Y1
такта		16	8	4	2	1	буквы	8	4	2	1
0		0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	Р	0	0	0	0	1	1	0	0	0	1
2	о	0	0	0	1	0	2	0	0	1	0
3	з	0	0	0	1	1	3	0	0	1	1
4	е	0	0	1	0	0	4	0	1	0	0
5	н	0	0	1	0	1	5	0	1	0	1
6	т	0	0	1	1	0	6	0	1	1	0
7	а	0	0	1	1	1	7	0	1	1	1
8	л	0	1	0	0	0	8	1	0	0	0
9	ь	0	1	0	0	1	9	1	0	0	1
10	с	0	1	0	1	0	10	1	0	1	0
11		0	1	0	1	1	0	0	0	0	0
12	К	0	1	1	0	0	11	1	0	1	1
13	с	0	1	1	0	1	10	1	0	1	0
14	е	0	1	1	1	0	4	0	1	0	0
15	н	0	1	1	1	1	5	0	1	0	1
16	и	1	0	0	0	0	12	1	1	0	0
17	я	1	0	0	0	1	13	1	1	0	1
18		1	0	0	1	0	0	0	0	0	0
19	А	1	0	0	1	1	7	0	1	1	1
20	н	1	0	1	0	0	5	0	1	0	1
21	д	1	0	1	0	1	14	1	1	1	0
22	р	1	0	1	1	0	1	0	0	0	1
23	е	1	0	1	1	1	4	0	1	0	0
24	е	1	1	0	0	0	4	0	1	0	0
25	в	1	1	0	0	1	15	1	1	1	1
26	н	1	1	0	1	0	5	0	1	0	1
27	а	1	1	0	1	1	7	0	1	1	1
28		1	1	1	0	0	~	~	~	~	~
29		1	1	1	0	1	~	~	~	~	~
30		1	1	1	1	0	~	~	~	~	~
31	Сброс	0	0	0	0	0	~	~	~	~	~
Циклически повторяется

В данном случае сброс будет производиться аппаратным способом. Поэтому значения функций безразличны для двух последних пробелов, а сигнал сброса не будет учитываться при составлении схемы преобразователя кода.

Выходные функции Yn



(3.3)

(3.4)

(3.5)

(3.6)

3.3 Минимизация функций преобразователя кода

Построим карту Карно для 5-и разрядного входного слова.

Минимизировать можно любым известным методом, например методом Карно - Вейча.

Строим карту Карно для входного слова. Шаблон карты Карно для входного слова, состоящего из пяти букв, показан на рис. 3.1.

Построим карту Карно для 5-и разрядного входного слова.

Положение цифры в клетке соответствует № из таблицы 3.1.



		Х2
Х5	24	25	27	26	18	19	17	16
	~	~	~	~	22	23	21	20	Х3
	12	13	15	14	6	7	5	4	Х3
	8	9	11	10	2	3	1	0
		Х1		Х1
	Х4

Рисунок 3.1 - Шаблон карты Карно

		Х2
Х5	0	1	1	1	0	0	1	0
	~	~	~	~	1	0	0	1	Х3
	1	0	1	0	0	1	1	0	Х3
	0	1	0	0	0	1	1	0
		Х1		Х1
	Х4

Рисунок 3.2 - Карта Карно для функции Y1

		Х2
Х5	0	1	1	0	0	1	0	0
	~	~	~	~	0	0	1	0	Х3
	1	1	0	0	1	1	0	0	Х3
	0	0	0	1	1	1	0	0
		Х1		Х1
	Х4

Рисунок 3.3 - Карта Карно для функции Y2



		Х2
Х5	1	1	1	1	0	1	1	1
	~	~	~	~	0	1	1	1	Х3
	0	0	1	1	1	1	1	1	Х3
	0	0	0	0	0	0	0	0
		Х1		Х1
	Х4

Рисунок 3.4 - Карта Карно для функции Y3

		Х2
Х5	0	1	0	0	0	0	1	1
	~	~	~	~	0	0	1	0	Х3
	1	1	0	0	0	0	0	0	Х3
	1	1	0	1	0	0	0	0
		Х1		Х1
	Х4

Рисунок 3.5 - Карта Карно для функции Y4

Методом склеивания объединяем рядом стоящие единичные минтермы. Рядом стоящие считаем те минтермы, у которых разные только одна буква по инверсии, что позволяет (в алгебраическом виде) её заключить в скобки и сократить, получив импликант. Если находим второй импликант, отличающийся также на одну букву по инверсии то, между ними также проводим операцию склеивания и так до тех пор, пока не получим простой импликант. Следовательно, рядом стоящих единиц может быть ряд 2n где, n=1,2,3….

