Задача по цифрова схемотехника студент: Доктор Хаус факултет: фетт специалност: Електроника

Този блок от блоковата схема на проектирания калиброващ генератор на правоъгълни импулси е основен, тъй като осигурява точност на задаване с кварцова стабилизация на генерираната поредица от правоъгълни импулси.Стабилността на честотата на генерираните правоъгълни импулси е един от най-важните параметри на устройството като цяло, поради което се обръща сериозно внимание при проектирането на този блок.

Изграждането на кварцово стабилизирания генератор може да стане чрез използване на дискретни елементи или цифрови интегрални TTL схеми.

Основен елемент е кварцовият резонатор (КР), той определя стабилна честота.

Кварцов резистор замества в схемите на мултивибраторите времезадаващия кондензатор. Той е естествена или синтетична кварцова пластина с подходящ срез, поставена в херметизиран корпус. При тези пластини се използва обратният пиезоефект. Подаването на ел. напрежение с определена честота към резистора, предизвиква механични трептения толкова по-силни, колкото по-близко е тази честота до собствената резонансна честота на кварцовата пластинка. По отношение на външната ел. верига механичния резонанс на кварца се проявява като електрически. Това дава основание кварцовата пластинка да се представя, като еквивалентен трептящ кръг с параметри характеризиращи самата пластинка: r_k, L_k, и С_k и капацитетът между пластинката и държателя С₀. Такъв двуполюсник се характеризира с последователен и паралелен резонанс.


При включването им към схемата кварцовите резонатори могат да бъдат настроени на честотата на един от тези два вида резонанс. Винаги трябва да се има в предвид, че резонатори построени за определен вид резонанс не могат да се използват в схеми с друг вид резонанс, тъй като ще се променят работната честота и условията на работа като цяло, възможно е и пълно спиране на работата на схемата.

Освен работна честота КР имат и определен спектър от странични резонансни честоти на паразитни трептения с различна интензивност. Независимо от това, че в предлаганите КР при фабричното им изпълнение се вземат всички възможни мерки за отстраняване на тази многочестотност на кварцовите пластини, при някои схеми е възможно генериране на импулси с честота хармонична на основната.

С_к = (0,01 ÷ 0,06) pF

L_k = (0,1 ÷ 100) H и повече

r_k - десетки или стотици ома (зависи от чистотата на обработка и начина на закрепване)

С₀ - паразитен капацитет на кварцодържателите на изводите

При последователен резонанс:

При използване на дискретни елементи може да се получи транзизторен мултивибратор с кварцова стабилизация на честотата, който има значително добри качества в сравнение с обикновените LC-генератори ( честотата на кварцовите генератори е с 10³ до 10⁵ по-стабилна в сравнение с честотата на LC-генератори при условие че мощността, разсейвана върху резонаторите, е малка – десетки микроватове). Изходното напрежение на тези кварцово стабилизирани генератори не надвишава 100mV. Практическата изработка на транзисторен мултивибратор с кварцова стабилизация на честотата често среща редица проблеми свързани със сложната изработка, габарити на схемата, настройката на схемата, стареенето на елементите (промяна на техните параметри с времето), влияние на температурата на околната среда и др.

Широкото приложение на кварцовите генератори в електронната техника е причина много фирми да предлагат готови модули на генератори с кварцов резонатор, затворени в един корпус. По този начин се опростява реализацията на схеми, изискващи включването на кварцов резонатор. Генераторите изпълнени като модул в един корпус могат да се получат със значително по-добри електрически и конструктивни параметри в сравнение с дискретните схеми. Постига се по-добра температурна стабилност на честотните трептения, както и по-малки размери на генераторите.

Предлагат се редица специализирани интегрални схеми с вграден кварцов резонатор известни още като кварцови генератори, управлявани с постоянно напрежение VCXO – Voltage-Controlled Crystal Oscillator. При този тип генератори честотата на изходния сигнал може да се изменя в определени граници чрез промяна на външно подадено постоянно напрежение, тоест това са преобразуватели на напрежение в честота имащи кварцова стабилизация. Примерни интегрални схеми от този тип са:

CD-700; ECV15; LM1500; MK3721, TCO-291J; VCXO-105N; MAX2605…2609.

Може да се използват и термостатирани кварцови генератори OCXO – Oven Controlled Crystal Oscillator, които са високопрецизни генератори поставени в миниатюрен термостат, при което температурата на кварца се изменя в границите на плюс минус 2°C за целия температурен обхват ( например от -20°C до +75°C ). Типични представители са следните интегрални схеми: 9140A; OC-260; TCO639E и OCXO-131A.

