Аннотация

Объектом изучения в курсовой работе является проектирование систем управления на базе цифровых микросхем серии КР1533. Курсовой проект состоит из разработки структурной схемы, принципиальной схемы устройства ввода/вывода на базе микросхем КР1533, а так же включает в себя графическое приложение. Приложение состоит из структурной схемы и принципиальной схемы устройства с перечнем элементов, входящих в схему, в соответствии с требованиями ЕСКД. Изучение микросхем проводится путем изучения справочной информации в справочниках, а также с помощью программы «КР1533 справочника-эмулятора». Для проектирования и анализа работы применяются программы «NIMultisim11», для эмуляции «Справочник-эмулятор микросхем серии КР1533», для составления схемы в соответствии с требованиями ЕСКД – «КомпасV13».

Курсовой проект содержит: 27 страниц пояснительной записки, 2 чертежа, 6 рисунков и 6 таблиц.

Оглавление

Введение 6

1Разработка структурной схемы 7

2Разработка принципиальной электрической схемы модуля 10

3Расчетная часть проекта 11

3.1Расчет временных задержек 11

3.2Расчет нагрузочных резисторов 12

3.3Выбор резисторов на генераторе 12

3.4Расчет усилителя 13

3.5Расчет фильтра питающего напряжения 15

4Моделирование системы ввода/вывода 19

4.1Моделирование схемы входных и выходных регистров 19

4.2Моделирование счетчика 22

4.3Моделирование усилителя 25

Заключение 26

Список литературы 27

Введение

Темой курсового проекта является «Модуль ввода/вывода аналоговых, дискретных и цифровых сигналов». Данный модуль на сегодняшний день получил широкое распространение во всех отраслях промышленности. Так же данный прибор широко применяется в области автоматизации, так как осуществляет преобразование сигналов, согласование сигналов между приборами и микросхемами, а это в свою очередь является неотъемлемой частью процесса автоматизации.

Целью работы является проектирование модуля ввода/вывода аналоговых, дискретных и цифровых сигналов. Данный модуль предназначен для сбора данных со встроенных дискретных и аналоговых входов с последующей их передачей в сеть и управления встроенными дискретными вычислительными элементами, используемыми для подключения исполнительных механизмов с дискретным  управлением, по сигналам из сети или в зависимости от состояния дискретных входов.

В ходе курсового проектирования необходимо изучить аналоговые схемы, цифровые микросхемы серии КР1533 для их использования при проектировании систем управления, закрепить навыки проектирования цифровых устройств, изучить стандарты по изображению принципиальных электрических схем цифровой техники, а так же получить навыки по расчетам элементов схем. Для этого поставлены задачи: разработка структурной схемы, разработка принципиальной схемы, расчет нагрузочных элементов, моделирование системы в среде Multisim.

1. Разработка структурной схемы

Проектируемая МПСУ предназначена для сбора данных со встроенных дискретных и аналоговых входов с последующей их передачей в сеть и управления встроенными дискретными вычислительными элементами, используемыми для подключения исполнительных механизмов с дискретным  управлением, по сигналам из сети или в зависимости от состояния дискретных входов.

В состав структурной схемы входят:

• входные/выходные регистры;

• счетчики;

• генератор;

• аналогово-цифровой преобразователь;

• цифро-аналоговый преобразователь.

Шина данных

Шина данных - шина, предназначенная для передачи информации. В компьютерной технике принято различать выводы устройств по назначению: одни для передачи информации (например, в виде сигналов низкого или высокого уровня), другие для сообщения всем устройствам (шина адреса) — кому эти данные предназначены. Основной характеристикой шины данных является её ширина в битах. Ширина шины данных определяет количество информации, которое можно передать за один такт.

В данной работе используется 16-разрядная шина данных (DAT15-DAT0).

Шина адреса

Шина адреса  —  шина, используемая центральнымпроцессоромили устройствами, способными инициироватьрежим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью без участия процессора, для указания физического адреса слова (или начала блока слов)ОЗУ(оперативной памяти), к которому устройство может обратиться для проведения операции чтения или записи. Основной характеристикой шины адреса является её ширина вбитах. Ширина шины адреса определяет объём адресуемой памяти.

