Комп. Электроника. Курсовая

R =	U	ж	− U пр	(3.7)

I пр

Значення Іпр і Uпр для різних типів світлодіодів можна знайти у довідковій літературі [6,12]. Природно прямий струм світлодіода повинен задовольняти умові Іпр < Iвих. макс.

У випадку, коли струм, що споживає елемент індикації, перевищує гранично припустиме значення вихідного струму мікросхеми Iвих. макс, застосовують транзисторний буферний каскад (рис.3.9). Розрахунок такого каскаду, як і перетворювачів рівнів логічних сигналів, виконують на підставі умов насичування та відсікання транзистора [13].

Рис.3.8. Схема безпосереднього	Рис.3.9. Схема	застосування
увімкнення елемента індикації	транзисторного	буферного
на виході ІМС: а – для індика-	каскаду в елементах індикації
ції логічного нуля; б – для ін-
дикації логічної одиниці

Так, наприклад, для буферного каскаду наведеного на рис.3.9, опір R1 обирають, виходячи з умови забезпечення насиченого режиму роботи відкритого транзистора:

I б ³	І	кн	=	U ж	− U пр	− U кн	(3.8)

ββR 2

Враховуючи те, що струм бази дорівнює Iб = (U1 - Uбен)/R1, обчислюють верхню межу значень опору R1:

R1 £	βR 2(U 1 - U			бен	)	,	(3.9)
	U ж	- U пр	-
				U кн

де β – коефіцієнт передачі транзистора за струмом для схеми з загальним емітером; Uбен та Uкн. – падіння напруги на емітерному та колекторному p-n переходах транзистора в режимі насичення (для транзисторів n – p – n типу зви-

чайно Uбен ≈ 0,8 В; Uкн ≤ 0,3 В).

21

Нижню межу опору R1 визначають, виходячи з того, що струм, який тече на виході мікросхеми, не повинен пе- ревищувати гранично допустиму величину Iвих. макс, тобто

повинна виконуватися умова Iб = (U1 − Uбен)/R1 < Iвих. макс. Звідкіля випливає друге обмеження на величину опору у

базовому ланцюзі транзистора:

R1 >	U1 − U0	.	(3.10)
	Iвих. макс

Величину опору R1 обирають між межами, які визна- чають співвідношення (3.9), (3.10), з урахуванням номіна- льного ряду опорів резисторів. Опір R2 розраховують за формулою, подібною до формули (3.7), яка у випадку схе- ми, наведеної на рис. 3.9 має вигляд:

U −U −U

R2= ж пр. кн . (3.11)

Ікн

Потужність, що розсіюється в резисторах R1 и R2 роз- раховують виходячи з найгіршого випадку, коли крізь ре- зистори протікає найбільший струм. Зокрема для схеми, наведеної на рис. 3.9 значення потужності визначають фо- рмули:

	(U1	− Uбен )2		Iкн (Uж	− Uпр	− Uкн )
PR1 =			; PR 2 =				.	(3.12)
					R 2
		R1						і R2 за
Ці значення також враховують при виборі R1

номінальним рядом потужності резисторів. Транзистор, який використовується у буферному каскаді, повинен мати граничне значення колекторного струму Ікн, яке перевищує прямий струм світлодіода Іпр.

В багатьох варіантах завдань курсового проекту вико- ристовуються стартстопні пристрої на тригерах. Такі при- строї повинні встановлюватися у початковий стан при уві- мкненні напруги живлення. Один з варіантів схеми стартс- топного пристрою з встановленням початкового стану при увімкненні напруги живлення показано на рис. 10а.

Встановлення DRS- тригера DD1 в початковий стан (стан логічного нуля Q = 0) забезпечує диференціювальний R1C1- ланцюг, підключеній до входу R тригера. Цей лан- цюг на вході скидання R, при увімкненні напруги живлен- ня, формує сигнал, показаній на рис. 10б. В інтервалі часу

t рівень цього сигналу перевищує порогову напругу і сприймається на вході R як рівень логічної одиниці, що забезпечує примусове встановлення тригера у стан логіч- ного нуля Q = 0.