Клетки содержащие знак "~" необходимо доопределить, т. е. поставить "1" или "0", выбираем те значение, которые дают наименьшее количество букв в минимизированной функции. Из всех возможных импликантов необходимо выбрать оптимальные с учётом других функций автомата с целью использования одних и тех промежуточных частей схемы для различных букв выходного слова преобразователя. Не склеенные клетки дописываем в выходную функцию.

Запишем выходные функции в минимальной дизъюнктивной нормальной форме (МДНФ):

; (3.7)

; (3.8)

; (3.9)

. (3.10)

Представим минимизированные выходные функции Y1, Y2, Y3, Y4 в базисе «И-НЕ».

(3.11)

(3.12)

(3.13)

(3.14)



3.4. Преобразователь кода

Преобразователь кода реализован на инверторах и элементах И-НЕ и ИЛИ- НЕ (К561ЛА7, К561ЛА8, К561ЛА9, К561ЛИ1) и выполняет функции Y1,Y2,Y3,Y4.

Схема преобразователя кода Ф.И.О. приведена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Схема преобразователя кодов

4. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ СХЕМЫ

4.1 Определение частоты кварцевого генератора

Из диаграммы работы автомата видно, что одному переданному биту информации соответствует один период частоты С. Следует определить какой необходимо выбрать коэффициент деления при определённой частоте кварцевого резонатора.

Из принципиальной схемы видно, что частота

F = C * 24 ;

скорость передачи = С = 100 бит * 21 = 2100 бит за 1 секунду;

F = 2100 * 16 =33600 Гц ;

допустимое отклонение от заданного варианта

Fmax = 2060 * 16 = 32960 Гц ,

Fmin = 2140 * 16 =3440 Гц ;

коэффициент деления = Кд = F кварца / F = 1000000 / 33600 = 29,76.

Коэффициент деления может быть только целым числом, поэтому необходимо проверить подходит ли нам число 29 и число 30.

F1 = F кварца / Кд =1000000 / 29 = 34482,8 Гц

F2 = 1000000 / 30 = 33333,3 Гц

Как видно, только частота F2 укладывается в диапазон от Fmin до Fmax, следовательно примем коэффициент деления KД=30. На основании этого рассчитаем частоту импульсов F' по формуле (4.1):

(4.1)

Получаем:

Fн=С=2083.33Гц

Выбор схемы задающего генератора зависит от многих факторов:

- стабильность генерируемой частоты;

- форма вырабатываемого сигнала;

- амплитуда сигнала;

- его мощность;

- количество выходных сигналов и их фаза.

Существует множество различных генераторов. Нас интересуют только импульсные генераторы, выполненные на цифровых элементах.

Импульсными генераторами называют устройства, преобразующие энергию источников постоянного напряжения в энергию электрических импульсов. Импульсные генераторы являются устройствами, не преобразующими электрические импульсы, а вырабатывающими их. Для классификации импульсных генераторов можно использовать ряд различных признаков. В зависимости от формы вырабатываемых импульсов можно выделить генераторы прямоугольных импульсов, генераторы линейно изменяющегося напряжения и генераторы специальной формы. В данной главе рассматриваются генераторы прямоугольных импульсов. Генераторы прямоугольных импульсов формируют сигналы, по форме близкие к прямоугольным. Такие генераторы являются релаксационными. Выходной сигнал генераторов имеет участки с резко различающейся скоростью изменения напряжения: участки с очень малой (уровни «0» и «1») и участки с очень большой (переходы напряжения от уровня «0» к уровню «1» и от уровня «1» к уровню «0») скоростью изменения напряжения. Состояния, соответствующие интервалам формирования выходных уровней «0» и «1», называют равновесными. Характер равновесного состояния является одним из критериев классификации генераторов прямоугольных импульсов. Равновесные состояния могут быть длительно устойчивыми и квазиустойчивыми (почти устойчивыми). В длительно устойчивом состоянии устройство может находиться сколь угодно долго. Вывести его из этого состояния равновесия и перевести в другое может только внешнее воздействие, например поданный извне сигнал, называемый запускающим. Квазиустойчивое состояние может существовать только конечное время, определяемое внутренними параметрами и структурой генератора. По истечении указанного времени устройство самостоятельно, без использования каких-либо внешних сигналов, переходит в другое состояние равновесия. В зависимости от характера устойчивых состояний генераторы прямоугольных импульсов делятся на бистабильные, моностабильные и астабильные.

