Электротехника \ Схемотехника

Разработка многоканального генератора импульсных сигналов (амплитуда импульсов аналогового канала - 150.4В, длительность - 110 мкс)

Страницы работы

36 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Фрагмент текста работы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Новосибирский Государственный Технический Университет

Кафедра Автоматики

Курсовой проект по курсу

«Схемотехника»

Многоканальный генератор импульсных сигналов

(МГИС)

Факультет: АВТ . Преподаватель:

Группа: АА-37 Ерушин В.П.

Студент: Евдокимова Н.В.

Дата сдачи: Дата:

Новосибирск 2005 г

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Проект МГИС на ИМС малой степени интеграции	3 стр.
1.1. Техническое задание	3 стр.
1.2. Описание работы схемы	5 стр.
2. Расчет принципиальной схемы 1-го варианта	6 стр.
2.1.Схема автоматической установки нуля (САУН)	6 стр.
2.2.Формирователь одиночного импульса (ФОИ)	6 стр.
2.3. Дребезг контактов.	7 стр.
2.4. Расчет генератора.	7 стр.
3. Расчёт заданных импульсов	8 стр.
3.1. Формирователь импульсов №1	8 стр.
3.2. Формирователь импульсов №2	10 стр.
3.3. Формирователь импульсов №3	12 стр.
3.4. Формирователь импульсов №4	13 стр.
3.5. Формирователь импульсов №5	15 стр.
3.6. Схема задержки №1	17 стр.
3.7. Схема задержки №2	18 стр.
4. Расчёт ОУ	20 стр.
5. Цифровой канал	21 стр.
5.1. Расчет вилки на резистор в КМОПТЛ-канале	21 стр.
5.2. Монтажное «И»	21 стр.
6. Расчет нестабильностей	23 стр.
6.1.Анализ нестабильности временной диаграммы	23 стр.
7. Вариант 2	24 стр.
7.1 Техническое задание	24 стр.
7.2. Описание работы схемы	24 стр.
7.3. Режим ручной	24стр.
7.4. Расчёт генератора	25 стр.
8. ППЗУ	26 стр.
8.1. Таблица прошивки ПЗУ	26 стр.
9. Заключение	27 стр.
10. Литература	28 стр.
11. .Приложение	29 стр.
11.1.Структурная схема МГИС на ИМС малой степени интеграции	29 стр.
11.2. Структурная схема МГИС на ИМС второго варианта	29 стр.
12. Временные диаграммы	30-32
13. Спецификация элементов	33 стр.
13.1. Таблица №1	33 стр.
13.2. Таблица №2	34 стр.

1. Проект МГИС на ИМС малой степени интеграции

1.1. Техническое задание

Согласно техническому заданию требуется разработать многоканальный генератор импульсных сигналов в двух вариантах.

В первом варианте необходимо разработать четыре выходных канала: аналоговый и три цифровых (ТТЛ, КМОПТЛ, ЭСЛ). Устройство реализовано на логических ИМС серии 155, при этом максимальное число корпусов без учета ОУ и ПУ ЭСЛ – 6 шт.

Во втором варианте выходной канал только один: цифровой ТТЛ.

Требования к устройству:

- схема управления без буферных элементов на любых ИМС;

- максимальное число корпусов – 4шт.

- ИМС 155РЕ3 не применять.

В обоих вариантах задаются два режима работы: автоматический и ручной. В любом режиме первый запуск от кнопки. Переключение режимов с помощью тумблера. В схему включено устройство устранения дребезга контактов.

При разработке необходимо учесть следующие факторы нестабильности:

- разброс напряжения порога – ( 0,8 ¸ 2 ) В;

- разброс номиналов резисторов и конденсаторов - ± 10 %;

- нестабильность напряжения питания - ± 5 %.

Разработать схему многоканального генератора импульсных сигналов (МГИС) на ИМС малой степени интеграции с формированием выходных сигналов ТТЛ, КМОП, ЭСЛ, Аналог.

Исходные данные:

Амплитуда	15	14	0	16	12	0	-13	*0.4В
Длительность	1	3	1	2	1	4	2	*10 мкс

1.2. Описание работы схемы.

2.1. Разработка функциональной схемы.