22

Рис. 3.10. Стартстопний пристрій з примусовою установкою DRS- тригера в стан логічного нуля при увімкненні напруги живлення: а – схема; б – часові діаграми

При розрахунку	компонентів						диференціювального
R1C1- ланцюга виходять із умови						t > tз пер (tз пер – час за-
тримки перемикання тригера), яка забезпечує надійне пе-
ремикання тригера (звичайно вибирають										t ≈ 2tз пер). Зна-
чення часу t визначається за формулою [7]:
			U		ж
t = R1C1ln								.		(3.13)
			Uж − Uпор
На підставі (3.13) розраховують значення ємності С1
диференціювального ланцюга, прийнявши										t = 2tз пер:
C1 =	2 t зпер								.	(3.14)
			U
	R1ln			ж
		Uж − Uпор

Величину опору резистора R1 обирають для мікросхем

ТТЛШ ~ 1÷2 кОм, для мікросхем КМОНТЛ - ~ 10 кОм.

Для мікросхем КМОНТЛ Uпор ≈ U1/2 ≈ Uж/2, тому спів- відношення (3.14) приймає більш простий вигляд C1 ≈ 2tз

пер/0,7R1.

23

3.6. Розробка друкованої плати

Курсова робота завершується розробкою друкованої плати цифрового пристрою.

При виконанні цієї частини роботи необхідно визначи- тися з конфігурацією та габаритними розмірами друкова- ної плати, з урахуванням принципової схеми пристрою, відшукати раціональне взаємне положення навісних еле- ментів на платі та виконати трасування.

Навісні елементи розміщують з урахуванням електри- чних зв’язків та теплового режиму при забезпеченні міні- мальної довжини електричних зв’язків. Враховують також паразитні зв’язки між навісними елементами та кількість переходів друкованих провідників із одної сторони на ін- шу сторону друкованої плати.

Трасування полягає в з’ єднанні між собою контактів кожного з елементів, розташованих на друкованій платі. Основними обмеженнями при трасуванні є заборона пере- тинання в одному шарі провідників різних ланцюгів та ме- тричні обмеження, пов’язані з обмеженим обсягом монта- жного простору та розмірами провідних з’єднань.

Трасування з’єднань після компонування елементів ви- конують так, щоб забезпечити задані електричні параметри пристрою. Для цього виділяють на схемі ланцюги живлен- ня і землі, щоб визначити вимоги до трасування провідни- ків для кожного з цих ланцюгів.

Конструкторська документація на друковану плату оформлюється відповідно до ГОСТ 2.109-73, ГОСТ 2.41791 і діючих нормативно технічних документів (Додаток Е). Креслення друкованої плати повинне містити всі відомос- ті, необхідні для її виготовлення і контролю: зображення плати з боку друкарського монтажу, розміри, граничні від- хилення і шорсткість поверхонь друкованої плати і всіх її елементів (отворів, провідників), а також розміри відста- ней між ними, технічні вимоги та відомості про матеріал.

Креслення друкованої плати виконують в натуральну величину або із збільшенням 2:1. Розробку креслення дру- кованої плати починають з нанесення координатної сітки. За основний крок координатної сітки приймається 2,5 мм.

Центри всіх отворів на друкованій платі розташовують у вузлах координатної сітки. Якщо завдяки конструктив- ним особливостям навісного елемента цього зробити не можна, то центри отворів розташовують згідно вказівкам креслення на цей елемент. При цьому дотримуються на- ступних вимог: центр одного з отворів має бути розташо-

24

ваним у вузлі координатної сітки, центри інших, по мож-

ливості, − на вертикальних і горизонтальних лініях сітки. Діаметри монтажних і перехідних металізованих і не

металізованих отворів вибирають з ряду (0,2); 0,4 (0,5); 0,6;

(0,7); 0,8; (0,9); 1.0; (1,2); 1,3; 1,5; 1,8; 2.0; 2,2; (2,4); (2,6); (2,8); (3,0). Діаметри, що не в дужках, є переважними. Не рекомендовано на одній платі мати більше трьох отворів різних діаметрів. Діаметри отворів вибирають залежно від діаметрів виводів навісних елементів і товщини плати.

