Міністерство освіти і науки України
Одеська Національна морська академія
Кафедра морської електроніки
Курсовий проект
з дисципліни:
«Цифрові прилади та мікропроцесори»
на тему:
«Проектування цифрового реєструючого пристрою»
Шифр № 24291
Варіант № 91
Виконав курсант
ФЕМ і РЕ
Групи 3131
Струков С.М.
Одеса 2006
Зміст розрахунково-пояснювальної записки
Перелік підлягають розробці питань:
Технічне завдання
Введення
Мета курсового проекту
Основні компоненти структурної схеми та алгоритм функціонування цифрового реєструючого пристрою
Вибір схемотехнічного рішення блоку цифрового пристрою
Блок-схема алгоритму функціонування цифрового реєструючого пристрою. Схемотехніка цифрового пристрою завдання
Синтез і мінімізація логічних схем
Список літератури
Технічне завдання:
- Діапазон зміни вхідної величини: від 0 ... 50 В
- Точність вимірювання та реєстрування: ± 5%
- Нижня межа вимірюваної величини: +10 В
- Верхня межа вимірюваної величини: +40 У
- Джерело напруги живлення: 220В, 50 Гц
- Діапазон робочих температур: від -20 ... 45 ° С
- Елементна база схеми управління: логічні вентилі І-НЕ
- Номери наборів на, яких Переключательная функція дорівнює одиниці: 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14
Введення
Розвиток і вдосконалення електронно-обчислювальної техніки, пристроїв радіомовлення і телебачення в значній мірі визначається впровадженням у них цифрових пристроїв. Це зумовлено певною перевагою цифрових пристроїв у порівнянні з аналоговими.
За допомогою елементів цифрової техніки здійснюється запам'ятовування і зберігання інформації, управління різними процесами, введення і виведення інформації в ЕОМ.
Цифрова схемотехніка інтенсивно впроваджується в радіоприймальної апаратури, головним чином в системи управління.
Мета курсової роботи
Придбання навичок проектування цифрових і логічних схем, як основних вузлів суднових керуючих і контролюючих систем. Ця мета досягається шляхом самостійної розробки курсантами комбінаційних схем логічних систем управління, обгрунтованого вибору інтегральних мікросхем розрахунку розрядності системи цифрової індикації, моделювання та розрахунком на ЕОМ основних схемотехнічних та конструктивних рішень.
Основні компоненти структурної схеми та алгоритм функціонування цифрового реєструючого пристрою
Проектоване в курсовому проекті цифрове пристрій, що реєструє може бути виконано за структурною схемою, представленої на рис. 1
У загальному випадку, вимірювання здійснюється паралельно по декількох каналах вимірювальними перетворювачами ІП 1 ... ІПn.
Кожен ІП містить:
- Датчик вимірюваної величини, тип якого визначається фізичною суттю реєстрованої величини (температура, тиск, сила струму тощо);
- Пристрій масштабування вхідного сигналу - залежно від величини сигналу датчика виконується у вигляді підсилювача (аттенюатора-комутатора) вимірювальних каналів, що застосовується при паралельних вимірах від декількох датчиків.
Аналоговий безперервний сигнал від датчика, після масштабування, через комутатор надходить на АЦП (аналого-цифровий перетворювач). Вихід АЦП - це межа тієї частини цифрового пристрою, який потрібно розрахувати і детально спроектувати у курсовому проекті.
Залежно від обраного типу, індикатора це може бути десятковий або код семисегментного індикатора. Крім того, передбачена схема завдання і контролю кордонів області робочих значень вимірюваного параметра і індикації його відхилення "за встановлені значення. Ця схема містить два паралельних цифрових компаратора, на один вхід яких надходить вхідний двійковий код від АЦП, на інші входи подані двійкові коди, відповідні верхньої та нижньої кордонів області допустимих значень.
Компаратори виробляють три логічних сигналу, відповідні нормальному значенню вхідної реєстрованої величини, «менше норми», і «більше норми». В якості світлових індикаторів тут можуть бути сигнальні лампи, або світлодіоди.
Загальним вузлом для всіх блоків цифр вої частини пристрою є система управління і скидання.
У загальному випадку вона реалізує деяку переключательную функцію, за індивідуальним завданням для кожного варіанта, ініціюючих роботу пристрою і здійснюючи скидання в нульовий стан цифрових і рахункових схем.
Загальним вузлом для всіх компонентів структурної схеми пристрою також є джерело живлення. Він виробляє напругу для роботи цифрових індикаторів і сигнальних ламп, логічних та цифрових мікросхем, аналого-цифрового перетворювача, комутатора вимірювальних каналів і, при необхідності, вимірювальних перетворювачів.
