Разработка формирователя сигналов. 2
Министерство Российской Федерации по связи и информатизации
Негосударственное образовательное учреждение «Институт ТЕЛЕИНФО»
Кафедра «Информатики и вычислительной техники»
Сдана на проверку:
« _____ » _________________ 200 __ г. « _____ » _________________ 200 __ г.
КУРСОВАЯ РАБОТА
«РАЗРАБОТКА ФОРМИРОВАТЕЛЯ СИГНАЛОВ»
Пояснительная записка
на ____ листах
Студент группы ВТ-72_________
Руководитель ___________________
Самара 2011 г.
Цель курсовой работы: Разработать формирователь периодических цифровых четырёхразрядных сигналов и периодического аналогового напряжения сложной формы, используя аппаратный способ реализации устройства.
Рис. 1. «Обобщённая
структурная схема
ГТИ – Генератор тактовых импульсов
СТ – Счётчик импульсов
ПК – Преобразователь кодов
ЦАП – Цифро-аналоговый преобразователь
ВЫХ – Выход с ЦАП
Формирователь сигналов работает следующим образом:
Импульсы с выхода генератора с периодом следования поступают на 4-разрядный счётчик, который с каждым импульсом изменяет своё состояние на единицу. На выходах счётчика формируются заданные последовательности четырёхразрядных сигналов. Затем, с помощью преобразователя кодов, эти последовательности преобразуются в восьмиразрядные последовательности сигналов, которые управляют работой ЦАП. С выхода ЦАП снимается пропорциональное входным восьмиразрядным последовательностям аналоговое напряжение заданной величины и формы.
- Исходные данные
А = 5, К = 11, Базис ИЛИ-НЕ, Х1 и Х2 - "1", Счетчик вычитающий.
Пояснение:
К – коэффициент пересчёта счётчика;
– установка начального состояния счётчика;
– принудительная остановка счётчика.
расчет и преобразования выполнялись в табличном процессоре «MS Excel »
i(n) |
Значение |
Q4Q3Q2Q1 |
0 |
9 |
1001 |
1 |
8 |
1000 |
2 |
7 |
0111 |
3 |
6 |
0110 |
4 |
5 |
0101 |
5 |
4 |
0100 |
6 |
3 |
0011 |
7 |
2 |
0010 |
8 |
1 |
0001 |
9 |
0 |
0000 |
10 |
15 |
1111 |
B = 8
U(0) |
U(1) |
U(2) |
U(3) |
U(4) |
U(5) |
U(6) |
U(7) |
U(8) |
U(9) |
U(10) |
U(11) |
0 |
-1 |
-2 |
-2,5 |
-3 |
-4 |
-4,5 |
-2 |
-2 |
-1 |
-0,5 |
-0,5 |
C = 2 Tc = 2 мс
Umin = -7 Umax = 7
Пояснение:
– длительность одной
и – минимальное и максимальное напряжение на выходе ЦАП.
2. Проектирование формирователя сигналов
2.1 Определение цифровых последовательностей на входах ЦАП
, , ΔU= 0,055.
