(7 оценок, среднее: 4,86 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Реферат: Понятие цифрового таймера
Введение — 3
часть I. Принципы построения — 4
Часть II. Разработка схемы устройства — 5
2.1 Многофункциональная схема проектируемого устройства — 5
2.2 Внутренняя структура селектора импульсов — 6
2.3 Итог машинного моделирования — 8
часть III. ПЛИС — 9
Часть IV. Разработка принципной электронной схемы устройства — 11
4.1 Выбор элементной базы — 11
4.2 Кварцевый генератор — 12
4.3 Разъем — 13
4.4 Буферные элементы — 14
Часть V. Финансовая часть — 15
Заключение — 16
Перечень применяемой литературы — 17
Введение:
В данном КП разрабатывается устройство «Цифровой таймер», формирующее данные интервалы времени со последующими параметрами:
Очень создаваемый интервал времени, с — 5х10-4;
Точность проигрывания интервала времени, с — 10-7;
τзад, с — 10-7;
Продолжительность выходного импульса, с — 5х10-7.
Цифровые таймеры употребляются для автоматического включения/отключения электротехнического оборудования через данный просвет времени.
Они используются для управления разными технологическими действиями. Обычный таймер может употребляться в промышленных и бытовых электроустановках (в таковых вариантах должен устанавливаться в распределительных щитках).
Может быть применять цифровые таймеры для временного включения освещения на лестничных площадках, в гаражах либо подвалах. Таковым образом, цифровые таймеры разрешают сберегать электроэнергию, отключая освещение через установленный просвет времени.
Надоело пробуждаться под противный гул будильника? сейчас Вас может разбудить хоть какой устройство, снабженный таймером, к примеру, музыкальный центр либо осветительный прибор.
Еще есть огромное количество остальных назначений цифрового таймера, но во всех вариантах он употребляется для автоматического управления электроприборами в данное время.
Часть
I
.
Принципы построения.
Для формирования задержек нужной продолжительности, требуется отсчитывать необходимое количество эталонных импульсов и ассоциировать его с числом, задающимся входным кодом. Если числа совпадают, то на выходе устройства возникает калиброванный импульс.
Число вариантов продолжительности задержки выхода импульса можно высчитать, беря во внимание наибольший создаваемый интервал времени и продолжительность выходного импульса:
Х= (Тmax – Тmin) /Тmin= (5*10-4
с — 10-7
с) / (10-7
с) = 999
При всем этом продолжительность задержки выхода импульса будет рассчитываться по формуле (10-7
с)*Х, где Х – число от 0 до 999, записанное двоичным кодом. Чтоб подавать такое число, нам пригодится 10 входов, через которые будет поступать двоичный код, и десятиразрядный регистр, в каком это число будет храниться.
Для подсчёта эталонных импульсов употребляется десятиразрядный счётчик, для сопоставления с данным кодом употребляется устройство сопоставления (компаратор) той же разрядности.
Нужная продолжительность выходного импульса выходит при помощи формирователя выходных импульсов.
Рис. 1 Структурная схема селектора импульсов.
часть
II
. Разработка схемы устройства.
В данной главе будет рассмотрен вопросец о многофункциональном устройстве проектируемого устройства и приведена внутренняя структура программируемой логической интегральной схемы, которая является основой рассматриваемого тут цифрового таймера, а так же будут приведены результаты машинного моделирования. В качестве среды проектирования ПЛИС Altera мы берём MAX+PLUS II. Предназначение семейства ПЛИС для реализации проекта предоставили компилятору для того, чтоб оценить требуемые ресурсы. На рис.3 приведена многофункциональная схема селектора импульсов.
Рис. 2. Многофункциональная схема таймера
Вся схема тактируется от кварцевого импульсного генератора частотой
.
На рис. 3 приведена внутренняя структура цифрового таймера. Сначала разработки схемы мы избрали, как среду разработки MAX+PLUS II. Запустив пакет САПР AlteraMax + PLUSII, в графическом редакторе Graphic Editor, мы сделали новейший файл(file, new…), избрали из базы данных нужные нам элементы. При помощи редактора MegaWizardPlug-InManager, встроенного в Max+ PLUSII, были изготовлены десятиразрядные регистр, счётчик и компаратор.