Блок-схема алгоритму функціонування цифрового реєструючого пристрою, складена відповідно до викладеного словесним алгоритмом, представлена на рис. 2
Вибір схемотехнічного рішення блоку цифрової індикації
Розрядність цифрових рахункових схем визначається діапазоном вимірюваної величини та точність вимірювань і реєстрації. Сумарне загальне число розрядів цифрового індикатора має дорівнювати числу десяткових розрядів максимального значення вимірюваної величини (по рівня напруги від вимірювального перетворювача) плюс десяткова кома, плюс кількість значущих десяткових розрядів праворуч від коми, визначається необхідною точністю, плюс один розряд для індикації знака числа (позитивне і негативне), плюс один розряд для запасу точності, округлення значення та достовірності.
Так, при діапазоні зміни вхідний величини 0 ... 50 В і точності в ± 5% потрібно два розряди індикатора для відображення значущих цифр максимального значення. Десяткова кома є всередині балона (корпусу) лампи і може постійно відтворюватись поряд з цифрами в будь-якому розряді, тому кому включимо в другий (по-порядку зліва направо) розряді і для достовірності додаємо ще один, третій, розряд праворуч від коми:
Тип цифрового індикатора: семисегментний індикатор.
Джерело живлення: для семисегментних ламп типу ІВ-6 - це +50 В при робочому струмі кожного знака в одиниці міліампер.
Для спрощення проектованої в курсовому проекті схеми вважаємо, що АЦП, умовно зображений прямокутником на структурній схемі пристрою рис. 1, здійснює не тільки аналого-цифрове перетворення, а й містить необхідні рахункові й логічні елементи для перетворення (дешифрування) свого вихідного коду з двійкової системи числення в двійково-десяткову, тому приймаємо, що виходи АЦП містять групи по чотири розряду, вже сформовані для кожного десяткового розряду цифрового індикатора.
З урахуванням викладених міркувань; схема цифрового індикатора з елементами управління для (0 ... 50В ± 5%) може бути виконана, як показано на ріс.З.
Блок-схема алгоритму функціонування цифрового реєструючого пристрою
Основними елементами цього вузла цифрового реєструючого пристрою є два цифрових компаратора. На один вхід обох компараторів одночасно паралельно подається вихідний сигнал АЦП, на інший вхід одного компаратора поданий фіксований постійний двійковий (двійково-десятковий) код, відповідний верхній межі області робочих значень вимірюваного параметра; на другий вхід іншого компаратора поданий код нижньої межі.
У загальному випадку цифрові компаратора мають три виходи: «більше», «байдуже», «менше». Вихід «більше» першого компаратора з'єднаний із знаковою світловим індикатором. Його свічення, в даній схемі, буде свідчити про вихід вимірюваного цифровим пристроєм, параметра за верхню межу. Аналогічно у другого компаратора світловий індикатор підключений до виходу «менше» і сигналізує про зменшення вимірюваного параметра нижче нижньої межі.
Світлова індикація про знаходження вимірюваного параметра в межах цих кордонів реалізована включенням для схем обох компараторів логічного елемента І з світлодіодом («норма») на виході.
Схема завдання кордонів у найбільш простому випадку утворюється простим з'єднанням однієї групи входів компаратора із загальною шиною (логічним нулем) і джерелом +5 В (одиницею) так, одержувана кодова комбінація відповідала потрібного значенням кордону. Проте, з метою, додання, гнучкості пристрою, для забезпечення можливості його перебудови, встановлення та зміна меж доцільно здійснювати за допомогою набірних перемикачів, які задають довільний код. У цьому випадку необхідна захист від "брязкоту" механічних контактів для запобігання помилкових спрацьовувань пристрою. З цією метою між перемикачами і компараторами включають регістри пам'яті так, як показано на рис. 4.
Синтез і мінімізація логічних схем
Задано Переключательная функція чотирьох змінних, що має поодинокі значення в наступних рядках таблиці станів: 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14.
Складемо таблицю стану і знайдемо шукані:
Тоді нормальна діз'юктівная форма мінімізованої перемикача функції набуде вигляду:
Відповідна логічна схема в змішаному елементному базисі наведена на рис.5.
Список літератури:
1. Семенов С.П., Горелейченко Л.В, Богачов Е.Ю. Суднові електровимірювальні прилади та інформаційні системи М: тр-т, 1982-239с.
2. Аналогові і цифрові інтегральні схеми. Під ред. С.Б. Якубовського
3. Михайлов С.А. Курсове проектування з дисципліни «Основи цифрової схемотехніки» - Одеса, ОДМА 1993р.
Одеська Національна морська академія
Кафедра морської електроніки
Курсовий проект
з дисципліни:
«Цифрові прилади та мікропроцесори»
на тему:
«Проектування цифрового реєструючого пристрою»
Шифр № 24291
Варіант № 91
Виконав курсант
ФЕМ і РЕ
Групи 3131
Струков С.М.