расчет и преобразования выполнялись в табличном процессоре «MS Excel »
U(i) |
Знач. |
Y(i) |
Y8Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1 |
U(0) |
0 |
128 |
10000000 |
U(1) |
-1 |
110 |
01101110 |
U(2) |
-2 |
92 |
01011100 |
U(3) |
-2,5 |
83 |
01010011 |
U(4) |
-3 |
73 |
01001001 |
U(5) |
-4 |
55 |
00110111 |
U(6) |
-4,5 |
46 |
00101110 |
U(7) |
-2 |
92 |
01011100 |
U(8) |
-2 |
92 |
01011100 |
U(9) |
-1 |
110 |
01101110 |
U(10) |
-0,5 |
119 |
01110111 |
Исходные данные для синтеза преобразователя кодов и счётчика:
(расчет и преобразования выполнялись в табличном процессоре «MS Excel »)
А = 5 |
В = 8 |
С = 2 Тс = 2мс |
Х1,Х2= "1" |
лог.базис ИЛИ- НЕ |
Umin = -7В, Umax = 7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
i Порядковый номер кодовой комбинации |
M(i) Значение кода счетчика DEC |
Q4Q3Q2Q1
Код счетчика
BIN |
U(i), В
Напряжение на выходе ЦАП |
Y(i)
Значение кода на входе ЦАП
DEC |
Y8Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1
Код на входе ЦАП
BIN | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2.2 Синтез преобразователя кодов
Задания:
- Минимизировать логические функции Y1, Y2, ... , Y8 методом карт Карно;
- Преобразовать минимизированные логические выражения в базис ИЛИ-НЕ;
- Построить функциональную и принципиальную схемы преобразователя кодов, выбрав для реализации логических функций такие варианты, которые требуют минимального числа корпусов интегральных микросхем ТТЛ серий.
Y1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
Q2 | |
0 |
1 |
1 |
0 |
Q1 | ||
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
- |
- |
1 |
- |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
- |
- |
|
Q4 |
Q3 |
11 | ||||
0 |
0 |
1 |
1 |
Q2 | ||
0 |
1 |
1 |
0 |
Q1 | ||
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
- |
- |
1 |
- |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
- |
- |
|
Q4 |
Q3 |
11 | ||||
Y3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
Q2 | |
0 |
1 |
1 |
0 |
Q1 | ||
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
- |
- |
1 |
- |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
- |
- |
|
Q4 |
Q3 |
11 | ||||
Y4 |
0 |
0 |
1 |
1 |
Q2 | |
0 |
1 |
1 |
0 |
Q1 | ||
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
- |
- |
0 |
- |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
- |
- |
|
Q4 |
Q3 |
11 | ||||
Y5 |
0 |
0 |
1 |
1 |
Q2 | |
0 |
1 |
1 |
0 |
Q1 | ||
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
- |
- |
1 |
- |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
- |
- |
|
Q4 |
Q3 |
11 | ||||
Y6 |
0 |
0 |
1 |
1 |
Q2 | |
0 |
1 |
1 |
0 |
Q1 | ||
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
- |
- |
1 |
- |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
- |
- |
|
Q4 |
Q3 |
11 | ||||
Y7 |
0 |
0 |
1 |
1 |
Q2 | |
0 |
1 |
1 |
0 |
Q1 | ||
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
- |
- |
1 |
- |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
- |
- |
|
Q4 |
Q3 |
11 | ||||
Y8 |
0 |
0 |
1 |
1 |
Q2 | |
0 |
1 |
1 |
0 |
Q1 | ||
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
- |
- |
0 |
- |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
- |
- |
|
Q4 |
Q3 |
11 | ||||
Анализирую карты Карно.
В формулах, принимаю сокращения Q1 = 1, Q2 = 2, Q3=3, Q4=4, в качестве отрицания перед элементом ставится «!», то есть запись !N = N
Y1= (3v4)*(!1v!2v4)*(2v3v!4)=![!(
Y2=(!1v2)*(!1v!3v4)*(1v!2v3)=!
Y3=(!1v2v!3)*(!1v2v!4)*(1v!2v!
Y4=(1v!3v4)*(!1v!4)=![ !(1v!3v4)v!(!1v!4)]
Y5=(!1v!2v3)*(1v2v3)*(!1v2v!3)
=![ !(!1v!2v3)v!(1v2v3)v!(!1v2v!3)
Y6=(1v!2)*(!1v2)*(!2v!3v4)=![ !(1v!2)v!(!1v2)v!(!2v!3v4)]
Y7=(!1v!2v3)*(1v2v!3)*(!1v2v!