На полі креслення поміщають таблицю отворів. Розмі- ри граф і форма таблиці стандартом не встановлюються. Всі монтажні отвори повинні мати контактні майданчики. Форма контактного майданчика може бути довільною, круглою, прямокутною або близькою до них. Друковані провідники зображають у вигляді відрізків ліній, співпа- даючих з лініями координатної сітки, або під кутом, крат- ним 15°. Допускається виконання провідників з довільною конфігурацією і округлення їх перегинів. Друковані прові- дники на всьому протязі виконують з однаковою шири- ною, а у вузьких місцях звужують до мінімально допусти- мих значень на можливо меншій довжині. Взаємне розта- шування провідників не регламентовано. Для спрощення креслення допускається виконувати їх однією лінією будь- якої ширини, при цьому в технічних вимогах креслення вказують ширину провідника. Провідники шириною до 2,5 мм зображають однією лінією, а більшої ширини - двома лініями і штрихують під кутом 45° або зачернюють. Про- відники шириною більше 5 мм виконують як екран.

Габаритні розміри друкованої плати, діаметри і коор- динати отворів контактних майданчиків і їх відносне роз- ташування показують на кресленні такими способами: а) за допомогою розмірних та виносних ліній; б) нанесенням координатної сітки; в) комбінованим способом за допомо- гою розмірних та виносних ліній і координатної сітки; г) за допомогою таблиці координат.

Координатну сітку наносять на все поле плати або рис- ками по її периметру. Допускається наносити не всі лінії сітки, при цьому на полі креслення розміщують запис „ Лі- нії координатної сітки нанесені через одну”. На кресленні друкованої плати за нуль в прямокутній системі координат звичайно приймають центр крайнього лівого нижнього отвору або лівий нижній кут плати.

На кресленні друкованої плати вказують габаритні розміри плати, ширину провідників, діаметри і координати кріпильних, технологічних і інших отворів, не пов’язаних з

25

друкованим монтажем. Ці параметри можуть бути задані у вигляді таблиць. Технічні вимоги розташовують над осно- вним написом і викладають в наступній послідовності:

1.Плату виготовити ... методом.

2.Крок координатної сітки ... мм.

3.Параметри елементів друкованої плати згідно таблиці 1.

4.Форма контактних майданчиків довільна.

5.Параметри отворів друкованої плати згідно таблиці 2.

При розробці друкованої плати пристрою, що проекту- ється, можна використовувати програмні засоби розробки друкованих плат P-CAD, OrCAD, Protel DXP та інші.

Приклад оформлення креслення друкованої плати (для формату А4) у додатку В.

4. ОФОРМЛЕННЯ ГРАФІЧНИХ ДОКУМЕНТІВ

Креслення схем і друкованої плати повинні бути вико- нані в форматах А3 297 х 420 мм або А4 297x210 мм від- повідно з вимогами ГОСТ 2.702-75 і ГОСТ 2.708-81 (Дода- тки А, Б, В). Цім вимогам повинен задовольняти також пе- релік елементів принципової схеми (додаток Г).

Формати аркушів визначаються розмірами зовнішньої рамки, яка виконується тонкими лініями (рис. 4.1). Основ- ний надпис креслення виконується згідно ГОСТ 2.104-68. Він розташовується в правому нижньому куті формату, як у здовж довгої, так і короткої сторони формату. На арку- шах формату А4 основний надпис розташовують тільки у здовж короткої сторони формату.