Схема выбранного генератора и делителя частоты приведена на рисунке 4.1

4.2 Делитель частоты

Накопленный к настоящему времени опыт показал, что в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики применение цифровых интегральных микросхем целесообразно не только в узлах цифровой обработки сигналов (разнообразные логические схемы, регистры, шифраторы и т. д.), но и в таких традиционно аналоговых узлах, как генераторы. Использование микросхем при построении автогенераторов позволяет унифицировать технические решения, обеспечивающие высокую стабильность генерируемых частот, создать единообразие конструктивного оформления, снизить номенклатуру комплектующих изделий.

Широко используемая схема простого генератора импульсов приведена на рисунке 5.1. Подстроечный конденсатор С1 нужен для настройки генератора на частоту возбуждения кварца. Примем значение С1=22пФ, С2=33пФ. Результирующее значение ёмкости С=С1+С2=55 пФ. ИМС выполнена по технологии комплементарной логики на КМОП-транзисторах, период следования тактовых импульсов T = 1,8 *RC (T = 1/ Fкварц).

Рассчитаем величину сопротивления:

(4.2)



Из формулы 4.2 следует, что сопротивление R1=10101Ом. Примем R1=10кОм.

Делитель частоты (рисунок 4.1) собран на двоичных счетчиках К561ИЕ10, которые для увеличения разрядности соединены последовательно. На входы этих микросхем поступают прямоугольные импульсы с кварцевого генератора.

Рисунок 4.1 - Схема задающего генератора и делителя частоты

4.3 Выбор способа модуляции

Наиболее помехозащищённой является фазовая модуляция, которая даёт возможность максимально повысить скорость передачи. Основным недостатком ФМ является сложный алгоритм приёма, но при наличии процессора на приёмном конце качество декодирования в основном определяется программным обеспечением, что активно используется в современных компьютерных модемах.

При фазовой модуляции пределе количество единичных и нулевых импульсов должно быть одинаковым, т.е. постоянная составляющая в спектральном разложении сигнала должна быть равна нулю.

Схема модуляции ФМ приведена на схеме управления преобразователем кодов (рисунке 7.1.).

В условиях повышенных помех нужно предусмотреть более гибкий алгоритм ФМ (изменение несущей частоты (C), переменное отношение несущей к входному алфавиту (D) модулятора C/D и их фазы). В данном курсовом проекте эти вопросы не рассматриваем. Модуляцию заменяем манипуляцией со сдвигом фаз на 180.

Схемную реализацию получаем при помощи Булевой функции (4.3):

(4.3)



5. СОСТАВЛЕНИЕ ВРЕМЕННОЙ ДИАГРАММЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТА

Составим временную диаграмму функционирования автоматической системы (рисунок 5.1) с целью определения функций и схемного решения других узлов и увязки между собой уже определенных частей передатчика. Временная диаграмма работы автоматической системы строится с учетом выбранной элементной базы. В данной диаграмме (см. рисунок 5.1) показаны сигналы на выводах следующих элементов: - счетчика К561ИЕ16, формирующего управляющие и информационные сигналы С, W1, W2, X1, X2, X3, X4, X5; - регистра К561ИР9, преобразующего параллельный формат данных в последовательный. Выводы регистра: P/S = 1 - запись данных в параллельном формате; P/S = 0 - последовательный вывод данных Q3; Q0 - Q3 - выходы параллельных данных; С - синхронизация сдвига данных; RR = 1 - обнуление регистра при окончании передачи символов сообщения;

Сигнал P/S, подаваемый на соответствующий вход регистра ИР9, формируется в соответствии с функцией:

, (5.1)

Сигнал RR:

- окончание кодовой посылки.