Опосля того, как схема была стопроцентно спроектирована, мы проверили её на наличие ошибок при помощи компилятора системы (Compiler).
Работа схемы
:
Наша схема тактируется ГТИ, который на схеме изображен как вход «gti». На входы a[9..0] подается десятиразрядный двоичный код, управляющий временем задержки выходного импульса. Под действием импульса пуска, поступающего на вход «zap», управляющий код запишется в регистр. Сиим же импульсом переведётся в единичное состояние 1-ый триггер. Снятие импульса пуска перекрывает запись в регистр до последующего сигнала записи, предотвращая случайную запись управляющего кода во время работы схемы, для избежания появления ошибок.
Каскад из 2-ух инверторов и элемента «2И», стоящий перед триггером, нужен в схеме для предотвращения ошибки, возникающей, если фронт импульса пуска совпадёт с фронтом синхроимпульса, в итоге которой на выходе схемы установилась бы логическая единица вне зависимости от кода управления.
Логическая единица, установившаяся на выходе первого триггера, откроет ключ, представленный элементом «2И», и даст возможность синхроимпульсам с входа «gti» поступать на счётчик. Число вошедших в счётчик импульсов будет повсевременно сравниваться с числом, записанным в регистре, и при их совпадении компаратор выдаст импульс, которым на выходе второго триггера установится логическая единица. В то же время обнулятся регистр и счётчик, и сбросится 1-ый триггер, в свою очередь закрывающий ключ «2И», прекращая трансляцию синхроимпульсов на вход таймера.
Чтоб задать нужную продолжительность выходного импульса, схема устроена так, чтоб 2-ой триггер изменил своё состояние (1 > 0) при помощи входа «/С» лишь с приходом синхроимпульса. Таковым образом, логическая единица на выходе будет держаться один период синхроимпульса. Беря во внимание, что частота СИ =10МГц, т.е. его период =10-7
с, длина выходного импульса будет соответственной.
Рис. 3 Внутренняя структура цифрового таймера.
В данной части приведены результаты проведённых машинных тестов. Моделирование проводилось в программном приложении MAX+ PLUSIIс помощью симулятора, который дозволяет тестировать логические операции и внутреннюю синхронизацию проектируемой логической схемы.
На рисунке 4 приведён итог моделирования работы таймера. Для примера на устройство был подан код числа 17. Как видно из графика, управляющий код записывается по фронту импульса «пуск» и спустя 17 тактовых импульсов опосля пуска, схема выдаёт импульс продолжительностью 5*10-7
с.
Рис. 4 Временная диаграмма работы цифрового таймера.
Часть
III
. ПЛИС.
За базу проектируемого цифрового таймера в данной работе была взята ПЛИС компании ALTERA семейства MAX7000S. В истинное время это довольно устаревшее семейство ПЛИС, но до сего времени довольно пользующееся популярностью посреди разрабов. Это соединено с тем, что для работы с ним не требуется никаких суровых издержек, так как пакет MAX+PLUS II BASELINE стопроцентно поддерживает всех представителей этого семейства ПЛИС, а для программирования и загрузки конфигурации устройств размещена схема загрузочного кабеля
и
. Данная Компанияявляется одним из глобальных фаворитов по производству ПЛИС в мире. Выбор в пользу ПЛИС Altera был изготовлен исходя из последующих критериев:
1) широкая распространённость на рынке
2) относительно низкая стоимость продукции
3) доступность программного обеспечения для разработки устройств на базе ПЛИС данной компании.
Разработка структуры ПЛИС делается в графическом редакторе программного приложения MAX+plusII.
Ядром цифрового таймера в данном проекте является программируемая логическая печатная плата компании ALTERA. На рис. 5 приведено размещение выводов для ПЛИС, использованной в данном проекте. На рис 6 изображена уже запрограммированная для данного проекта ПЛИС и указаны её выводы.
Рис. 5
Рис. 6
часть
IV
. Разработка принципной электронной
схемы устройства.