Рис. 4.1. Формат аркушів

26

При оформленні креслень функціональної, принципо- вої схем, друкованої плати і переліку елементів використо- вують форми основного надпису, показані на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Форми основного надпису

Зміст графи, поміченої на рис. 4.2 цифрою 1 в прямо- кутнику є позначкою, яка виконується шрифтом № 7, 10 і має структуру, показану на рис. 4.3. Ця структура містить наступні елементи:

а) вид робіт (ДП – дипломний проект, ДР – дипломна робота, КП – курсовий проект, КР – курсова робота, Р – реферат, РГР – розрахунково-графічна робота, К – контро- льна робота, ЗЛ – звіт з лабораторної роботи, ЗП – звіт з практики);

б) абревіатура кафедри (наприклад: кафедра електро- нних обчислювальних машин – ЕОМ, кафедра радіоелект- роніки – РЕ, кафедра електронних засобів телекомунікацій

– ЕЗТ);

в) шифр спеціальності (наприклад: спеціальність за освітньо-кваліфікаційним рівнем бакалавра „ Обслугову-

вання комп’ютерних та інтелектуальних систем i мереж” −

6.050102);

г) трьохзначний номер креслення; д) шифр документу, який є схемою, згідно ГОСТ 2.701-

84 складається з літерної частини, що визначає вид схеми (Е – електричні, Г – гідравлічні, П – пневмонічні, Ч - газо- ві, К – кінематичні, Л – оптичні, Р – енергетичні, С – ком- біновані) і цифрової частини (1 – структурні, 2 – функціо- нальні, 3 – принципові, 4 – з’єднання, 5 – підключення, 6 – загальні, 7 – розташування).

27

Рис. 4.3. Елементи графи 1 основного напису

Графа помічена на рис. 4.2 цифрою 2 у прямокутнику містить найменування креслення, а графа з цифрою 3 – на- йменування підприємства і групу.

5. СКЛАД КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

Результати проектування цифрового пристрою студент оформляє у вигляді пояснювальної записки, яка повинна містити:

1.Повний опис варіанта завдання.

2.Обґрунтування вибору серії мікросхем, що викорис-

товуються в пристрої.

3. Докладний опис роботи пристрою з залученням принципової схеми і часових діаграм. Він повинен містити інформацію про початковий стан елементів принципової схеми (тригерів, лічильників, регістрів) і як цей стан вста- новлюється, наприклад, при увімкненні напруги живлення або за допомогою перемикачів. Опис роботи пристрою по- винен починатися з початкового стану і відображувати у часі послідовність процесів в його принциповій схемі по- чинаючі з надходження вхідних сигналів і закінчуючи за- вершенням формування сигналів на виходах пристрою.

4.Рисунок часових діаграм.

5.Розрахункову частину, яка містить: оцінку спожива- них струму та потужності, розрахунок RC – ланцюгів ге- нератора, формувачів та стартостопних пристроїв, розра-

хунок компонентів схем індикації, перетворювачів логіч- них сигналів на дискретних транзисторах, якщо вони вико- ристовуються в схемі пристрою, тощо.

6.Креслення функціональної схеми пристрою.

7.Креслення схеми електричної принципової при-

строю.

8.Креслення двобічної друкованої плати.

9.Перелік елементів, що використані в принциповій

схемі.

10.Список використаної літератури.

28

6. ЗАВДАННЯ ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

Вибір варіанта завдання.

Курсовий проект містить 7 типів завдань. Кожне за- вдання розподілено на варіанти. Усього існує 150 варіантів завдань, які пронумеровані від 0 до 149. Студент самостій- но визначає номер свого варіанта завдання за допомогою цілочислового ділення номера своєї залікової книжки на 150. Номером варіанта завдання є остача від такого ділен- ня. Номери варіантів від 0 до 149 вказані на початку опису кожного з типів завдань і наведені у таблицях 6.1-6.9, з яких визначають технічні дані для проектування пристрою. Таблиці 6.8 і 6.9 є загальними для всіх варіантів, з них за номером варіанта визначають тактову частоту (табл. 6.8), струм та потужність, споживані пристроєм (табл.6.9).

Завдання 1.

Варіанти: 4, 6, 17, 18, 25, 37, 40, 41, 44, 46, 64, 70, 74,

80, 87, 90, 96, 102, 114, 123, 125, 129, 130, 135.