- счетчика К561ИЕ8 (Q0-Q9 - десятичные выходы; С - синхронизирующий вход); ST - стартовая комбинация импульсов:

(5.2)

R - возврат всей схемы в исходное состояние при окончании каждого цикла передачи сообщения;

Сигнал R:

- сброс на 31 номере такта.

D - последовательный выходной код данных, представляющий сумму последовательного полезного кода со старт - стопными импульсами:

(5.3)

ФМ - фазоманипулированный выходной сигнал:

(5.4)

На схеме управления преобразователем кода, приведенной на рисунке 6.1, сигнал F1 = 16*С подается на вход C счетчика ИЕ16 с делителя частоты, а сигнал R - с выхода схемы общего сброса и приведения автоматической системы в исходное состояние. Схема формирования стартового импульса выполнена по схеме, приведенной на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Схема формирования стартового импульса

Разрядность параллельного кода определяется количеством двоичных букв выходного слова символа посылки таблице 1.1. В данном случае код равен четырём разрядам (Y4, Y3, Y2, Y1). Принцип преобразования заключается в поочерёдном подключении (в порядке возрастания номера такта) кодированного символа к схеме согласования с каналом связи. Для схемной реализации преобразователя параллельного кода в последовательный применяем сдвигающий регистр.

Рисунок 5.1 - Временная диаграмма

6. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТА

Рисунок 6.1 - Схема управления преобразователем кодов

7. СХЕМА СОГЛАСОВАНИЯ С КАНАЛОМ СВЯЗИ.

Для того чтобы кодовый сигнал транспортировался с наименьшими потерями при передаче, необходимо обеспечить согласование параметров передающей части с линией связи. Для этого проведем расчет схемы, которая подготовит сигнал к передаче и согласует наше устройство с физической цепью.

Расчет схемы согласования сводится к определению значений параметров элементов входного делителя и фильтра.

Выходной каскад, согласующий параметры передатчика с параметрами канала, изображен на рисунке 7.1. Для данной схемы справедливы следующие соотношения:

Частота квазирезонанса:

; (7.1)

Добротность полюса:

(7.2)

Пусть Q=2.

Примем R6 = R7 = R8, С8 = 2,2 нФ, С6 = (3*Q)2*2,2 = 79,2нФ.

Примем С6 = 68нФ.

(7.3)

W=13090Гц.

После конденсатора напряжение составляет 4.36 В, так как падение напряжения на конденсаторе составляет 3%.

Определим ток

При известном токе можно рассчитать сопротивление ёмкости С3 по формуле:

XC3=UC3/I (7.4)

UC3=0.03*UM/2 (7.5)

UC3=0.135В

XC3=3488.37 Ом

Рассчитаем значение ёмкости C3 по формуле:

С3=1/(?*fн*XC3) (7.6)

C3=43.8нФ

Примем С3=47нФ.

Значение сопротивления R3 определяется исходя из того, что известны падение напряжения на ёмкости С3 и максимальный уровень передаваемого сигнала, равный 0,775 В (0,0 Нп):

R3=(UM/2-UC3-0.0775)/I (7.7)

R3=92764.86Ом=92.8кОм

Примем R3=92кОм.

Сопротивление R5 рассчитывается с учетом того, что на нем падает напряжение, соответствующее минимальному уровню передаваемого сигнала, равный 0,078 В (-2,3Нп):

R5=0.078/I (7.8)

R5=2010.34Ом=2,01кОм

Примем R5=2кОм.

Рассчитаем оставшиеся сопротивления:

Примем R6,7,8=6,26кОм.

Рисунок 7.1. - Схема согласования с каналом связи



8. РАСЧЕТ БЛОКА ПИТАНИЯ

В состав блока питания входит трансформатор, на вторичной обмотке которого получаем питание 20 В. На выходе моста получаем 24 В. Нам необходимо получить напряжение для питания цифровых микросхем +9 В, а так же ±15 В для питания операционных усилителей. Частота сети 50Гц.

