Министерство образования Российской Федерации.

Омский Государственный Технический Университет.

Кафедра ЭсПП секция ПЭ

Курсовой проект

«Разработка многоканальных цифровых устройств информационно-управляющих

систем»

Выполнил: студент группы ПЭ-411

Кузнецов Д. В.

Проверил: доцент, к.т.н. Бубнов А.В.

ОМСК 2005

Содержание

Техническое задание………………………………………………………………………...3

Исходная схема и описание ее работы……………………………………………………..4

Принцип работы схемы……………………………………………………………………...5

Порядок проектирования……………………………………………………………………6

Генератор импульсов……………………………………………………………………...7-8

Мультиплексор и демультиплексор…………………………………………………….9-11

Преобразователь кода………………………………………………………………………13

Счетчик импульсов………………………………………………………………...……….14

Спецификация………………………………………………………………………………15

Литература…………………………………………………………………………………..16

Техническое задание

Для заданного количества датчиков разработать основные узлы схемы и принципиальную схему всего устройства на основе современных серий цифровых микросхем.

Время опроса: 5 секунд.

Количество датчиков: 47

Исходная схема и описание ее работы

Многоканальное цифровое устройство.

ГИ - генератор импульсов;

ДЧ - делитель частоты;

СИ – счетчик импульсов с коэффициентом пересчета n;

ИУ – индикаторное устройство;

MUX – мультиплексор;

DMX – демультиплексор;

ЦОУ – цифровое обрабатывающее устройство;

k_i – итый канал;

D_n – цифровые датчики.

Принцип работы схемы

Генератор импульсов – генерирует импульсы прямоугольной формы. Импульсы поступают на вход счетчика импульсов, в результате на выходе мы получаем сигнал в виде двоичного кода, который увеличивает свое значение на единицу. С поступлением следующего тактирующего импульса, до значения равного 47=101111=К_сч двойной сигнал в виде двоичного кода поступает на входы мультиплексора, демультиплексора и преобразователя кода. При поступлении на вход мультиплексора двоичного кода происходит опрос состояния одного из датчиков, номер который удовлетворяет коду.

Далее сигнал от опрашиваемого датчика в виде импульса поступает на вход цифрового устройства ЦОУ, через мультиплексор. Цифровое устройство, в зависимости, от поступающего на его вход кода выполняет операции, соответствующие этому коду, в результате на его выходе формируется управляющий код, который подается немного позже, чем код от счетчика импульсов, поступает на вход демультиплексора.

При одновременном наличии на входе демультиплексора кодов от СИ и ЦУ на выходе формируется управляющий цифровой сигнал опроса датчика.

В качестве цифрового устройства может выступать ЭВМ. При поступлении двоичного кода от счетчика импульса на персональный компьютер, на его выходе формируется двоично-десятичный код, предназначенный для управления индикаторного устройства, которое отображает номер датчиков в десятичной форме, соответствующего значению кода в данный момент времени. После опроса последнего датчика, счетчик импульсов обнуляется.

Порядок проектирования

1. Определяем количество счетных триггеров исходя из условия:

2ⁿ ≥ N = К_сч;

2⁶ ≥ 47.

2. С помощью схемы «И» выделяем кодовую комбинацию на выходе счетчика соответствующую К_сч.

3. Определяем требуемые действия для каждого из триггеров счетчика из условия:

N = К_сч = 101111;

N+1 = К_сч +1 = 110000;

1 = 00001.

Q₆, Q₅, Q ₄– без изменений;

Q₁ – принудительное срабатывание (сброс);

Q₃ – запрет.

4. Счетчик реализуется на микросхемах.

К155ТМ2 К155ЛР4

Генератор импульсов

При построении генератора на микросхемах необходимо:

а) Наличие логического элемента, для вывода рабочей точки усилителя по постоянному току на линейный участок рабочей характеристики.

Инвертор должен охватываться отрицательной обратной связью.

б) Наличие частота зависимой положительной обратной связи (для возбуждения генератора)

Для этого два последовательно соединенных инвертора охватываются связью через конденсатор С.

Время опроса канала – 5 сек.

ГВЧ – генератор высокой частоты.

ДЧ – делитель частоты (элементы серии 155ИЕ5).

f = от 1 до 10 кГц

, где n = 16 откуда

R=190 Ом, тогда емкость

Генератор частоты реализуется на следующих элементах:

155ЛА1

Мультиплексор и демультиплексор

Мультиплексор предназначен для сбора информации из разных каналов в один. По структуре он состоит: n=5 выходов и 2ⁿ вентилей, объединенных по схеме “ИЛИ”.

Демультиплексор предназначен для передачи цифровой информации в выбранный канал многоканальных устройств. Его основу составляет цифровой ключ, реализуемый на основе схемы “2И”

При подаче на вход “1” вентиль открывается и информационный сигнал “I” проходит на его выход. При подачи на вход “0” вентиль закрыт.

Демультиплексор представляет собой 2ⁿ вентилей, на информационные выходы которых поступает общий сигнал, а управление осуществляется от дешифратора с n=5 входами.

Структурная схема мультиплексора

Структурная схема демультиплексора

Структурная схема дешифратора

Выбираем мультиплексор для реализации:

Выбираем демультиплексор.

Преобразователь кода

Преобразователь кода необходим для преобразования двоичного кода в десятичный.

Важными функциями преобразователя кода являются:

1. Прибавляет к поступающему коду «1», так как счетчик импульсов считает от 0 до 28, а индикатор должен индицировать от 1 до 29.

2. Будет преобразовывать двоичный код в двоично-десятичный, который подается потом на семи сегментный индикатор.

Индикаторное устройство.

Предназначено для индикации показаний датчиков.

Состоит из преобразователя десятичного кода в семеричный (для получения «1» на сегментах a,b,c,d,e,f,g), и непосредственно самих индикаторов.

555ИД18

Счетчик импульсов

Функциональная схема.

Ксч=37, n = 6

N = 100101

N+1=100110

1 = 000001

Спецификация

Обозначение	Наименование	Кол- во
DD1.2, DD1.3,DD26	155ЛН1	3
DD2,DD3,DD4,DD5	155ИЕ5	4
DD6.1,DD6.2,DD7.1,DD7.2,DD8.2	155ТМ2	5
DD14	155КП1	1
DD15	155КП7	1
DD16,DD17	155ИД3	2
DD18	155ПР7	1
DD19,DD21	555ИД18	2
DD20,DD22	АЛС314	2
DD10.1,DD10.2	155ЛА1	2
DD24,DD25, DD23, DD26, DD27	155ЛА3	5
DD9	155ЛР4	1
С1	2 нФ	1
C2,C3,C4	10 нФ	3
R1	220 Ом	1
R2	100 Ом	1

Литература

1. В. Л. Шило «Популярные цифровые микросхемы» Ч:. «Металлургия» 1989. 352с.

2. А.Л. Алексенко «Основы микросхемотехники» М:. «Советское радио» 1977. 404с.

16