Многоканальный генератор импульсных сигналов состоит из следующих блоков:

-схема начальной установки нуля (установка схемы в исходное состояние);

-тактовый генератор;

-устройство устранения дребезга контактов;

-устройство управления (задает режим работы);

-формирователь импульсов №1 (формирует импульс длительностью 10 мкс);

-формирователь импульсов №2 (формирует импульс длительностью 40 мкс);

-схема задержки №1 (задерживает отрицательный фронт тактового импульса на 10 мкс);

-формирователь импульсов №3 (формирует импульс длительностью 20 мкс);

-формирователь импульсов №4 (формирует импульс длительностью 10 мкс);

-схема задержки №2 (задерживает положительный фронт тактового импульса на 20 мкс);

-формирователь импульсов №5(формирует импульс длительностью 20 мкс);

- цифро-аналоговый преобразователь (формирует аналоговый выход);

- буферный элемент (ТТЛ – канал);

-преобразователь уровня ТТЛ – КМОПТЛ;

-преобразователь уровня ТТЛ – ЭСЛ.

2.Расчет принципиальной схемы 1-го варианта .

Схема автоматической установки нуля:

САУН необходима для установки триггера в исходное состояние при включении питания.

t_{уст. пит.}_max=10 мс

t_{уст. пит.}_min= 5 мс

t_уст.’0’ => t_{уст.
пит.}_max

принимая R3= 1 кОм, C2_min = 57,35 мкФ.

Значение емкости выбирается из условия: С2=(62…100)мкФ. Поэтому в целях обеспечения большей стабильности, емкость принимается 75 мкФ

t_уст.’0’ = 13,0765 мкс

Формирователь одиночного импульса.

Для запуска генератора необходимо сформировать импульс. В качестве схемы запуска используется формирователь одиночного импульса.

При нажатии кнопки SB1 «Пуск» формируется короткий нулевой импульс длительностью 1 мкс. R2 принимаем равным 1 кОм. Для запуска схемы достаточен импульс 1 мкс.

Исходя из этого:

t_и =

C1 = 3.044 нФ; С1(Е24) = 3 нФ.

f дреб = 500 Гц => tдреб = 2 мс.

Условие, накладываемое на резистор R1

R1362,8 кОм; R1(E24) = 390 кОм

2. 3. Дребезг контактов.

Для надёжного устранения дребезга в данной схеме применяется RS триггер.

2.4. Расчет генератора

Генератор вырабатывает меандр длительностью 200 мкс.

t_и = t_п = 100 мкс

Е_см = Е_п = 5 В

Е_п = 0 В

R_вых`1` = 650 Ом

R_вых`0` = 25 Ом

R_вх`1` = 50 кОм

R4 = R5 = R

64,286 Ом R 128571,429 Ом => R=20 кОм

=> С3 = 15,22 нФ; С3(Е24) = 15 нФ.

Частота кварца ZQ равна:

3. Расчёт заданных импульсов

3.1.Расчет ФКИ 1

ФКИ реализуется на элементе - сборщике К155ЛИ1. Импульс формируется на «разряде»

Принимаем R7 = 910 Ом

t_{п. вх.} = 100 мкс

t_{и вых} = 10мкс

Е_п = 5В

Е_п._max = 5,25B

Е_п_min= 4,75B

U_пор= 1,4В

U_пор._max = 2B

U_пор._min = 0,8B

Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

а =

Рассчитаем диапазон допустимых значений («вилку») для R6:

ЛН5: = 40

R6,кОм	I⁰_{вых инв},мА
3	7,161172161
2,7	7,346357346
2,4	7,577838828
2,2	7,767232767
2	7,994505495
1,8	8,272283272
1,6	8,619505495
1,5	8,827838828
1,3	9,340659341
1,2	9,661172161
1,1	10,03996004
1	10,49450549
0,91	10,98901099
0,82	11,59206647
0,75	12,16117216
0,68	12,84744667
0,62	13,55902162
0,56	14,42307692
0,51	15,29842706
0,47	16,13280337
0,43	17,12241247
0,39	18,31501832
0,36	19,38339438
0,33	20,64602065
0,3	22,16117216
0,27	24,01302401
0,24	26,32783883
0,22	28,22177822
0,2	30,49450549
0,18	33,27228327
0,16	36,74450549
0,15	38,82783883

Из таблицы выбираем номинал R6, при котором величина = будет минимальной, т.е. R6= 3 кОм.