Выберем токи: значение тока первой нагрузки возьмем из расчета, что нам необходимо питать 24 микросхемы, каждая из которых потребляет ток в пределах 5 мкА, но важно иметь некоторый запас, поэтому примем искомый ток равным 1,2мА: Iн1=1,2 мА.

Значения токов Iн2 и Iн3 берем из сведений по паспортным данным операционного усилителя К140УД14, согласно которым, номинальное значение тока составляет 0,6 мА, у нас таких усилителей 2, поэтому выберем Iн2=Iн3=12 мА.

Токи стабилитронов приняли равными: Iст1=Iст2=Iст3=12 мА, руководствуясь тем, что для стабилитрона 2C516А ток величиной 12 мА входит в его рабочий диапазон 3?32 мА, а для стабилитрона КС509А - в диапазон 0,5?42 мА.

Выбранная серия микросхем не требует высокой стабильности питающего напряжения. Выбираем параметрический стабилизатор на стабилитроне. Пульсации напряжения не должны превышать 10%.

Произведём расчет цепи положительной полярности. Она состоит из двух ветвей, одна из которых рассчитана на напряжение +9 В, вторая - на напряжение +15 В.

Общее сопротивление цепи:

(8.1)

Принимаем kпульсации =10%(сопротивление сглаживающих конденсаторов не должно превышать 10% значения эквивалентного сопротивления ветви).

(8.2)

Зная величину характеристического сопротивления, можно определить непосредственно величину емкости конденсатора; при этом необходимо учесть, что при прохождении диодного моста частота тока увеличивается в 2 раза, таким образом

(8.3)

C12=17.45мкФ.

Примем С12=18мкФ.

Аналогично рассчитаем:

ХС13=0,1*Rэкв2=141,4 Ом

С13=11,26 мкФ.

Примем С13=12 мкФ.

Произведем расчет для ветви 9В. Для стабилизации напряжения используем стабилитрон:

КС516А (Uст=9-10,5В, Iст=(3-32) мА)

Сопротивление ограничивающего резистора:

(8.4)



Примем R12=620 Ом.

Рассчитаем мощность рассеивания на R11:

(8.5)

РR11=0,93 Вт, примем РR11=1 Вт.

Произведем расчет для ветви 15В.

Для стабилизации напряжения используем стабилитрон:

КС509А (Uст=(13,8-15,6) В, Iст=(0,5-42) мА)

Сопротивления ограничивающих резисторов определяются по формуле 8.4:

примем R11=360 Ом.

выбираем PR11=2 Вт, PR11= PR13=2 Вт.

Выбираем номинал фильтрующих конденсаторов С14-С16 равный 0,1 мкФ.

Схема блока питания представлена на рисунке 8.1.



Рисунок 8.1 - Схема блока питания



9. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА АВТОМАТА

На основе структурной схемы, составим функциональную схему автомата, отражающую его основные функциональные узлы.

Функциональная схема автомата приведена на рисунке 9.1.

Рассмотрим работу конечного автомата.

С генератора прямоугольных импульсов сигнал поступает на делитель частоты, реализованный на двоичных счетчиках. Сигнал F с делителя частоты поступает на двоичный счетчик, который формирует синхроимпульсы С частотой 2100 Гц, вспомогательные импульсы W1 и W2, а также кодовую последовательность X. X поступает на вход преобразователя кода, который реализует функции Y1, Y2, Y3, Y4. Выходная кодовая комбинация поступает на входы D0, D1, D2, D3 регистра сдвига. В момент появления на входе регистра кодового слова, соответствующего символу сообщения, на входе PS регистра возникает разрешающий запись на выходы импульс. В течение последующих трех тактов происходит сдвиг информации на выходах регистра. На десятичном счетчике собран формирователь стартовых импульсов. Стартовый импульс объединяется с данными. Сформированное сообщение поступает на фазовый модулятор.

Элементы, используемые в качестве RS триггера, который начиная с комбинации №28 по №30 включительно блокирует работу регистра, а при комбинации №31 происходит сброс триггера и всех счетчиков схемы. Триггер разрешает работу регистра сдвига, а начиная со следующего импульса C вся схема начинает работать сначала.