В данной главе будет рассмотрено предназначение выводов всякого блока, входящего в состав принципной электронной схемы устройства. Всё устройство выстроено на базе программируемой логической интегральной схемы, потому что это одна из более распространённых составляющих современных устройств выполняющих какое-либо логические операции, но для сотворения работоспособного макета её одной не довольно, потому дальше будут наиболее тщательно рассмотрены другие элементы, входящие в состав принципной электронной схемы. Для работы цифрового таймера нужны синхроимпульсы прямоугольной формы, к которым предъявляются завышенные требования, потому в состав устройства вошёл кварцевый генератор, обеспечивающий требуемые характеристики выходного сигнала.
Потому что для подачи управляющего кода и сигнала пуска употребляется параллельный порт, то в состав вошёл разъём для обеспечения способности подключения к устройству периферии.
На нынешний денек никто не застрахован от вероятных перепадов в подаче питания к устройству, потому для уменьшения вероятности выхода из строя устройства в таковой ситуации было предвидено включение в состав схемы буферных частей.
Для страховки от вероятной переполюсовки, на входы питания был поставлен диодик, владеющий свойством однобокой проводимости.
Потому что цифровой таймер не может работать без подачи на его вход синхронизирующего прямоугольного сигнала, требуется включить в состав схемы устройство, способное таковой сигнал генерировать. В данной работе в качестве такового устройства выступает кварцевый генератор.
В данном проекте для удобства формирования продолжительности выходного импульса и продолжительности его задержки, был избран тактовый генератор компании GeyerElectronicмодель КХО-97 с частотой 10 МГц.
Рис. 7Габаритные размеры генератора
Модель
Спектр частот, МГц
Температурная стабильность, ppm
Напряжениепитания,
В
Потребляемый ток, мА
Размеры
Д/Ш/В,
мм
Индивидуальности
KXO97
1,0…100,0
+50
(-20…70°С)
+100
(-40…85°С)
5,0 ±5%
15…40
7,0
5,08
1,8
Входразрешения
Для связи наружным устройством на плате нужен разъём для подключения. В данном проекте употребляется последующий разъём и вилка к нему:
No.
Pos.
Plug /
Socket
Dimension (mm)
A
B
C
D
E
25
Plug
53.04
47.04
38.96
41.30
8.36
Socket
38.38
7.90
Рис. 8 Габаритные размеры разъёма
Для защиты устройства от перепадов напряжения питания, в схему были включены буферные элементы. В схему установлены 2 микросхемы SN7407N, являющиеся аналогом российскей микросхемы К155ЛН4.
Микросхема представляет собой 6 буферов без инверсии с открытым коллектором.
Рис. 9 Габаритные размеры буферного элемента
Условное графическое обозначение:
часть V. Финансовая часть.
В данной части мы разглядим финансовую сторону нашей схемы. Для этого нам будет нужно выяснить стоимость всякого элемента, применяемого нами для построения. Это требуется для сотворения устройства. Все цены приведены ниже, в таблице:
Наименование продукта
Среднегородская стоимость за 1шт.
Кол-во
ПЛИС (EPM7032SLC44-5)
336.57 руб.
1шт.
Кварцевый генератор
151.91 руб.
1шт.
Конденсаторы глиняние
30 коп.
6 шт.
Конденсатор электролитический
9.15 руб.
1 шт.
Разъём DB25M
77 руб.
1 шт.
Буферные элементы
9.65 руб.
2 шт.
Диодик
1.30 руб.
1шт
Итого:
336.57+151.91+(0.30)*6+9.15+77+(9.65)*2+1.30= 597.03 рублей.
Заключение
:
В итоге данной курсовой работы, было спроектировано устройство, а конкретно – цифровой таймер на базе ПЛИС компании ALTERA. Выбор элементной базы был изготовлен не случаем, т. к. на нынешний денек ПЛИС заполучили широкую популярность посреди разрабов электрической техники
В данной работе было произведено проектирование на всех его шагах: построена многофункциональная схема, разработана внутренняя структура программируемой логической интегральной схемы, построена принципная электронная схема самого устройства, разглядели полученную схему с экономической точки зрения. Устройство вышло относительно драгоценным, зато надёжным и обычным в изготовлении, также учтена возможность сопряжения устройства с хоть каким иным наружным через разъём СНП101-25РП32. Получившееся устройство просто в эксплуатации.
Перечень применяемой литературы:
]]>