Разработка устройства, осуществляющего селекцию импульсов по их длительности

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электроника»

ОТЧЕТ

по курсовой работе на тему

Разработка селектора импульсов

Выполнил студент  Д. С.  Сахаров

факультет ЭТ, группа НК-413

        Отчёт принял: Ройтман С. Я.

Санкт-Петербург

2006
Содержание

Введение и исходные данные варианта. 3

Выбор микросхемы преобразователя уровней. 4

Построение схемы ждущего мультивибратора. 5

Выбор микросхемы-счётчика. 7

Выбор микросхемы выходного ждущего одновибратора. 9

Введение и исходные данные варианта

Курсовое проектирование по курсу Электроника в моём варианте сводится к разработке устройства, осуществляющего селекцию импульсов по их длительности. В данном задании производится разработка устройства, отбирающего среди последовательности входных прямоугольных импульсов произвольной длительности, те импульсы, длительность которых составляет 2 мкс, и игнорирующего все остальные. Мне известно два варианта реализации данного устройства. Во-первых, можно построить фильтр, который будет отсеивать сигналы с частотами выше и ниже данной, а во-вторых, можно построить цифровое устройство, которое будет «засекать» время длительности входного импульса и выдавать сигнал на выходе только в том случае, если эта длительность составляет заданное вариантом число. При этом, как видно из задания варианта (Рисунок 1а), схема должна откликаться на импульсы разного уровня, а именно, один, два и три вольта. Поэтому построение устройства следует начать с выбора преобразователя уровней (ПУ).  С выхода ПУ сигнал будет поступать на вход ждущего мультивибратора (ЖМ), который будет формировать на выходе прямоугольные импульсы с периодом 1 мкс и длительностью 0,5 мкс. Эти импульсы будут формироваться и поступать на вход счётчика (Счётчик), пока  на входе ПУ будет сигнал. Как только сигнал исчезнет, отсчёт прекратится. Импульсы с выхода генератора будут поступать на вход счётчика, который, при помощи специальной схемы автоблокировки, будет управлять микросхемой ждущего одновибратора, настроенного на амплитуду 4 В и длительность импульса 1 мкс (ЖМ2). На этом описание работы схемы считаю завершённым, и приступаю к её разработке.

Рисунок 1 – Задание на курсовой проект  (а) и блок-схема селктора (б)

Выбор микросхемы преобразователя уровней

Преобразователь уровней для данного устройства должен отвечать следующим требованиям: во-первых, это быстродействие, а во-вторых, это работа при уровнях входных напряжений от одного до трёх вольт. Согласно использованному справочнику, данным требованиям удовлетворяет микросхема 40109DIE1, в состав которой входит четыре преобразователя уровней. Её условное обозначение, таблица истинности и функциональное обозначение отводов приведены на рисунке 2.

Рисунок 3 – условное обозначение, таблица истинности и назначение отводов микросхемы 40109DIE1

На вход 1, в качестве напряжения входных каскадов, будем подавать 1 В, на вход 16, в качестве напряжения выходных каскадов, будем подавать 5 В. При этом, преобразователь будет выдавать на выходе 5 В при наличии на его управляющем входе от одного до пяти вольт, что удовлетворяет условиям задания. Задержка срабатывания данного преобразователя составляет от 1 до 2 нс, что никак не повлияет на быстродействие схемы.

Построение схемы ждущего мультивибратора

Задающий генератор разрабатываемого селектора я буду строить по схеме ждущего мультивибратора. Основная особенность его работы заключается в том, что даже при условии, что входной импульс закончился во время течения выходного импульса, выходной импульс не обрывается, а протекает со своей обычной длительностью.

Рисунок 3 – принципиальная схема генератора тактовых импульсов (а) и временные диаграммы его работы (б)

Логические ячейки DD1,  DD2 и DD5 целесообразно взять расположенными в одной интегральной микросхеме, например, К155ЛН1 (принципиальная схема изображена на рисунке 4, клемма 7 используется для подведения питания, и на принципиальной схеме не отображена.) Логические ячейки DD3, DD4 могут быть взяты из интегральной микросхемы К155ЛА3 (принципиальная схема изображена на рисунке 4, клемма 7 используется для подведения питания, и на принципиальной схеме не отображена.).

Сопротивление  и ёмкость  определяют период следования импульсов и расстояние между ними. Эти параметры данной схемы можно рассчитать следующим образом: период следования импульсов можно вычислить по формуле , длительность импульса составляет . Это определяет такой важный параметр схемы тактового генератора, как скважность . Для правильной работы схемы требуется задаться значениями: , и . Таким образом, для вычисления параметров схемы, требуется лишь задаться неким произвольным значением любой из подбираемых величин, например, ёмкости  . Зададим значение . Получаем решение системы уравнений, в ходе которого выясняется значение сопротивления :

.

Примечание: значения сопротивления и ёмкости округлены до реально существующих номиналов элементов. Номинал сопротивления  можно определить, исходя из его назначения в данной схеме: оно служит для ограничения токов через входные элементы логической ячейки DD1. Исходя из этого, сопротивление  можно принять равным, например, 10 Ом (на временные характеристики схемы это практически не повлияет).