В данной работе используется 3-разрядная шина адреса. (A2-A0)

Входные/выходные регистры

В качестве входных и выходных регистров используются регистры КР1533ИР23 (DD2, DD14, DD15), которые предназначены для ввода и вывода информации. С помощью регистров осуществляется побайтная запись/считывание информации, что исключает встречное включение микросхем на шине процессора. Управляются регистры при помощи дешифратора КР1533ИД4 (DD1). При выводе информации из регистров (DD2) на разъем используется оптоэлектронная гальваническая развязка К293КП13П (DD23-DD28), которая выбиралась и рассчитывалась исходя из исходных данных, а именно: U_вых=96 В, I_вых=200 мА, род тока — AC (переменный). При вводе информации с разъема на регистры (DD14, DD15) используется оптоэлектронная гальваническая развязка К293ЛП6Р (DD6-DD13). Данная ОГР рассчитывалась и выбиралась исходя из условия, что напряжение дискретных входов составляет U=24 В.

Счетчики

В качестве шестнадцатиразрядного счетчика используются 4 четырехразрядных счетчика КР1533ИЕ7 (DD18-DD20), которые управляются с разъема и нужны для того, чтобы вести прямой или обратный счет входных импульсов. Выходы счетчиков соединены со входами буферов КР1533АП4 (DD21.1, DD21.2, DD22.1,DD22.2), которые управляются дешифратором КР1533ИД4 (DD1). Буферы необходимы для того, чтобы исключить встречное включение микросхем на шине процессора.

Генератор

Кварцевый генератор реализован на кварцевом резонаторе HC-49U 9,2 МГц и рассчитан в соответствии с заданием: F=9,1 МГц. Он генерирует частоту, которая выводится через усилитель на разъем. Усилитель реализован на каскаде транзисторов (КТ315А и КТ3107В) и рассчитан в соответствии с заданием таким образом, чтобы амплитуда генератора была равной U_ген=3 В. Управляется генератор при помощи триггера КР1533ТМ8 (DD16), который в свою очередь управляется через дешифратор КР1533ИД4 (DD1).

Аналогово-цифровой преобразователь

Параллельно-последовательный 10-и разрядный аналогово-цифровой преобразователь MAX1092 (DD3) предназначен для преобразования аналогового напряжения в двоичный код и передачи этого кода на шину данных процессора.

Количество аналоговых входов — 4.

Область значений сигналов –от +4.5В до +5.5 В

В аналогово-цифровом преобразователе управляющим входом является вход CS, WR — вход ввода, RD — вход вывода, HBEN — вход управления старшим байтом. АЦП управляется при помощи дешифратора КР1533ИД4 (DD1).

Цифро-аналоговый преобразователь

Цифро-аналоговый преобразователь – устройство, преобразующее цифровой (обычно двоичный) код в аналоговый сигнал(ток, напряжение).

В данной работе используется 10-ти разрядный параллельный цифро-аналоговый преобразователь на базе микросхемы AD5331 (DD4).

Количество аналоговых выходов –1.

Область значений сигналов –от +2.5В до +5.5 В

В цифро-аналоговом преобразователе AD5331 управляющим входом является вход CS, WR — вход ввода.

Цифро-аналоговый преобразователь управляется при помощи дешифратора КР1533ИД4 (DD1).

Микросхемы и дискретные элементы, на которых выполнены структурные блоки:

-шина данных – СНП64-64В-23-2,

-дешифратор – КР1533ИД4,

-выходной и входной 8-разрядные регистры – КР1533ИР23,

-ОГР на выходных регистрах – К293КП13П,

-ОГР на входных регистрах – К293ЛП6Р,

-буфера обмена – КР1533АП4,

-асинхронные счетчики – КР1533ИЕ7,

-триггер управления – КР1533ТМ8,

-генератор на базе кварцевого резонатора HC-49U,

-двухкаскадный усилитель на базе транзисторов КТ315А и КТ3107В,

-ЦАП – AD5331,

-АЦП – MAX1092.

Структурная схема МПСУ ТО показана на листе КП.2068.998-А2-03-00.00.000.Э1.