Одеса 2006
Зміст розрахунково-пояснювальної записки
Перелік підлягають розробці питань:
Технічне завдання
Введення
Мета курсового проекту
Основні компоненти структурної схеми та алгоритм функціонування цифрового реєструючого пристрою
Вибір схемотехнічного рішення блоку цифрового пристрою
Блок-схема алгоритму функціонування цифрового реєструючого пристрою. Схемотехніка цифрового пристрою завдання
Синтез і мінімізація логічних схем
Список літератури
Технічне завдання:
- Діапазон зміни вхідної величини: від 0 ... 50 В
- Точність вимірювання та реєстрування: ± 5%
- Нижня межа вимірюваної величини: +10 В
- Верхня межа вимірюваної величини: +40 У
- Джерело напруги живлення: 220В, 50 Гц
- Діапазон робочих температур: від -20 ... 45 ° С
- Елементна база схеми управління: логічні вентилі І-НЕ
- Номери наборів на, яких Переключательная функція дорівнює одиниці: 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14
Введення
Розвиток і вдосконалення електронно-обчислювальної техніки, пристроїв радіомовлення і телебачення в значній мірі визначається впровадженням у них цифрових пристроїв. Це зумовлено певною перевагою цифрових пристроїв у порівнянні з аналоговими.
За допомогою елементів цифрової техніки здійснюється запам'ятовування і зберігання інформації, управління різними процесами, введення і виведення інформації в ЕОМ.
Цифрова схемотехніка інтенсивно впроваджується в радіоприймальної апаратури, головним чином в системи управління.
Мета курсової роботи
Придбання навичок проектування цифрових і логічних схем, як основних вузлів суднових керуючих і контролюючих систем. Ця мета досягається шляхом самостійної розробки курсантами комбінаційних схем логічних систем управління, обгрунтованого вибору інтегральних мікросхем розрахунку розрядності системи цифрової індикації, моделювання та розрахунком на ЕОМ основних схемотехнічних та конструктивних рішень.
Основні компоненти структурної схеми та алгоритм функціонування цифрового реєструючого пристрою
Проектоване в курсовому проекті цифрове пристрій, що реєструє може бути виконано за структурною схемою, представленої на рис. 1
У загальному випадку, вимірювання здійснюється паралельно по декількох каналах вимірювальними перетворювачами ІП 1 ... ІПn.
Кожен ІП містить:
- Датчик вимірюваної величини, тип якого визначається фізичною суттю реєстрованої величини (температура, тиск, сила струму тощо);
- Пристрій масштабування вхідного сигналу - залежно від величини сигналу датчика виконується у вигляді підсилювача (аттенюатора-комутатора) вимірювальних каналів, що застосовується при паралельних вимірах від декількох датчиків.
Аналоговий безперервний сигнал від датчика, після масштабування, через комутатор надходить на АЦП (аналого-цифровий перетворювач). Вихід АЦП - це межа тієї частини цифрового пристрою, який потрібно розрахувати і детально спроектувати у курсовому проекті.
Залежно від обраного типу, індикатора це може бути десятковий або код семисегментного індикатора. Крім того, передбачена схема завдання і контролю кордонів області робочих значень вимірюваного параметра і індикації його відхилення "за встановлені значення. Ця схема містить два паралельних цифрових компаратора, на один вхід яких надходить вхідний двійковий код від АЦП, на інші входи подані двійкові коди, відповідні верхньої та нижньої кордонів області допустимих значень.
Компаратори виробляють три логічних сигналу, відповідні нормальному значенню вхідної реєстрованої величини, «менше норми», і «більше норми». В якості світлових індикаторів тут можуть бути сигнальні лампи, або світлодіоди.
Загальним вузлом для всіх блоків цифр вої частини пристрою є система управління і скидання.
У загальному випадку вона реалізує деяку переключательную функцію, за індивідуальним завданням для кожного варіанта, ініціюючих роботу пристрою і здійснюючи скидання в нульовий стан цифрових і рахункових схем.
Загальним вузлом для всіх компонентів структурної схеми пристрою також є джерело живлення. Він виробляє напругу для роботи цифрових індикаторів і сигнальних ламп, логічних та цифрових мікросхем, аналого-цифрового перетворювача, комутатора вимірювальних каналів і, при необхідності, вимірювальних перетворювачів.