Проверим, что

= 90,4046 мкс < = 100 мкс

Оценим не стабильность временной диаграммы:

= 5,228 мкс

= 16,987 мкс

2.Расчет ФКИ 2

ФКИ реализуется на элементе - сборщике К155ЛИ1. Импульс формируется на «разряде»

Принимаем R9 = 910 Ом

t_{п. вх.} = 100 мкс

t_{и вых} = 40мкс

Е_п = 5В

Е_п._max = 5,25B

Е_п_min= 4,75B

U_пор= 1,4В

U_пор_.max = 2B

U_пор._min = 0,8B

Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

а =

Рассчитаем диапазон допустимых значений («вилку») для R1:

ЛН5: = 40

R8,Ом	I⁰_{вых инв},мА
910	10,98901099
820	11,59206647
750	12,16117216
680	12,84744667
620	13,55902162
560	14,42307692
510	15,29842706
470	16,13280337
430	17,12241247
390	18,31501832
360	19,38339438
330	20,64602065
300	22,16117216
270	24,01302401
240	26,32783883
220	28,22177822
200	30,49450549
180	33,27228327
160	36,74450549
150	38,82783883

Из таблицы выбираем номинал R8, при котором величина = будет минимальной, т.е. R8= 910 Ом.

Проверим, что

= 96,45982 мкс 100 мкс

Оценим не стабильность временной диаграммы:

Для обеспечения стабильного импульса используем построечный резистор с номиналом R8 = 1,1 кОм

3.Расчет ФКИ 3

ФКИ реализуется на элементе - сборщике К155ЛИ1. Импульс формируется на «разряде»

R12=910 Ом

t_{п. вх} = 40 мкс

t_и_._вх_. = 160 мкс

t_{и вых} = 20мкс

Е_п = 5В

Е_п._max = 5,25B

Е_п_min= 4,75B

U_пор= 1,4В

U_пор._max = 2B

U_пор._min = 0,8B

Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

а =

Рассчитаем диапазон допустимых значений («вилку») для R1:

ЛН5: = 40

R11,Ом	I⁰_{вых инв},мА
750	12,16117
680	12,84745
620	13,55902
560	14,42308
510	15,29843

R11,Ом	I⁰_{вых инв},мА
470	16,1328
430	17,12241
390	18,31502
360	19,38339
330	20,64602
300	22,16117
270	24,01302
240	26,32784
220	28,22178
200	30,49451
180	33,27228
160	36,74451
150	38,82784

Из таблицы выбираем номинал R11, при котором величина = будет минимальной, т.е. R11= 750 Ом.

Проверим, что

= 39,74992 мкс = 40 мкс

Оценим не стабильность временной диаграммы:

= 11.4766 мкс

= 37.2884 мкс

4.Расчет ФКИ 4

ФКИ реализуется на элементе - сборщике К155ЛЕ1. Импульс формируется на «заряде» конденсатора

R13=1,5 кОм

t_{п. вх.} = 20 мкс

t_{и вых} = 10 мкс

Е_п = 5В

Е_п._max = 5,25B

Е_п_min= 4,75B

U_пор= 1,4В

U_пор._max = 2B

U_пор._min = 0,8B

Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

а =

R14,Ом	С8, нФ	С8(Е24),нФ	t_{и вых рас}
430	15,77255	16	10,14421
390	16,10636	16	9,933963
360	16,36614	16	9,776281
330	16,63444	16	9,618599
300	16,91168	16	9,460917
270	17,19832	18	10,46614
240	17,49484	18	10,28875
220	17,69827	18	10,17049
200	17,90648	18	10,05222
180	18,11966	18	9,933963
160	18,33797	18	9,815702
150	18,44911	18	9,756571

Из таблицы выбираем номинал R14, при котором величина t_{и вых рас} будет минимальное отклонение от заданного значения мкс, т.е. R14= 200 Ом.

