МИНИСТЕРСТВО КУЛЬТУРЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ»

--------------------------------------------------------------------------------------------------

Факультет технологий кино и телевидения

Кафедра видеотехники

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине «Цифровые устройства и микропроцессоры»

на тему Программируемый формирователь последовательности

импульсов с цифровой индикацией количества

импульсов в последовательности.

Студент: Топорков П. С группа 7011

Преподаватель: доц. Белозерцев А.В., к.т.н.

Санкт-Петербург

2012

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка представлена на 29 листах формата А4. Помимо текста, описывающего принципы разработки и функционирования проектируемого устройства, она содержит 9 рисунков. Кроме того, прилагается таблица и 3 чертежа по ГОСТ.

1

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ……………………………………………3

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………....4

1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ…………………………...7

2 РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ…………………………………………………………………..11

2.1 Блок вормирования импульса запуска………………………11

2.2 Блок настройки………………………………………………..13

2.3 Цифровой программируемый ждущий мультивибратор…..16

2.4 Блок индикации……..…………………………………………18

2.5 Временные диаграммы………………………………………..20

3 ТРЕБОВАНИЯ К ИСТОЧНИКУ ПИТАНИЯ………………………..22

4 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА…………………...23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………..24

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………..25

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МИКРОСХЕМ……………………………………………………………26

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ТАБЛИЦА ЗНАЧЕНИЙ СИГНАЛОВ ВЫХОДОВ УЗЛОВ ФОРМИРОВАТЕЛЯ……………………………………………………..27

2

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

№ варианта – 115.

Тема:

Программируемый формирователь последовательности импульсов с цифровой индикацией количества импульсов в последовательности

Исходные данные:

Входной запускающий сигнал ТТЛ уровней положительной полярности длительностью 6 мкс. Тактовая частота 1,5 МГц. Количество импульсов в последовательности 4 .. 256 с шагом 4.

3

ВВЕДЕНИЕ

Проектируемое устройство в готовом виде представляет собой отдельный прибор, основной функцией которого является формирование последовательности импульсов заданной частоты.

Длительность этой последовательности варьирует в пределах, обозначенных в техническом задании. Кроме того, задан шаг, то есть количество элементов последовательности в любом из возможных вариантов должно быть кратно определённому целому числу, являющемуся, по условию, минимальным допустимым ненулевым числом импульсов в последовательности. Другими словами, мы должны получить аппарат, при работе которого на выходе получается определенный результат, являющийся элементом дискретного множества (конечного набора) возможных случаев, выбор между которыми определяет пользователь.

Последовательность импульсов, согласно заданию, прибор выдает по сигналу запуска, следовательно, подразумевается наличие механизма подачи такого сигнала (в нашем случае - это кнопка). Помимо этого, условие регламентирует длительность этого сигнала, то есть необходим, как минимум, еще один, правда, более простой формирователь одиночного импульса в составе разрабатываемого. Сигнал запуска подается пользователем в произвольный момент времени.

Это значит, что он инициируется вне зависимости от тактовой частоты устройства, однако должен быть синхронизирован с ней сразу после своего появления, то есть формироваться по первому же тактовому импульсу после нажатия кнопки и, так как его длительность определена заданием, автоматически прекращаться по прошествии некоторого числа тактов. ( условие сформулировано иначе – длительность импульса запуска задана в абсолютных единицах времени - , но она кратна целому числу тактов, что нетрудно

4

показать с помощью несложных расчетов: тактовая частота – 1,5 МГц, следовательно, период одного такта равен 1/f =2/3 мкс, длительность импульса запуска – 6 мкс, значит, он существует в течении ровно 9 тактов ).

Длительность самой формируемой последовательности и количество импульсов в ней определяется предварительной настройкой прибора , осуществляемой пользователем , однако количество возможных вариантов настройки, как уже было сказано выше, конечно. Таким образом, перед запуском формирователя пользователь должен произвести некоторое количество переключений между дискретными значениями, работу с которыми предполагает данное устройство. Интерфейс взаимодействия с пользователем будет выполнен в виде блока индикации, который предназначен для отображения количества импульсов в последовательности. Установку этого количества и осуществляет пользователь путем переключения между дискретными настройками, причем индикация этого количества осуществляется сразу же при выборе нужного варианта, то есть до формирования сигнала запуска и самой последовательности.

Это и дает пользователю возможность получить информацию о выбранном варианте и управлять поведением прибора.

Переключения между вариантами, как и подача стартового импульса, будет осуществляться кнопкой. Количество нажатий этой кнопки будет определять вариант последовательности. Акцентирую внимание на следующей особенности прибора: “нулевого” варианта, то есть настройки, при которой после нажатия кнопки на выходе устройства не появится импульсов вообще, в прибор “вшито” не будет. Это обусловлено, во-первых, отсутствием целесообразности ( чтобы получить “ноль” импульсов на выходе можно просто не нажимать кнопку), во-вторых, устным пояснением преподавателя и, в-третьих, самим заданием, где нижний предел дискретного множества вариантов определен как натуральное число, являющееся, в то же время, шагом. Не

5

смотря на это в наш век цифровой техники пользователю привычно иметь полную ( универсальную ) картину настроек, независимо от ее практической применимости, поэтому считаю уместным сделать этот комментарий.

