2 Конструкторська частина
Обгрунтування вибору елементної бази.
Використання мікросхем ТТЛ пов’язане з тим, що частота генератора прямокутних імпульсів становить 1 Гц, а гранична робоча частота мікросхем ТТЛ відповідає 4 кГц. Мікросхеми серії ТТЛ живляться від джерела постійної напруги 5В±5%, споживаючи струм (в залежності від призначення) від 10 до 100мА. Напруга високого рівня (рівня логічної одиниці) становить не менше 2,4 В (в той час як типове значення 3,2…3,5В), напруга низького рівня (рівня логічного нуля) не менше 0,4В (типове значення 0,1…0,2В).Гранична частота мікросхем ТТЛ близько 10МГц, в той час як мікросхеми КМОН – 1МГц.
При проектуванні даного курсового проекту було використано інтегральні мікросхеми сімейства ТТЛ, так як вони є більш поширеними, і не має ніяких обмежень, щодо споживання потужності.
2.2 Розрахунок елементів схеми
Розрахунок генератора тактових імпульсів
Визначаємо період ГТІ F=4кГц
Т= l/f =1/4000=0,250мкс
Період генерованого сигналу Т ≈1,4 R C.
Частота генератора 2 МГц. З такою частотою пристрій необхідно складати на інтегральних мікросхемах ТТЛ типу. При використанні таких інтегральних мікросхем вимоги до резисторів такі що їх опір повинен бути в межах 100 Ом ... 10кОм
Задаємо R = 1 кОм,
тоді оскільки Т = 0,250 мкс.
С = T/1,4 R = 0,250/1,4*1000 = 178*10-3 =178 мФ
Оскільки обмежень по потужності нема, заданий резистор вибираємо типу MJIT-0,125R = 1 кОм
2.3 Вибір мікросхем
2.3.1 Мікросхема К555ИР22
М
ікросхема
К555ИР22 – восьмирозрядний регістр-защіпка
відображення даних, вихідні буферні
підсилювачі якого мають третій Z-стан.
Схема регістра складається з двох
частин. Перша частина – це вісім
D-тригерів з входом розширення РЕ. Поки
напруга на вході РЕ високого рівня, дані
від паралельних входів D-тригерів, D0-D7
відображуються на виходах
Q0-Q7.
Подачою
на вхід напруги низького рівня дозволяється
запис нового восьми бітного байта. Друга
вихідна частина пристрою керується по
виводу розширення Ео. Її вісім буферних
ключевих вихідних підсилювачів
відрізняються великою здатністю
навантаження і мають третій Z-стан.
Якщо на вхід Ео подати напругу низького рівня, дані з тригерів регістра пройдуть на виходи Q0–Q7. Ці виходи розімкнуться, якщо на вхід Ео подати напругу високого рівня. Буферний вхід має гістерезис Шмітта ±400мВ, що підвищує стійкість до перешкод при переключені.
Споживана сила струму регістром К555ИР22 – 40мА; вихідна сила струму буферного вихода кожного розряду не менше 30мА, що дозволяє обслуговувати шини з ємкісним характером навантаження. Час затримки розповсюдження даних від входів до виходів 32 нс; час включення виходів від Z-стану складає: до напруги високого вихідного рівня потрібен інтервал 45 нс, від низького–24 нс.
2.3.2 Мікросхема К155ИЕ5
М
ікросхема
К155ИЕ5 – чотирьох розрядний асинхронний
лічильник імпульсів. Вона має дві
частини: дільник на 2 (вихід Q0; тактовий
вхід C1) і дільник на вісім (виходи Q1–Q3;
тактовий вхід C2). Лічильник
з коефіцієнтом перерахунку шістнадцять
легко виходить, якщо з'єднати вихід Q 1
з входом С2, а імпульси подавати на вхід
С1.
Мікросхема К155ИЕ5 споживає 53мА, частота рахунку – до 10 МГц.
Таблиця 2.1 – Послідовність рахунку К155ИЕ5
-
Рахунок
Вихід
Q1
Q2
Q3
Q4
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
2
0
1
0
0
3
1
1
0
0
4
0
0
1
0
5
1
0
1
0
6
0
1
1
0
7
1
1
1
0
8
0
0
0
1
9
1
0
0
1
10
0
1
0
1
11
1
1
0
1
12
0
0
1
1
13
1
0
1
1
14
0
1
1
1
15
1
1
1
1
2.3.3 Мікросхема К155КП7
М
ікросхема
К155КП7 – мультиплексор. Мікросхема
дозволяє комутувати дані з восьми входів
на загальну вихідну лінію. Вона має три
адресних входи: А0-А2, їх активний рівень
– високий, вісім інформаційних : D0-D7,
та два комплектарні виходи: Q
та
.
Мікросхема керується входом розширення
Ео. Якщо на вході Ео присутня напруга
високого рівня, то напруга на виході
- високого рівня, на Q – изького. Сила
струму яку споживає К155КП7 не перевищує
48 мА.