Проверим, что

= 10,59998 мкс = 10 мкс

Уменьшаем R14 на порядок

R14 = 180 Ом

= 9,54 мкс = 10 мкс

Оценим не стабильность временной диаграммы:

= 4,0495 мкс

= 19,988 мкс

5.Расчет ФКИ 5

ФКИ реализуется на элементе - сборщике К155ЛИ1. Импульс формируется на «разряде»

Принимаем R17 = 910 Ом

t_{п. вх.} = 100 мкс

t_{и вых} = 40мкс

Е_п = 5В

Е_п._max = 5,25B

Е_п_min= 4,75B

U_пор= 1,4В

U_пор._max = 2B

U_пор._min = 0,8B

Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

а =

Рассчитаем диапазон допустимых значений («вилку») для R16:

ЛН5: = 40

R16,Ом	I⁰_{вых инв},мА
910	10,98901099
820	11,59206647
750	12,16117216
680	12,84744667
620	13,55902162
560	14,42307692
510	15,29842706
470	16,13280337
430	17,12241247
390	18,31501832
360	19,38339438
330	20,64602065
300	22,16117216
270	24,01302401
240	26,32783883
220	28,22177822
200	30,49450549
180	33,27228327
160	36,74450549
150	38,82783883

Из таблицы выбираем номинал R16, при котором величина = будет минимальной, т.е. R16= 910 Ом.

Проверим, что

= 96,45982 мкс = 100 мкс

Оценим не стабильность временной диаграммы:

= 22,953 мкс

= 74,5768 мкс

6. Схема задержки 1.

СЗ реализуется на элементе - сборщике К155ЛЕ1. Импульс формируется на «разряде»

Принимаем R10 = 910 Ом

t_{и. вх} = 170 мкс

t_{п. вх.} = 30 мкс

t_{зад.вых} = 10мкс

мкс

Е_п = 5В

Е_п._max = 5,25B

Е_п_min= 4,75B

U_пор= 1,4В

U_пор._max = 2B

U_пор._min = 0,8B

Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

а =

Рассчитаем диапазон допустимых значений («вилку») для R:

ЛН5: = 38,4

R,Ом	I⁰_{вых инв},мА
240	26,32783883
220	28,22177822
200	30,49450549
180	33,27228327
160	36,74450549

Из таблицы выбираем номинал R, при котором величина = будет минимальной, т.е. R= 240 Ом.

Проверим, что

= 27,766 мкс = 30 мкс

Оценим не стабильность временной диаграммы:

= 5,228 мкс

= 16,987 мкс

7. Схема задержки 2.

СЗ реализуется на элементе - сборщике К155ЛИ1. Импульс формируется на «заряде»

Принимаем R = 1,5 кОм

t_{и. вх} = 100 мкс

t_{п. вх.} = 100 мкс

t_{зад.вых} = 20мкс

мкс

Е_п = 5В

Е_п._max = 5,25B

Е_п_min= 4,75B

U_пор= 1,4В

U_пор_.max = 2B

U_пор_.min = 0,8B

Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

а =

ЛН5: = 38,4

R15, кОм	С9, нФ	С9(Е24), нФ	t_{и вых рас}
1,8	18,44911	18	80,48686
1,6	19,63937	20	79,63275
1,5	20,29402	20	80,28976
1,3	21,74359	22	79,76415
1,2	22,54891	22	80,48686
1,1	23,41617	24	79,50135
1	24,35282	24	80,28976
0,91	25,26226	24	80,99932
0,82	26,24226	27	79,42251
0,75	27,05869	27	80,04338
0,68	27,92754	27	80,66425
0,62	28,71795	30	79,10714
0,56	29,55439	30	79,69845
0,51	30,28958	30	80,1912
0,47	30,90459	30	80,58541
0,43	31,5451	33	79,07758
0,39	32,21272	33	79,5112
0,36	32,73228	33	79,83642
0,33	33,26888	33	80,16164
0,3	33,82336	33	80,48686
0,27	34,39664	33	80,81208
0,24	34,98968	36	79,42251
0,22	35,39654	36	79,65903
0,2	35,81297	36	79,89555
0,18	36,23931	36	80,13207
0,16	36,67593	36	80,3686
0,15	36,89821	36	80,48686