Все описанные ниже блоки обособлены друг от друга на условно-логическом уровне, пространственно-физически они могут быть как частью одной микросхемы, так и, например, состоять из нескольких готовых стандартных микросхем; отдельные элементы одной микросхемы могут находиться в составе различных блоков устройства и, наоборот, элементы разных готовых микросхем могут объединяться одним блоком устройства. Эта внутренняя структурная иерархия строится на электрических соединениях и обусловлена рациональностью использования элементов схем и максимально возможной компактностью прибора в целом.

Физически все детали, увязанные воедино путем электрических соединений и представляющие своей совокупностью работоспособную систему, располагаются в твердом корпусе, имеющей форму прямоугольного параллелепипеда. На передней панели корпуса находятся кнопка включения/выключения питания, кнопка подачи сигнала запуска, кнопка настройки и цифровые светодиодные индикаторы. На задней панели выполнен разъем для подключения источника питания (постоянное напряжение величиной 5В).

6

1 Разработка структурной схемы

Основные узлы (блоки) проектируемого устройства и их назначение.

Блок формирования импульса запуска. Предназначен для приема команды пользователя к формированию последовательности и генерации стартового импульса положительной полярности длительностью 6 мкс ( по условию ). Включает в себя кнопку запуска, схему устранения вибрации механических контактов (“дребезга”) и непосредственно формирователь импульса.*

Блок настройки. Предназначен для установки пользователем длительности последовательности выходных импульсов (их количества в одной сформированной последовательности). Включает в себя кнопку настройки, схему антидребезга, счетчик числа нажатий и 2 преобразователя кода для обеспечения логической связи с блоком индикации и цифровым программируемым ждущим мультивибратором.

Цифровой программируемый ждущий мультивибратор. Предназначен непосредственно для генерации выходной последовательности. Основан на счетчиках, также включает в себя схему временной селекции (стробирования), преобразующую сгенерированный одиночный импульс длительностью в несколько тактов в последовательность импульсов, количество которых определяется числом тактов в одиночном импульсе.

Блок индикации. Служит для отображения в десятичном представлении заданного количества импульсов выходной последовательности. Состоит из нескольких (в нашем случае – трех; количество определяется разрядностью десятичного числа, выражающего максимальное количество импульсов выходной последовательности ( по условию – 256)) семисегментных индикаторов.

Генератор тактовой частоты. Нужен для синхронизации работы всех блоков устройства. Формирует тактовые импульсы определенной частоты

7

(по условию – 1,5 МГц).

Более подробно устройство каждого из блоков будет рассмотрено в разделе описания принципиальной схемы.

Структурная схема устройства наглядно описывает совокупность всех его блоков и взаимосвязи между ними. Она предназначена для того, чтобы дать общее представление об узлах прибора и принципах их слаженного взаимодействия.

Рисунок 1 – Обобщенная структурная схема устройства

Элементы представленной на рис. 1 структурной схемы накапливают информацию и обмениваются ею между собой по алгоритму, описанному ниже.

Блок настройки после установки пользователем в определенное со

8

стояние несет сведения о параметрах генерируемой последовательности импульсов ( их количестве и длительности самой последовательности). При этом данные, засчёт работы встроенных преобразователей кодов, представляются в двух различных видах: один – для передачи в блок индикации, а другой – на ЦПЖМ. Для блока индикации важна информация о количестве импульсов, которую он и отображает; мультивибратор же, адекватно его внутреннему устройству, рассмотренному в следующих разделах, пропускает её через себя косвенно. Для работы ЦПЖМ более важна длительность сплошного одиночного импульса, генерируемого им, выраженная в тактах, и лишь после формирования этого импульса он, с помощью встроенной в ЦПЖМ же схемы стробирования, будет разделен на более короткие импульсы тактовой частоты. Таким образом, функциями блока настройки являются получение от пользователя и хранение информации о результирующей последовательности импульсов и её передача в блок индикации и ЦПЖМ в соответствующих видах.

Блок индикации получает от блока настройки данные о формируемой последовательности и отображает ее в виде десятичного числа разрядностью от1 до 3 (согласно условию).

Блок формирования импульса запуска по команде пользователя (по фронту сигнала положительной полярности, полученного от кнопки) с помощью встроенного счетчика с предустановленным постоянным начальным значением генерирует одиночный стартовый импульс определенной длительности ( по условию – 6 мкс, или 9 тактов). Тактовая частота подается с соответствующего узла.

ЦПЖМ, как уже было сказано, получает преобразованные в нужный формат данные от блока настройки и, по сигналу запуска, генерирует определяемую ими последовательность импульсов. При этом работа ЦПМЖ синхронизируется тактовой частотой лишь с блоком формирования импульса запуска. ЦПМЖ не хранит информацию о последовательности, а “забирает”

9

её из блока настройки по стартовому сигналу.

Генератор тактовой частоты осуществляет функцию “часов”, по которым работают другие блоки. Он обеспечивает скоординированное взаимодействие блока формирования импульса запуска и ЦПЖМ. Блок настройки и блок индикации функционируют в асинхронном режиме, поэтому на них тактовая частота не подается.

Примечание: В идеальном варианте блок формирования импульса запуска должен включать в себя схему регистрации коротких импульсов, так как если временной интервал удержания кнопки будет меньше периода тактового импульса и фронт тактового импульса не совпадет с ним, то устройство пропустит команду пользователя и никак на неё не отреагирует. Однако, учитывая ничтожность длительности такта ( 2/3 мкс ) по сравнению с практически осуществимым коротким нажатием кнопки запуска, мы позволим себе не включать в проект дополнительные элементы, считая интервал удержания кнопки пользователем по умолчанию большим периода тактовых импульсов.

10