Използването на тези специализирани интегрални схеми е удобно, и може да се получи много добър кварцово стабилизиран генератор, но тяхната цена е висока и ще доведе до значително ускъпяване на проектът.

Принципна схема.

Главна особеност на тази схема е че трябва да се осигури съгласуване на твърде ниското входно съпротивление на логическия елемент с резонанстното съпротивление на кварцовия резонатор. Това обяснява използването предимно на последователен(сериен) резонанс. В този случай със съществено значение е собственото съпротивление r_k на кварцовя резонатор, което намялява с увеличаване на честотата на кварцовата пластинка. Мултивибратори с кварцова стабилизация на честотата и с TTL елементи се реализират трудно за ниски честоти ( най-често се ползва индиктивност – бобина ). Поради което е най-добре схемата да бъде оразмерена за честота f=1MHz.

Схемата е оразмерена оптимално за получаване на правоъгълни импулси с честота 1MHz.

В тази схема инверторите се поставят принудително в усилвателен режим посредством двата резистора, създаващи отрицателна обратна връзка по постоянно напрежение. Кварцът работи в сериен резонанс и не променя фазата, поради което поради което са необходими два инвертиращи елемента, за да се осигури необходимото условие за завъртане на фазата на 360°. Кондензаторът свързан последователно на кварцовия резонатор се използва за допълнителна донастройка на генерираната честота. Изходният кондензатор се поставя за подтискане на хармоничните на основната честота на кварца ( C₃=680/f , където C₃ се получава в pF, а честотата f е в MHz. В случая кондензаторът C₃=680/1 => C₃=680pF) . Третият инвертиращ елемент се използва за по-добро формиране на изходния сигнал, препоръчва се неговото използване.

Качествата на използваната схема са високи.

При повишаване на температурата схемата работи относително по-стабилно, ако захранващото напрежение е повишено и обратно.Влиянието на захранващото напрежение е твърде малко. В област от 4V до 6V честотното отклонение е 2.10^-4Hz/V ако захранващото напрежение се придържа в общоприетите граници от минус до плюс 5%, честотното отклонение е от минус до плюс 5.10^-7Hz/V. Основните причини за честотна нестабилност при промяна на захранващото напрежение не се дължът на кварца, който сам по себе си дава отклонение 1.10^-7Hz/V, а на схемата като цяло. Зависимоста междучестотната стабилност и работната температура е основен показател за качеството на работа на генератора. При понижаване на работната температура генерираната честота се повишава и обратно – при повишаване на работната температура честотното изместване е към по-ниски честоти.

Това е един от най-добрите варянти за кварцово стабилизиран генератор по-отношение на простота на схемата, лесно изпълнение, надежност, гъвкавост и цена.
б) Делители на честота ( броячи ) .
Получената на изхода на кварцово стабилизирания генератор поредица от правоъгълни импулси е със кварцово стабилизирана честота f=1MHz. Тази честота трябва да се раздели неколкократно до получаването на изходи: 1ms ,10ms , 100ms , 1s , 10s , 100s тоест това са съответно честоти 1KHz , 100Hz , 10Hz , 1Hz , 0.1Hz , 0.01Hz.

За целта може да се използва „комплекс” от няколко брояча с модул на броене 10 ( делители на честота на 10 ) на изходите, на които да се получат зададените честоти. Първоначално ще е наложи разделянето на честотата f=1MHz до f_{начална}=10КHz. Ще е необходимо извършването на 3 последователни деления на 10 на честотата f=1MHz за да се получи съответната f_{начална}=10КHz (f=1MHz / 10x10x10 => f_{начална}=10КHz).