Блок-схема алгоритму функціонування цифрового реєструючого пристрою, складена відповідно до викладеного словесним алгоритмом, представлена на рис. 2
Вибір схемотехнічного рішення блоку цифрової індикації
Розрядність цифрових рахункових схем визначається діапазоном вимірюваної величини та точність вимірювань і реєстрації. Сумарне загальне число розрядів цифрового індикатора має дорівнювати числу десяткових розрядів максимального значення вимірюваної величини (по рівня напруги від вимірювального перетворювача) плюс десяткова кома, плюс кількість значущих десяткових розрядів праворуч від коми, визначається необхідною точністю, плюс один розряд для індикації знака числа (позитивне і негативне), плюс один розряд для запасу точності, округлення значення та достовірності.
Так, при діапазоні зміни вхідний величини 0 ... 50 В і точності в ± 5% потрібно два розряди індикатора для відображення значущих цифр максимального значення. Десяткова кома є всередині балона (корпусу) лампи і може постійно відтворюватись поряд з цифрами в будь-якому розряді, тому кому включимо в другий (по-порядку зліва направо) розряді і для достовірності додаємо ще один, третій, розряд праворуч від коми:
Тип цифрового індикатора: семисегментний індикатор.
Джерело живлення: для семисегментних ламп типу ІВ-6 - це +50 В при робочому струмі кожного знака в одиниці міліампер.
Для спрощення проектованої в курсовому проекті схеми вважаємо, що АЦП, умовно зображений прямокутником на структурній схемі пристрою рис. 1, здійснює не тільки аналого-цифрове перетворення, а й містить необхідні рахункові й логічні елементи для перетворення (дешифрування) свого вихідного коду з двійкової системи числення в двійково-десяткову, тому приймаємо, що виходи АЦП містять групи по чотири розряду, вже сформовані для кожного десяткового розряду цифрового індикатора.
З урахуванням викладених міркувань; схема цифрового індикатора з елементами управління для (0 ... 50В ± 5%) може бути виконана, як показано на ріс.З.
Блок-схема алгоритму функціонування цифрового реєструючого пристрою
Основними елементами цього вузла цифрового реєструючого пристрою є два цифрових компаратора. На один вхід обох компараторів одночасно паралельно подається вихідний сигнал АЦП, на інший вхід одного компаратора поданий фіксований постійний двійковий (двійково-десятковий) код, відповідний верхній межі області робочих значень вимірюваного параметра; на другий вхід іншого компаратора поданий код нижньої межі.
У загальному випадку цифрові компаратора мають три виходи: «більше», «байдуже», «менше». Вихід «більше» першого компаратора з'єднаний із знаковою світловим індикатором. Його свічення, в даній схемі, буде свідчити про вихід вимірюваного цифровим пристроєм, параметра за верхню межу. Аналогічно у другого компаратора світловий індикатор підключений до виходу «менше» і сигналізує про зменшення вимірюваного параметра нижче нижньої межі.
Світлова індикація про знаходження вимірюваного параметра в межах цих кордонів реалізована включенням для схем обох компараторів логічного елемента І з світлодіодом («норма») на виході.
Схема завдання кордонів у найбільш простому випадку утворюється простим з'єднанням однієї групи входів компаратора із загальною шиною (логічним нулем) і джерелом +5 В (одиницею) так, одержувана кодова комбінація відповідала потрібного значенням кордону. Проте, з метою, додання, гнучкості пристрою, для забезпечення можливості його перебудови, встановлення та зміна меж доцільно здійснювати за допомогою набірних перемикачів, які задають довільний код. У цьому випадку необхідна захист від "брязкоту" механічних контактів для запобігання помилкових спрацьовувань пристрою. З цією метою між перемикачами і компараторами включають регістри пам'яті так, як показано на рис. 4.
Синтез і мінімізація логічних схем
Задано Переключательная функція чотирьох змінних, що має поодинокі значення в наступних рядках таблиці станів: 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14.
Складемо таблицю стану і знайдемо шукані:
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |||||||
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | |||||||
| 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | |||||||
| 3 | 0 | 1 | 0 | 0 | |||||||
| 4 | 1 | 0 | 0 | 0 | |||||||
| 5 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | ||||||
| 6 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | ||||||
| 7 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | ||||||
| 8 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | ||||||
| 9 | 0 | 1 | 1 | 0 | |||||||
| 10 | 1 | 1 | 0 | 0 | |||||||
| 11 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||||
| 12 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | ||||||
| 13 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | ||||||
| 14 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | ||||||
| 15 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||||
Відповідна логічна схема в змішаному елементному базисі наведена на рис.5.
Список літератури:
1. Семенов С.П., Горелейченко Л.В, Богачов Е.Ю. Суднові електровимірювальні прилади та інформаційні системи М: тр-т, 1982-239с.
2. Аналогові і цифрові інтегральні схеми. Під ред. С.Б. Якубовського
3. Михайлов С.А. Курсове проектування з дисципліни «Основи цифрової схемотехніки» - Одеса, ОДМА 1993р.