Сформированный схемой выходной сигнал, промодулированный по фазе (PM), поступает на вход схемы согласования с каналом связи. Здесь сигнал проходит через активный фильтр на операционном усилителе. Происходит нужное усиление сигнала. Далее через разделительный трансформатор сигнал поступает в канал связи.

Рисунок 9.1 - Функциональная схема работы автомата

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте приведен расчет автоматической системы передачи циклического сообщения. Все составляющие этой системы рассмотрены в индивидуальном порядке. ЗГ вырабатывает импульсы частотой 1 МГц, делитель частоты делит их на 30 (по варианту), потом они поступают на преобразователь кода далее на преобразователь из параллельного кода в последовательный, затем сигнал модулируется (становится пригодным для передачи в канал связи) и поступает на вход схемы согласования с каналом связи, а оттуда уже на приемник. Работа данной схемы регулируется автоматически, по сигналу логической единицы на входе R схема передает сообщение заново в канал связи. В курсовом проекте использован фазовый модулятор, так как фазовая модуляция является самой помехоустойчивой (из тех видов модуляции, которые предложены в курсовом проекте) потому, что сигналы отличающиеся по фазе легче различить, чем например сигналы с различной амплитудой. Таким образом, в ходе курсового проекта были получены навыки разработки реального устройства на логических элементах для передачи информации. Выполнение настоящего курсового проекта способствовало закреплению теоретических знаний по разделам курса теоретических основ автоматики и телемеханики, и теории дискретных устройств.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. С. А. Сушков Теоретические основы железнодорожной автоматики телемеханики и связи: методические указания по курсовому проектированию, -- Омск 2000г.

2. Интегральные микросхемы: И73 Справочник/Б. В. Тарабрин, Л. Ф. Лунин, Ю. Н. Смирнов и др.; Под ред. Б. В. Тарабрина. М Радио и связь, -- 528 с.: ил.

3. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник / А. В. Баюков, А. Б. Гитцевич, А. А. Зайцев и др.; Под ред. Н. Н. Горюнова. М.: Энерго-издат, 1982. - 744 с., ил.

4. Стандарт предприятия ОмГУПС-1.2-05.



Приложение А

Характеристика элементной базы

Каждая серия ИС имеет определенный набор микросхем различного функционального назначения. Совокупность этих микросхем называют функциональным рядом. В различных сериях существуют микросхемы одинакового функционального назначения, имеющие одинаковую структурную схему, условное обозначение и схему подключения (цоколевку). Однако такие микросхемы имеют отличия в технологии изготовления, различные корпуса и существенные отличия в параметрах. Функциональный ряд ИС наиболее распространенных серий приведен в справочной литературе.

Функциональный ряд можно разбить на несколько групп по функциональному назначению: формирователи, генераторы, логические элементы, триггеры, счетчики, ключи и мультиплексоры, регистры, дешифраторы и другие. Рассмотрение таких функциональных групп в справочнике дается от простых групп к сложным, с указанием их условного обозначения, схемы подключения (цоколевки) и основных параметров, сведенных в отдельные таблицы. Такие таблицы основных параметров микросхем, сгруппированных по функциональному назначению, позволяют очень быстро выбрать микросхему с заданными параметрами из всего многообразия серий. Затем в справочниках даётся их применение в более сложных устройствах с указанием конкретных серий, номиналов параметров навесных элементов и отдельных вариантов практических схем. Микросхемы памяти и схемы вычислительных средств рассматриваются в специальных справочниках.

В данном примере подойдут микросхемы любого функционального ряда, однако, предпочтительнее ряд КМДШ - логики, например К561.

Микросхемы типа ЛА7, ЛА8, ЛА9, ЛА10 выполняют логическую функцию тИ-НЕ, где т - количество входов.

Каждый из корпусов ИС типа ЛА содержит от 2 до 4 логических элементов тИ-НЕ. Количество элементов в корпусе определяется количеством входов и выходов всех элементов и ограничивается количеством выводов корпуса.