Първите 3 десетични брояча в броячния комплекс ще са само „подготвителни”. Следващите броячи трябва да осигурят честотите 100Hz , 10Hz , 1Hz , 0.1Hz , 0.01Hz. Необходими са още 6 десетични брояча ( делители на 10 ) за да се получат изходите със съответната честота. На изходите на 6 от тези общо 9 брояча ( делители на честота на 10 ) на практика ще се получават правоъгълни импулси с необходимата зададена по условие честота ( период ). В крайна сметка се получават 6 работни изхода, в които се генерират правоъгълни импулси с честота съответно 100Hz , 10Hz , 1Hz , 0.1Hz , 0.01Hz ( периоди: 1ms ,10ms , 100ms , 1s , 10s , 100s ) , която е с висока стабилност определена от стабилността на кварцово стабилизирания генератор. Всяка една от тези 6 поредици правоъгълни импулси, трябва да се подава към чакащ мултивибратор (ЧМВ). За делител на честота на 10 се използва най-често тригерната структура – брояч на 10. Най-популярен брояч на 10 (делител на честота на 10) е многофункционалния брояч в интегрално TTL изпълнение 7490 (или 74LS190). Съществуват редица други специализирани интегрални схеми ( броячи ) чрез който да се получи делене на 10, но използването на 7490 е свързано с компактност, простота, необходим и достатъчен брой функции, мултифункционалност, ниска цена и др.
в) Връзка делител на честота с чакащ мултивибратор (ЧМВ).

Това коя от тези 6 поредици стабилни правоъгълни импулси да бъде подадена към входа на чакащия мултивибратор се определя от положението на ръчен механичен ключ ( комутатор ) с 6 положения, мултиплексор ползван в режим 6:1, система от аналогови ключове, вентили с отворен колектор и редица други решения.

Мултиплексорът (Multiplexer) е комбинационна логическа схема, която притежава няколко информационни входа и един изход. Управлява се от селекторен адрес, определящ кои от входовете на мултиплексора да бъдат допуснати до изхода му. При n адресни входа максималния брой информационни входове е m=2ⁿ . В интегрално изпълнение се предлагат мултиплексори с 1, 2 , 3 и най-много 4 адресни входа. В случая ще бъде необходим мултиплексор с n=3 адресни входа, тоест броят на информационните входове ще е m=2³=8.

Най-подходящо е използването на цифров мултиплексор 8:1 , който на практика ще се ползва като мултиплексор 6:1 ( два от входовете му ще бъдат неизползваеми ). Изборът на този вариянт би бил най-добър поради редица предимства пред другите вариянти - механичните превключватели имат ограничен „експлатационен живот”, те лесно се износват след определен период от време, могат да кородират под влияние на влага, да се износят по-бързо поради абразивно триене причинено от микрочастици

(прашинки) между контактните площи и редица други проблеми.

Цифровият TTL мултиплексор има редица предимства: по малки габарити в сравнение с механичня 6-позиционен превключвател, вътрешен монтаж, просто външно цифрово управление, евтин и достъпен вариянт.

Ще бъде използван мултиплексор 8:1 ( 8 входа и един изход ) , той има 3 адресни входа, чрез който в двойчен вид се „програмира” кой от изходите на блок-делители на честота да се свърже към чакащия мултивибратор. Цифровото управление на мултиплексора представлява проста система от резистори, захранващ източник ( който да осигури логическа „1” ) и маса

( точка с нулев потенциал която да гарантира осигуряването на логическа „0” ) .

Чакащите мултивибратори ( наричат се още моновибратори ) представляват моностабилни схеми, които притежават едно стабилно и едно нестабилно състояние. В стабилното си състояние тези схеми могат да стоят неограничено дълго време. Престояването им обаче в нестабилно състояние е за някакво определено от времезадаващата верига време. При постъпване на активен фронт на входен импулс те преминават от стабилното си състояние в нестабилно и след времето определено от времезадаващата верига се връщат в стабилното си състояние. При изграждане на чакащи мултивибратори най-често се използва комбинация от асинхронен RS-тригер и времезадаваща верига.

В проектираното устройство чакащият мултивибратор има калиброваща функция, тоест подадените му на входа правоъгълни импулси с даден период (честота), трябва задължително на изхода му да притежават строго определен период, по задание фиксираната продължителност на калибрираните импулси е t_k=1uS. Тоест необходим ни е чакащ мултивибратор времезадаващата верига, на който да осигури на изхода му правоъгълни импулси с фиксирана продължителност t_k=1uS.

Изборът на чакащ мултивибратор е свързан с редица изисквания. При изграждането на ЧМВ може да се използват дискретни елементи, операционен усилвател, TTL, CMOS технология и др. Изграждането на мултивибратори по един от горе посочените вариянти често е свързано с редица ограничения по отношение на използваните времезадаващи елементи, изисквания продължителността на пусковия сигнал да бъде по кратка от продължителността на импулса който ще се генерира, изисквания към схемното изпълнение и др.