Таблиця 2.2 Стан мультиплексора КП7
-
Вхід
Вихід
Вибір
Дозвіл
A2
A1
A0
Q
x
x
x
1
0
1
0
0
0
0
11
11
0
0
1
0
12
12
0
1
0
0
13
13
0
1
1
0
14
14
1
0
0
0
15
15
1
0
1
0
16
16
1
1
0
0
17
17
1
1
1
0
18
18
2.3.4 Мікросхема К555ИД7
М
ікросхема
К555ИД7 – високошвидкісний
дешифратор-демультиплексор, який
перетворює трьох розрядний код A0-A2
в напругу низького логічного рівня,
який появляється на одому з восьми
виходів
.
Дешифратор має трьохвиводний логічний
елемент дозволу, що дозволяє, з’єднавши
паралельно три мікросхеми, получити
дешифратор з 24 виходами. Дешифратор з
32 виходами складається з чотирьох
мікросхем ИД7 і одного додаткового
інвертора. В таблиці 2.3 показано, що
дешифрація відбувається , коли на входах
& i & напруга низького рівня, а на
вході Ео високого. Дешифратор К555ИД7
споживає силу струму 10мА (вихідний – 8
мА). Час затримки розповсюдження сигналу
не перевищує 39 нс.
Таблиця 2.3 Стан дешифратора ИД7
-
Вхід
Вихід
Е
А0
А1
А2
0
x
x
x
x
x
1
1
1
1
1
1
1
1
x
1
x
x
x
x
1
1
1
1
1
1
1
1
x
x
0
x
x
x
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
2.3.5 Мікросхема АЛС324А
М
Рисунок
2.5 Мікросхема АЛС324А
Виготовляються в пластмасовому корпусі.
Маса – не більше 2,5 грам.
Внутрішня будова індикатора АЛС324А показана на рисунку 2.6.
4 12
F G E D C H В
1 2 6 7 8 9 13 14
Рисунок 2.6 – Внутрішня будова індикатора АЛС324А
Електричні і світлові параметри при Тн=25○С:
1. Сила світла одного сегмента при Іпр=20мА – не менше 0,15 мКд;
2. Сила світла децимальної точки при Іпр=20мА – не менше 0,05мКд;
3. Постійна пряма напруга при Іпр=20мА – не більше 2,5 В;
4. Максимум спектрального розподілу опромінення на довжині хвилі 0,65 – 0,67 мкм;
5. Розсіювання значень сили світла сегментів в одному індикаторі не більше ніж 3 рази;
Граничні експериментальні дані:
1) Постійний прямий струм через один елемент:
а) при Тн<35○С – 25мА;
b) при Т=70○С – 7,5 мА;
2) Імпульсний прямий струм через один сегмент при Т= 10мс, Іс<Iпр mах, Тн=70○С;
3) Потужність розсіювання індикатора:
а) при Тн<35○С – 500 мВт;
б) при Т = 70○С – 150 мВт;
4) Постійна зворотна напруга – 5В;
Діапазон робочої температури навколишнього середовища – -60…70○С. Велику напругу потрібно для великих по розміру індикаторів.
2.3.6 Мікросхема К514ИД1
Мікросхема К514ИД1-це складний дешифратор, забезпечуючий економну роботу рідкокристалічного сегментного індикатора. Дешифратор на мікросхемі К514ИД1 працює з світодіодними індикаторами, які мають роздільні аноди. З допомогою цього
д
ешифратора
можна скласти вузли дисплеїв спільного
користування, настільних і настінних
годинників,
мультиметрів,
автомобільних пристроїв. Вихідні
підсилювачі дозволяють подавати на
індикатор перемінну напругу з амплітудою
в два рази перевищуючи напругу живлення.
Підвищена напруга необхідна для великих
по розмірах індикаторів. Мікросхема
використовує напругу +5В і споживає
потужність 250 мВт.
Таблиця 2.4 Стан дешифратора К514ИД1
-
Вхід
Вихід
D0 D1 D2 D3
a b c d e f g
Індикатор
0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 0
0
0 0 0 1
0 1 1 0 0 0 0
1
0 0 1 0
1 1 0 1 1 0 1
2
0 0 1 1
1 1 1 1 0 0 1
3
0 1 0 0
0 1 1 0 0 1 1
4
0 1 0 1
1 0 1 1 0 1 1
5
0 1 1 0
1 0 1 1 1 1 0
6
0 1 1 1
1 1 1 0 0 0 0
7
1 0 0 0
1 1 1 1 1 1 1
8
1 0 0 1
1 1 1 1 0 1 1
9
1 0 1 0
0 0 0 1 1 1 0
А
1 0 1 1
0 1 1 0 1 1 1
B
1 1 0 0
1 1 0 0 1 1 1
C
1 1 0 1
1 1 1 0 1 1 1
D
1 1 1 0
0 0 0 0 0 0 1
E
1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0
F