Рисунок А.1 - Цоколевка микросхем типа ЛА и их условное обозначение

Микросхема типа 564ЛА10 имеет особенность, состоящую в том, что на ее выходе включен не КМДП - инвертор, а МДП- транзистор с каналом n - типа, сток которого соединен с выходом логического элемента. Эта ИС называется логическим элементом с открытым стоком (по аналогии с ТТЛ ИС с открытым коллектором). Она может использоваться для подключения любой нагрузки с номинальным током 16...34 мА (при Uи.п.=5...10 В), например светодиодов для индикации состояния логической схемы. Учитывая, что ИС 564ЛА10 имеет дополнительный усилительный элемент, ее быстродействие несколько ниже, чем у других ИС типа ЛА.

Микросхемы типа ЛЕ5, ЛЕ6, ЛЕ10 выполняют логическую функцию тИЛИ-НЕ, где т - количество входов. Реализация ее обеспечивается последовательным соединением т МДП - транзисторов с каналом р-типа и параллельным соединением МДП- транзисторов с каналом n-типа.

Каждая из микросхем типа ЛЕ содержит от 2 до 4 логических элементов тИЛИ-НЕ. Количество элементов в корпусе определяется количеством выводов. Цоколевки и условные обозначения ИС типа ЛЕ приведены на рисунке А.2.

Рисунок А.2 - Цоколевки и условные обозначения ИС типа ЛЕ

Микросхема типа К176ЛИ1 содержит логический элемент 9И и инвертор. Условное обозначение и цоколевка приведены на рисунке А.2. Реализация элементов И обеспечивается с помощью элемента т И-НЕ с добавлением инвертора на выходе.

Микросхема КР1561ЛИ2 содержит четыре логических элемента 2И, реализуемые, как и в предыдущей ИС, инвертированием выходного сигнала элемента 2И-НЕ. Условнее обозначение ИС и ее цоколевка изображены на рисунке А.2.

Микросхемы К561ЛН1, 564ЛН1, К564ЛН1 содержат шесть стробируемых инверторов. Структурная схема ИС приведена на рисунок А.3. Каждый инвертор (точнее, элемент 2ИЛИ-НЕ) имеет вход Dn и выход Qn. Кроме этого на вторые входы всех шести инверторов от общего входа С подается разрешающий сигнал с активным (разрешающим) низким уровнем. Высокий уровень на входе С запрещает передачу сигнала со входов, а на всех выходах устанавливается низкий уровень.

Рисунок А.3 - Структурная схема ИС

Счетчики импульсов, регистры.

В состав КМДП серий ИС включены счетчики импульсов, которые относятся к микросхемам средней интеграции. Основное функциональное назначение этих типов ИС - счет импульсов и деление частот. Счетчики импульсов КМДП -серий можно разделить на две условные группы: специализированные счетчики, основное назначение которых построение электронных часов, секундомеров, таймеров, и универсальные счетчики общего назначения. Условность групп состоит в том, что счетчики импульсов первой группы могут также использоваться в иных целях, например для мультиметров, цифровых измерительных приборов и устройств. Одновременно универсальные счетчики могут использоваться в электронных часах, но иногда это менее эффективно.

Микросхемы К561ИЕ10, 564ИЕ10, Н564ИЕ10 содержат два независимых 4-разрядных двоичных счетчика с параллельным выходом. Для повышения быстродействия в ИС применен параллельный перенос во все разряды. Подача счетных импульсов может производиться либо в положительной полярности (высоким уровнем) на вход С, либо в отрицательной полярности (низким уровнем) на вход V. В первом случае разрешение счета устанавливается высоким уровнем на входе V, а во втором случае - низким уровнем на входе С.

Структурная схема и условное обозначение счетчиков типа ИЕ10 приведены на рисунке А.4.