В проектът взаимозаменяемо може да се използват специализирани за синтез на чакащи мултивибратори TTL или CMOS интегрални схеми. За предпочитане е да се използва един от тези варянти за реализация на чакащия мултивибратор, поради по-малки размери, по-малко ограничения по отношение на времезадаващи елементи и продължителност на пусковия импулс, по-лесна настройка, икономически предпоставки и др. Освен това специализираните TTL или CMOS интегрални схеми за получаване на чакащи мултивибратори предлагат и редица други възможности – схемите имат входове за задействане, както по положителен така и по отрицателен фронт на входния импулс; схемите притежават прав и инверсен изход; някои чакащи мултивибратори имат и нулиращ вход, наличието на определен потенциал на този вход задържа безусловно чакащия мултивибратор в изходното му състояние, а подаването на импулс на същия вход по време на генерирането на изходния импулс прекратява последния.

Интегралните чакащи мултивибратори имат таблица на истинност незпазването, на която би довело до неработно състояние на чакащия мултивибратор. Важна особеност също е външното включване на времезадаващите елементи, което позволява лесна настройка на необходимата продължителност на генерирания на изхода правоъгълен импулс. Типични представители на интегрални чакащи мултивибратори са интегрални схеми: 74121, 74122, 74123, 74221, К155АГ и др.

Чакащ мултивибратор бързо, лесно и с висок успех може да се изгради и с помоща на таймер 555.

За проектът използването на TTL интегрална схема 74123 ще осигури използването на голям набор от възможности по отношение на задействането по преден и заден фронт на входния импулс, наличието на прав и инверсен изход, възможност за получаване на изхода на правоъгълни импулси с фиксирана продължителност 1us (при стандартни по стойност елементи – резистор и кондензатор).

Основните функции на буферните схеми са свързани с необходимостта от голяма мощност, за да се ускори разпространението на сигналите по съединителните шини и управлението на тези шини в системите с магистрална структура. Буферите се разделят на три вида: входни, изходни, комбинирани - двупосочни (входно-изходни), със запомнящи елементи (тригери) и т.н.

Буферите намират широко приложение в електрониката главно за преобразуване от едно стандартно логическо ниво в друго, за коригиране на изкривен сигнал във форма, близка до идеалната, за усилване по мощност на сигнали. Последното свойство на буферите определя големите им размери, поради което те обикновено се изграждат самостоятелно.

В курсовата задача се използва свойството на буферите да осигуряват по-голяма мощност. Тоест буферите имат за цел да осигурят по-голяма товароспособност на изхода на даденото устройство. В случая номиналното натоварване на изхода трябва да е 30 TTL входа.

2.1) Избор на интегрални схеми (ИС).

2.2) Вътрешна структура, изводи, таблица на истинност, корпус, електрически спецификация и импулсни параметри на използваните интегрални схеми.

2.3) Изчислителна записка за дискретни външни компоненти.

2.4) Таблица за функционална класификация.

2.5) Описание действието на схемата.

2.1) Избор на интегрални схеми (ИС).

2.2) Вътрешна структура, изводи, таблица на истинност, корпус, електрически спецификация и импулсни параметри на използваните интегрални схеми.

В първа точка бе изяснена основната идея при избора на необходимите интегрални схеми – компактност, консумация, бързодействие, необходим и достатачен брой функции, лесна реализация и настройка, ниска цена и т.н.

а) Блок 1 - Кварцово стабилизиран генератор:

За изграждането на този блок е необходима една цифрова TTL интегрална схема която съдържа поне 3 инвертиращи логически елемента (NOT).

Избираме интегрална схема 74LS04:

LS (Low Power Shottky) – технология с високо бързодействие, ниска консумация, перфектни изходни сигнали (нива).

- Вътрешна структура


- Изводи



- Таблица на истинност





- Корпус


- Електрически спецификация и импулсни параметри
Интегрална схема 74LS04 има следните характеристики при захранване Vcc=5V и температура на околната среда 25ºC:

• 
  минимална стойност на входното напрежение при високо ниво
  

(HIGHT Level Input Voltage): V_IH=2V;

• 
  максимална стойност на входното напрежение при ниско ниво (LOW Level Input Voltage): V_IL =0,8V;
  
• 
  минимална стойност на изходното напрежение при високо ниво (HIGHT Level Output Voltage): V_OH =2,7V;
  
• 
  максимална стойност на изходното напрежение при ниско ниво (LOW Level Output Voltage): V_OL =0,5V;
  