Розробити арифметичний пристрій, який виконує опе- рацію складання чисел з накопиченням суми. Числа у па- ралельному коді приходять на вхід пристрою і супрово- джуються синхронізуючим сигналом низького рівня. Тип коду чисел і кількість цифрових розрядів для варіантів за- вдання 1 дано у табл.6.1. Пристрій починає роботу при надходженні сигналу ” Старт” і закінчує роботу при надхо- дженні сигналу ” Стоп”. Ці сигнали формує стартстопний вузол. Для індикації коду суми використати елементи ін- дикації на світлодіодах. Сигнал ” Старт” встановлює буфе- рний регістр, що зберігає значення суми, в нульовий стан,

а сигнал ” Стоп” − в стан зберігання. Розрядність суми для всіх варіантів однакова і дорівнює восьми (шість цифрових і два знакових розряди). В пристрої забезпечити індикацію переповнення суми. Для цього операцію складання доціль- но виконувати у модифікованому додатковому коді. Це дозволяє ідентифікувати переповнення за допомогою логі- чного елемента ” сума за модулем 2”, який формує сигнал логічної одиниці при появі у знакових розрядах коду суми комбінацій 01 або 10, що відповідають наявності перепов- нення. Якщо вхідний код числа не є модифікованим додат- ковим, потрібно виконати його перетворення в такий код.

Рекомендований склад арифметичного пристрою: стар- тстопний вузол, буферний регістр, суматор, індикатор ви- хідного коду на світлодіодах, формувач сигналу обнуління буферного регістру, вузол індикації переповнення, якщо потрібно, вузол перетворювання коду.

29

Частота, з якою числа можуть надходити на вхід при- строю для варіантів завдання 1 наведена у таблиці 6.8, а значення струму і потужності, споживаних пристроєм, в таблиці 6.9.

Таблиця 6.1

Тип коду і кількість цифрових розрядів числа

	Тип коду	Кількість цифрових розрядів в коді
				чисел
	чисел
		1	2	3	4
	Додатковий	4	25	44	74
	Додатковий	6	37	46	80
	модифікований
	Обернений	17	40	64	87
	Обернений	18	41	70	90
	модифікований
	Прямий	125	129	130	135
	Прямий	96	102	114	123
	модифікований

Завдання 2.

Варіанти: 0, 8, 9, 13, 15, 19, 22, 26, 28, 32, 33, 39, 105,

111, 118, 121, 126, 144.

Розробити вимірювач тривалості Ті поодиноких прямо- кутних імпульсів напруги високого рівня. Вимірювання відбувається в інтервалі Ті min ≤ Ti ≤ Ti max і здійснюється шляхом перетворювання тривалості імпульсу Ті у двійко- во-десятковий код, що керує семисегментним світлодіод- ним індикатором, який відображує тривалість імпульсу.

Для перетворення тривалості імпульсу в двійково- десятковий код можна використати задавальний генератор і двійково-десятковий лічильник. Період імпульсів задава-

льного генератора Tз вибирають з умови Tз £ 0,1Ti min, при цьому значення Tз повинно дорівнювати одиничному ін- тервалу часу (секунді, мілісекунді, мікросекунді) або його

десятій чи сотій часткам. Наприклад, якщо Ti min = 2×10-4 вибирають Tз = 10-5 с= 0,01 мс (відповідно частота генера- тора fз = 105 Гц). Потрібну кількість десяткових розрядів індикатора визначають з величини Ti max , яку ділять на Tз.

Наприклад, якщо Ti maх=6×10-3 с, а Tз=10-5 с, то Ti max/Tз=600.

Потрібно три десяткових розряди індикатора. Індикатор- ний пристрій буде відображати тривалість імпульсу в мі- лісекундах, якщо десяткову крапку розташувати за стар- шим з цих трьох розрядів. В цьому випадку діапазон вимі-

рювання тривалості імпульсу 0,00 мс ¸ 9,99 мс. Абсолютну похибку вимірювання тривалості імпульсу

визначає період імпульсів задавального генератора Tз. Для підвищення точності вимірювання рекомендується син-

30