Разработка многоканального генератора импульсных сигналов (амплитуда импульсов аналогового канала - 15*0.4В, длительность - 1*10 мкс)

Страницы работы

36 страниц (Word-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.

    tуст. пит.max =10 мс

    tуст. пит. min= 5 мс

      tуст.’0’ => tуст. пит.max

   

принимая R3= 1 кОм, C2min = 57,35 мкФ.

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

tуст.’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: 

tи =

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.

tи = tп = 100 мкс

Есм = Еп = 5 В

Еп = 0 В

Rвых`1` = 650 Ом

Rвых`0` = 25 Ом

Rвх`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

 tп. вх. = 100 мкс

 tи вых = 10мкс

 Еп = 5В

 Еп.max = 5,25B

 Еп min = 4,75B

 Uпор = 1,4В

 Uпор.max = 2B

 Uпор.min = 0,8B

Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

 а =  

          

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

 

ЛН5: = 40

  

 

 

        

R6,кОм

I0вых 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

 tп. вх. = 100 мкс

 tи вых = 40мкс

 Еп = 5В

 Еп.max = 5,25B

 Еп min = 4,75B

 Uпор = 1,4В

 Uпор.max = 2B

 Uпор.min = 0,8B

 Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

 а =  

 

          

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

 

ЛН5: = 40

  

 

R8,Ом

I0вых 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

 tп. вх = 40 мкс

 tи. вх. = 160 мкс

 tи вых = 20мкс

 Еп = 5В

 Еп.max = 5,25B

 Еп min = 4,75B

 Uпор = 1,4В

 Uпор.max = 2B

 Uпор.min = 0,8B

 Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

 а =  

 

          

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

 

ЛН5: = 40

  

 

R11,Ом

I0вых инв,мА

750

12,16117

680

12,84745

620

13,55902

560

14,42308

510

15,29843

R11,Ом

I0вых 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

tп. вх. = 20 мкс

tи вых = 10 мкс

Еп = 5В

Еп.max = 5,25B

Еп min = 4,75B

Uпор = 1,4В

Uпор.max = 2B

Uпор.min = 0,8B

Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

а =  

R14,Ом

С8, нФ

С8(Е24),нФ

tи 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 tи 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

 tп. вх. = 100 мкс

 tи вых = 40мкс

 Еп = 5В

 Еп.max = 5,25B

 Еп min = 4,75B

 Uпор = 1,4В

 Uпор.max = 2B

 Uпор.min = 0,8B

Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

 а =  

 

          

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

 

ЛН5: = 40

  

 

R16,Ом

I0вых 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

 tи. вх = 170 мкс

 tп. вх. = 30 мкс

 tзад.вых  = 10мкс

 мкс

 Еп = 5В

 Еп.max = 5,25B

 Еп min = 4,75B

 Uпор = 1,4В

 Uпор.max = 2B

 Uпор.min = 0,8B

Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

 а =

          

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

 

ЛН5: = 38,4

  

 

R,Ом

I0вых 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

 tи. вх = 100 мкс

 tп. вх. = 100 мкс

 tзад.вых  = 20мкс

  мкс

 Еп = 5В

 Еп.max = 5,25B

 Еп min = 4,75B

 Uпор = 1,4В

 Uпор.max = 2B

 Uпор.min = 0,8B

 Рассчитаем промежуточный коэффициент а:

 а =  

 

 ЛН5: = 38,4

 

 

 

 

 

R15, кОм

С9, нФ

С9(Е24), нФ

tи 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

Из таблицы выбираем номинал R2, при котором величина tи вых рас будет   минимальное отклонение от заданного значения мкс, т.е. R15= 750 Ом.

Проверим, что

=  59,625 мкс   = 100 мкс

Оценим не стабильность временной диаграммы:

             = 8,135 мкс 

               = 40,175 мкс

4. Расчёт ОУ

Сумматор-вычитатель (Расчет ОУ)                                                                               

           = - 4,52.

 RI = const, RN =.

=4,52

 RI = 10 кОм.

Rос = amax* RI = 45,2 кОм   Rос(Е24) = 47 кОм.

.

R18 = 97,92 кОм   R18(Е24) = 0,1 Мом.

R19 =18,0769 кОм   R19(Е24) = 18 кОм.

R20 = 235 кОм   R20(Е24) = 240 кОм.

R21 = 16,78 кОм   R21(Е24) = 16 кОм.

R22 = 14,6875 кОм   R22(Е24) = 15 кОм.

R23 = 19,583 кОм   R23 (Е24) = 20 кОм.

Рассчитывается суммарное сопротивление на прямом и инверсном входах операционного усилителя:

= 5,3524 кОм.

== 5,4545 кОм..

Расчет погрешности небаланса осуществляется по следующей формуле:

          = 1,91 % < 10 %.

Выбор операционного усилителя

По параметрам Uвых max ³ 6,4В, Uвх max ³ 5.25В, Vuвых max ³ 32 мВ/мкс.

ОУ 140УД10 удовлетворяет этим требованиям ( Vuвых

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Схемотехника
Тип:
Курсовые работы
Размер файла:
875 Kb
Скачали:
0