• 
  максимална стойност на входния ток при високо ниво
  

(HIGHT Level Input Current): I_IH =20uA;

• 
  максимална стойност на входния ток при ниско ниво
  
• 
  (LOW Level Input Current): I_IL=-0,36mA;
  
• 
  максимална стойност на изходния ток при високо ниво (HIGHT Level Output Current): I_OH=-0,4mA;
  
• 
  максимална стойност на изходния ток при ниско ниво
  

(LOW Level Output Current): I_OL=8mA;

• 
  захранващ ток при ниско и високо ниво
  

(Supply Current with Outputs Hight/Low) Icc_H=2,4mA Icc_L= 6,6mA;

• 
  закъснение на положителния фронт на импулсен сигнал (време на включванe) Propagation Delay Time Low to Hight Level Output: t_PLH=15ns;
  
• 
  закъснение на отрицателния фронт на импулсен сигнал (време на изключване)Propagation Delay Time Hight to Low Level Output t_PHL=15ns;
  

б) Блок 2 – Делители на честота ( броячи ):

За изграждането на този блок са необходими общо 9 брояча на 10.
Избираме интегрална схема 74LS90

LS (Low Power Shottky) – технология с високо бързодействие, ниска консумация, перфектни изходни сигнали (нива).

- Вътрешна структура


- Изводи

- Таблици на истинност



- Корпус


- Електрически спецификация и импулсни параметри
Интегрална схема 74LS90 има следните характеристики при захранване Vcc=5V и температура на околната среда 25ºC:

• 
  минимална стойност на входното напрежение при високо ниво
  

(HIGHT Level Input Voltage): V_IH=2V;

• 
  максимална стойност на входното напрежение при ниско ниво (LOW Level Input Voltage): V_IL =0,8V;
  
• 
  минимална стойност на изходното напрежение при високо ниво (HIGHT Level Output Voltage): V_OH =2,7V;
  
• 
  максимална стойност на изходното напрежение при ниско ниво (LOW Level Output Voltage): V_OL =0,5V;
  

• 
  максимална стойност на входния ток при високо ниво
  

(HIGHT Level Input Current): I_IH =20uA, 40uA, 80uA;

• 
  максимална стойност на входния ток при ниско ниво
  
• 
  (LOW Level Input Current): I_IL=-0,4mA, -2,4mA, -3,2mA;
  
• 
  максимална стойност на изходния ток при високо ниво (HIGHT Level Output Current): I_OH=-0,4mA;
  
• 
  максимална стойност на изходния ток при ниско ниво
  

(LOW Level Output Current): I_OL=8mA;

• 
  ток на консумация от захранващия източник
  

(Input Current) I_CC=15mA.

• 
  закъснение на положителния фронт на импулсен сигнал (време на включванe) Propagation Delay Time Hight to Low Level Output: t_PLH=48ns(CP0 to Q3);
  
• 
  закъснение на отрицателния фронт на импулсен сигнал (време на изключване) Propagation Delay Time Low to Hight Level Output t_PHL=50ns(CP0 to Q3);
  

в) Блок 3-Връзка делител на честота с чакащ мултивибратор (ЧМВ).

За изграждането на този блок е необходима една цифрова TTL интегрална схема която представлява мултиплексор 8:1.

Избираме интегрална схема 74151(2 мултиплексора в един корпус)

- Вътрешна структура


- Изводи


- Таблици на истинност




- Корпус


- Електрически спецификация и импулсни параметри

Интегрална схема 74151 има следните характеристики при захранване Vcc=5V и температура на околната среда 25ºC:

• 
  минимална стойност на входното напрежение при високо ниво
  

(HIGHT Level Input Voltage): V_IH=2V;

• 
  максимална стойност на входното напрежение при ниско ниво (LOW Level Input Voltage): V_IL =0,8V;
  
• 
  минимална стойност на изходното напрежение при високо ниво (HIGHT Level Output Voltage): V_OH =2,4V;
  
• 
  максимална стойност на изходното напрежение при ниско ниво (LOW Level Output Voltage): V_OL =0,4V;
  

• 
  максимална стойност на входния ток при високо ниво
  

(HIGHT Level Input Current): I_IH =40uA;

• 
  максимална стойност на входния ток при ниско ниво
  
• 
  (LOW Level Input Current): I_IL=-1,6mA;
  
• 
  максимална стойност на изходния ток при високо ниво (HIGHT Level Output Current): I_OH=-0,8mA;
  
• 
  максимална стойност на изходния ток при ниско ниво
  

(LOW Level Output Current): I_OL=16mA;

• 
  ток на консумация от захранващия източник
  

(Input Current) I_CC=48mA.