При построении многоразрядных счетчиков с числом разрядов более четырех соединение между собой ИС ИЕ10 может производиться с последовательным или параллельным формированием переноса. В первом случае на входе (вывод 1 или 9) следующего каскада счетчика подается высокий уровень с выхода Q4 (выводы 6 или 14) предыдущего каскада.



a б

Рисунок А.4 - Структурная схема и условное обозначение счетчиков типа ИЕ10: а - структурная схема одного счетчика; б - условное обозначение ИС

Микросхемы К561ИE16, 561ИЕ16 содержат четырнадцатиразрядный асинхронный счетчик с последовательным переносом. Сброс счетчика в нуль осуществляется импульсом положительной полярности длительностью не менее 550 нс по входу R. Содержимое счетчика увеличивается по отрицательному перепаду (срезу) импульса по входу С. Максимальная частота входных импульсов при Uн.п.=10 В достигает 4 МГц. Устройство имеет выходы от 1,4...14 разрядов.

Рисунок А.5. Условное обозначение ИС типа ИР9



Микросхемы К561ИР9, 561ИР9, 564ИР9, Н564ИР9 содержат четырехразрядные последовательно-параллельные регистры сдвига. Условное обозначение и цоколевка - приведены на рисунок А.5. Регистр сдвига типа ИР9 содержит два последовательных входа J и К. Если их соединить вместе, то получим простой D-вход.Высокий уровень на входе P/S (переключатель «параллельный режим ввода - последовательный режим ввода») определяет режим параллельного ввода информации с входов D0...D3. Параллельная запись осуществляется асинхронно. Если на входе P/S установлен низкий уровень, то установлен режим последовательного ввода со входов J и К и сдвига информации по фронту (положительному перепаду) синхроимпульсов на входе С. Установка всех триггеров регистра в нулевое состояние осуществляется асинхронно высоким уровнем на входе R.

С помощью входа Т/С можно устанавливать на выходах Q0...Q3 прямой код (высокий уровень на входе Т/С) или дополнительный код (низкий уровень на входе Т/С).

Операционные усилители.

140УД14А, 140УД14Б, 140УД14В

Прецизионные операционные усилители с малыми входными токами и малой потребляемой мощностью с защитой выхода при коротком замыкании на корпус или на источник питания. Коррекция АЧХ осуществляется внешними цепями коррекции, подключаемыми к выводам 1 и 8. Микросхемы конструктивно оформлены в корпусе типа 301.8-2.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Спецификация элементной базы

Таблица Б.1- Спецификация

Обозначение	Наименование	Количество
Конденсаторы
С1	К10-17б П33 15пФ±10% - В	1
С2	К10-17б П33 33пФ±10% - В	1
С3	К10-17б Н90 62нФ±10% - В	1
С4-С5	К10-17-2б Н50 0,1 мкФ±10% - В	2
С6	К10-17б М1500 110нФ±10% - В	1
С8	К10-17б М47 3000пФ±10% - В	1
С9-С11	К10-17-2б Н50 0,1 мкФ±10% - В	3
С12	К10-7в М47 18 мкФ±10% - В	1
С13	К10-14в М47 12 мкФ±5% - В	1
С14-С16	К10-17-2б Н50 0,1 мкФ±10% - В	3
Резисторы
R1	МЛТ-0,25-24 кОм±10%	1
R2	МЛТ-0,25-91 кОм±10%	1
R3	МЛТ-0,25-18 кОм±10%	1
R4	МЛТ-0,25-2 кОм±10%	1
R5-R7	МЛТ-0,25-6,2 кОм±10%	3
R8	МЛТ-0,25-51 кОм±10%	1
R9	МЛТ-0,25-120 Ом±10%	1
R11	МЛТ-1-1 кОм±10%	1
R10, R12	МЛТ-1-650 Ом±10%	2
Диоды
VD1-VD4	Д248Б	4
Стабилитроны
VD5, VD7	КС509А	2
VD6	2С516А	1
Микросхемы
DD1, DD2, DD15	К561ЛА7	10
DD4, DD7, DD8, DD13, DD14	К561ЛА8	18
	К561ЛА9
DD17	К561ЛИ1	1
DD21	К561ЛЕ5	1
DD20	К561ЛЕ10	1
DD22	К561ИЕ10	2
DD18	К561ИЕ16	1
DD19	К561ИЕ8	1
DD9, DD16	К561ИР9	2
Операционные усилители
DA1, DA2	К140УД14	2
	Транзисторы
VT1	КТ315B	1
VT2	KT361B	1
Кварцевые резонаторы
ZQ1	ГТ 1 МГц	1

Размещено на Allbest.ru

...