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

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

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:

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

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

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

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 =  

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

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

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

Из таблицы выбираем номинал R2, при котором величина t_{и 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.

 R_I = const, R_N =.

=4,52

 R_I = 10 кОм.

R_ос = a_max* R_I = 45,2 кОм   R_ос(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