• 
  закъснение на положителния фронт на импулсен сигнал (време на включванe) Propagation Delay Time Hight to Low Level Output: t_PLH=38ns(Select to Y); 26ns(W); ………
  
• 
  закъснение на отрицателния фронт на импулсен сигнал (време на изключване) Propagation Delay Time Low to Hight Level Output t_PHL=30ns(Select to Y); 30ns(W); ............
  

г) Блок 4 – Чакащ мултивибратор:

За изграждането на този блок е необходима една цифрова TTL интегрална схема която представлява чакащ мултивибратор изискващ включване на времезадаващи елементи за да се получи на изхода му поредица от правоъгълни импулси с период 1us.

Избираме интегрална схема 74LS123

LS (Low Power Shottky) – технология с високо бързодействие, ниска консумация, перфектни изходни сигнали (нива).

- Вътрешна структура и изводи



- Таблици на истинност

- Корпус




- Електрически спецификация и импулсни параметри
Интегрална схема 74LS123 има следните характеристики при захранване Vcc=5V и температура на околната среда 25ºC:

• 
  минимална стойност на входното напрежение при високо ниво
  

(HIGHT Level Input Voltage): V_IH=2V;

• 
  максимална стойност на входното напрежение при ниско ниво (LOW Level Input Voltage): V_IL =0,8V;
  
• 
  минимална стойност на изходното напрежение при високо ниво (HIGHT Level Output Voltage): V_OH =2,7V;
  
• 
  максимална стойност на изходното напрежение при ниско ниво (LOW Level Output Voltage): V_OL =0,5V;
  

• 
  максимална стойност на входния ток при високо ниво
  

(HIGHT Level Input Current): I_IH =20uA;

• 
  максимална стойност на входния ток при ниско ниво
  
• 
  (LOW Level Input Current): I_IL=-0,4mA;
  
• 
  максимална стойност на изходния ток при високо ниво (HIGHT Level Output Current): I_OH=-0,4mA;
  
• 
  максимална стойност на изходния ток при ниско ниво
  

(LOW Level Output Current): I_OL=8mA;

• 
  ток на консумация от захранващия източник
  

(Supply Current) I_CC=20mA.

• 
  закъснение на положителния фронт на импулсен сигнал (време на включванe) Propagation Delay Time Low to Hight Level Output: t_PLH=33ns(A to Q); t_PLH=44ns(B to Q);
  
• 
  закъснение на отрицателния фронт на импулсен сигнал (време на изключване)Propagation Delay Time Hight to Low Level Output t_PHL=45ns(A to Q); t_PHL=56ns(B to Q);
  

д) Блок 5 - Буфери:

Избираме интегрална схема 74LS244(8 в един корпус)

- Вътрешна структура

- Изводи



- Таблици на истинност

- Корпус




- Електрически спецификация и импулсни параметри
Интегрална схема 74LS244 има следните характеристики при захранване Vcc=5V и температура на околната среда 25ºC:

• 
  минимална стойност на входното напрежение при високо ниво
  

(HIGHT Level Input Voltage): V_IH=2V;

• 
  максимална стойност на входното напрежение при ниско ниво (LOW Level Input Voltage): V_IL =0,8V;
  
• 
  минимална стойност на изходното напрежение при високо ниво (HIGHT Level Output Voltage): V_OH =2,4V;
  
• 
  максимална стойност на изходното напрежение при ниско ниво (LOW Level Output Voltage): V_OL =0,5V;
  

• 
  максимална стойност на входния ток при високо ниво
  

(HIGHT Level Input Current): I_IH =20uA;

• 
  максимална стойност на входния ток при ниско ниво
  
• 
  (LOW Level Input Current): I_IL=-0,2mA;
  
• 
  максимална стойност на изходния ток при високо ниво (HIGHT Level Output Current): I_OH=-0,3mA;
  
• 
  максимална стойност на изходния ток при ниско ниво
  

(LOW Level Output Current): I_OL=24mA;

• 
  захранващ ток при ниско и високо ниво и високо импедансно състояние
  

(Supply Current with Outputs Hight/Low , all outputs off) Icc_H=27mA Icc_L= 46mA; Icc_z= 46mA;

• 
  закъснение на положителния фронт на импулсен сигнал (време на включванe) Propagation Delay Time Low to Hight Level Output: t_PLH=18ns;
  
• 
  закъснение на отрицателния фронт на импулсен сигнал (време на изключване)Propagation Delay Time Hight to Low Level Output t_PHL=18ns;
  

2.3) Изчислителна записка за дискретни външни компоненти.