Y8=(1v3)*(!1v4)*(!1v!2)*(!3v4)
Принципиальная схема представлена в общей схеме блоком “ПК”
2.3 Синтез счётчика импульсов
В качестве счётчика импульсов
будем использовать интегральную микросхему
К555ИЕ7. Это четырёхразрядный асинхронный
реверсивный счётчик с
Расчёт схемы предустановки счётчика:
Учитывая, что счетчик - вычитающий и последнее его состояние будет 15(0010), то следующее состояние счётчика будет 14(1110).
в состоянии 1110 должен быть всегда равен 0, в остальных состояниях должна быть 1.
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
Остальные комбинации |
1 | |||
Yпр=!4v!3v!2v1
Расчет схемы установки начального состояния.
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
L=!!(Yпр*!X1)=!(!Yпр v X1)
Расчёт схемы остановки счётчика:
ГТИ равен 1, равен 1 (по условию), вход «-» в состоянии 14 должен быть равен 1, во всех остальных состояниях должен быть 0.
ГТИ |
Вход «-» | |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
“-”=!!(ГТИ*!X2)=!(!ГТИ v X2)
«Функциональная схема предустановки счётчика»
Принципиальная схема представлена в общей схеме блоком “Y Предустановки”
«Функциональная схема установки начального состояния»
Принципиальная схема представлена в общей схеме блоком “L”
«Функциональная схема остановки счётчика»
Принципиальная схема представлена в общей схеме блоком “L1”
2.4 Выбор схемы и расчёт генератора тактовых импульсов
В качестве генератора тактовых импульсов, будем использовать следующую схему на логических элементах:
«Функциональная
схема генератора тактовых
Принципиальная схема представлена в общей схеме блоком “Генератор”
Тс =2
кОм,
F= Тс ·1=2Гц С=0,7·R/F=0.7·1000/2=700/2=
2.5 Выбор схемы ЦАП
В качестве ЦАП в проектируемом устройстве используется интегральная микросхема К572ПА1. Это 10-разрядный перемножающий ЦАП, выполненный по КМОП технологии. Т. к. выходной сигнал ЦАП однополярный, то в схеме с ЦАП будет всего 1 операционный усилитель КР544УД2А.
Рис.11. «Принципиальная схема ЦАП и операционного усилителя»
Связь между напряжением на выходе преобразователя, опорным напряжением и цифровым кодом на входах определяется выражением:
где Uоп= 7В, – разрядность ЦАП = 10, т. к. используется 8-разрядный код, то и – всегда буду равны 0, а и – соответственно 1.
Используя табличный процессор «Excel» получаем:
Зависимость напряжения на выходе ЦАП от цифрового кода на входе при восьмиразрядном включении:
Знач. |
Y(i) |
X10 |
X9 |
X8 |
X7 |
X6 |
X5 |
X4 |
X3 |
X2 |
X1 |
U Вых |
0 |
128 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
- |
- |
-7,116210938 |
-1 |
110 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
- |
- |
0,129882813 |
-2 |
92 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
- |
- |
0,061523438 |
-2,5 |
83 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
- |
- |
0,116210938 |
-3 |
73 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
- |
- |
0,047851563 |
-4 |
55 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
- |
- |
0,198242188 |
-4,5 |
46 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
- |
- |
0,116210938 |
-2 |
92 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
- |
- |
0,061523438 |
-2 |
92 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
- |
- |
0,061523438 |
-1 |
110 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
- |
- |
0,129882813 |
-0,5 |
119 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
- |
- |
0,211914063 |
Список использованной литературы
- Искусство схемотехники., П. Хорвиц, У.Хилл, издание 5е, М. «Мир» 1998
- Электронный справочник по цифровым логическим микросхемам (часть 1), Шульгин О. А., Шульгина И. Б., Воробьёв А. Б.
- Электронный справочник по аналоговым микросхемам для аудиоаппаратуры, Шульгин О. А., Шульгина И. Б., Воробьёв А. Б.
- Тематические сайты сети internet.