а) Изчислителна записка за блок 1- кварцово стабилизиран генератор.

Нека честотата генерирана от кварцово стабилизирания генератор е 1MHz.

Главна особеност на тази схема е че трябва да се осигури съгласуване на твърде ниското входно съпротивление на логическия елемент с резонанстното съпротивление на кварцовия резонатор. Схемата е оразмерена оптимално за получаване на правоъгълни импулси с честота 1MHz.

В тази схема инверторите се поставят принудително в усилвателен режим посредством двата резистора, създаващи отрицателна обратна връзка по постоянно напрежение. Кондензаторът свързан последователно на кварцовия резонатор се използва за допълнителна донастройка на генерираната честота, той се избира произволно от порядъкана пикофаради. Изходният кондензатор се поставя за подтискане на хармоничните на основната честота на кварца ( C₃=680/f , където C₃ се получава в pF, а честотата f е в MHz. В случая кондензаторът C₃=680/1 => C₃=680pF) . Третият инвертиращ елемент се използва за по-добро формиране на изходния сигнал, препоръчва се неговото използване.

Избираме:

КР 1MHz (КВАРЦ 100KHZ)

R1=240Ω (RW6MF 240R 1% ; resistor metal film 0.6W(2.5x6.8) 1% 50ppm 240R)

R2=240Ω (RW6MF 240R 1% ; resistor metal film 0.6W(2.5x6.8) 1% 50ppm 240R)

C1=10nF ( C0805 10pF 50V C0G SAMSUN; 10pF 50V C0G +-0.5pF )

C2=100pF ( CD 100pF 50V NP0 SUNTAN; 100pF 50V NP0 +-5%)

C3=680pF (C0805 680pF 50V C0G SAMSU; 680pF 50V C0G +-5%)

б) Изчислителна записка за блок 3- чакащ мултивибратор.

За интегрална схема 74LS123 времезадаващите елементи са R_EXT и C_{EXT .}

Ограничения за R_EXT : 5К< R_EXT <50К

Ограничения за C_EXT : без ограничение _x uF

Продължителността на формираният импулс се определя от формулата:

t_и=0,32R_EXTC_EXT (1+0,7/R_EXT)

Тук съпротивлението на резистора R е в килооми, капацитетът на кондензатора С в пикофаради, а продължителността на изходния импулс t_и се получава в наносекунди.

Избираме:
C_EXT=100pF

( CD 100pF 50V NP0 SUNTAN; 100pF 50V NP0 +-5%)

R_EXT=33K

(RW25MF 33K 1% Uni ohm; resistor metal film 1/4W(2.5x6.8)1% 50ppm 33K)

При така избраните стойности на времезадаващите елементи се получава продължителност на импулса:

t_и= 0,32x33x100 (1+0,7/33) = 1078.4 ns = 1,0784 us

2.4) Таблица за функционална класификация.

Въз основа на избраните интегрални схеми се прави следната таблица на функционална класификация.

№	ИС	Функц. клас.	Функция	Обозначение	Забел.
1	IC1	Hex Inverting Gates	Кварцово стабилизиран генератор	DM74LS04
2	IC2 IC10	DECADE COUNTER; DIVIDE-BY-TWELVE COUNTER; 4-BIT BINARY COUNTER	Двоичен брояч на 10 (делител на честота на 10 )	74LS90
3	IC11	Data Selectors/Multiplexer	Превключвател (цифрово управление на комутация)	DM74151A
4	IC12	Dual Retriggerable One-Shot with Clear and Complementary Outputs	Чакащ мултивибратор	DM74LS123
5	IC13	4 Повторителя с 3 изходни състояния	Изходен буфер	М74LS244P

2.5) Описание действието на схемата.

Съвместната работа на избраните интегрални схеми е следната:

От кварарцово стабилизирания генератор на правоъгълни импулси реализиран с интегрална схема 74LS04 се получава поредица от стабилни правоъгълни импулси с честота 1MHz. Тази поредица от правоъгълни импулси с честота 1MHz се подава на входа на комплекса от 9 последователно свързани брояча на 10(делители на честота на 10). Този комплекс от броячи е синтезиран от 9 интегрални схеми 74LS90. Първите 3 брояча делят честотата до 1KHz , следващите 6 брояча делят последователно честотата 1KHz и на изходите им се получават съответно

100Hz , 10Hz , 1Hz , 0.1Hz , 0.01Hz ( периоди: 1ms ,10ms , 100ms , 1s , 10s , 100s ). Чрез цифрово управление на мултиплексора 8:1 - 74151 се определя кой от тези 6 изхода да бъде свързан към входа на чакащия мултивибратор. Ако на адресните(селективните) входове C, B, A бъде подаден цифров код 000 към изхода на мултиплексора W се пропуска сигналът от информациония вход D0. Ако на адресните(селективните) входове C, B, A бъде подаден цифров код 001 към изхода на мултиплексора W се пропуска сигналът от информациония вход D1 аналогично се допускат сигналите от D2 до D5 към изхода W на мултиплексора. Подаването на двоичен код 110 и 111 на адресните входове няма да доведе до никакъв ефект тъй като на информационните входове D6 и D7 не се подава никакъв сигнал.

Подаденият към чакащият мултивибратор сигнал от мултиплексора задейства по активен (нарастващ) фронт чакащият мултивибратор. На изхода на чакащия мултивибратор се получава калибриран импулс с продължителност 1us която се определя от времезадаващата верига R_EXT и C_EXT. Разстоянието между тези правоъгълни импълси, и по точно периодът на правоъгълните импулси се определя от това кой от изходите на блока с броячи е допуснат от мултиплексора към входа на чакащия мултивибратор е От изхода на чакащият мултивибратор сигналът е подаден на входа на буферния комплекс предвиден да подържа 30 TTL входа.

3) Изисквания към захранващият модул.

3.1) Изчислителна записка за консумирана мощност, стойност и стабилизация на захранващото напрежение, защита по ток и напрежение.

Захранващият модул няма да е обект на подробни изчисления.

Интегралните схеми имат необходимост от захранващо напрежение, чиято номинална стойност е Vcc=5V. Допустимите отклонения на захранващото напрежения от номиналната му стойност, при които интегралните схеми ще работят надеждно са съответно минимум Vcc_min=4,75V и максимум Vcc_max=5,25V

Избираме захранващ модул с напрежение Ucc = 5V. Допустимото отклонението от тази номинална за интегралните схеми стойност трябва да е ±5%. Тоест необходим е стабилизатор, който да осигури зададените изисквания за нормална работа на интегралните схеми и на устройството като цяло имащ изходно напрежение Ucc = 5V±5%. Токът осигурен от захранващият блок трябва да е приблизително 200mA(или 500mA).

Защитата по ток и напрежение е препоръчителна, но в случая не е задължителна.
Тока консумиран от захранващия източник е сума от токовете, консумирани от всяка интегрална схема.

I_CC=I_CC74LS04+I_CC74LS90+I_CC74151+I_CC74LS123+8.I_CC74LC244=

=6,6mA+15mA+48mA+20mA+8.46mA= 457,6mA

Мощността консумирана от устройството е P=Icc.Vcc=2288mW

4. Скица на устройството и външни връзки


Използвана литература:

1. 
   Цифрова схемотехника – професор доц. д-р инж. Георги Сл. Михов, Технически Университет-София.
   
2. 
   Наръчник по приложение на TTL и CMOS интегрални схеми – Еберхард Кюн, Техника-София
   
3. 
   www.google.com , www.datasheetcatalog.com
   

Каталог: files -> files
files -> Р е п у б л и к а б ъ л г а р и я
files -> Дебелината на армираната изравнителна циментова замазка /позиция 3/ е 4 см
files -> „Европейско законодателство и практики в помощ на добри управленски решения, която се състоя на 24 септември 2009 г в София
files -> В сила oт 16. 03. 2011 Разяснение на нап здравни Вноски при Неплатен Отпуск ззо
files -> В сила oт 23. 05. 2008 Указание нои прилагане на ксо и нпос ксо
files -> 1. По пътя към паметник „1300 години България
files -> Георги Димитров – Kreston BulMar
files -> В сила oт 13. 05. 2005 Писмо мтсп обезщетение Неизползван Отпуск кт

Изтегляне 257.16 Kb.

Сподели с приятели: