На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Генератор тактовых импульсов

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 18.05.2012. Сдан: 2011. Страниц: 35. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):



Реферат.
 Курсовая работа содержит пояснительную записку на 22 листах формата A4, три чертежа формата A3, 7 рисунков, 1 таблицу.
 Целью курсовой работы является создание цифрового  прибора, который будет формировать  параллельно три битовые последовательности в соответствии с техническим  заданием. Устройство работает на частоте 37 килогерц. При разработке прибора необходимо учитывать критерии оптимизации по потребляемой мощности и аппаратным средствам. Цифровой прибор основан на элементах КМОП серии. Номинальное напряжение питания прибора составит 12 вольт. Основным достоинством представленного устройства является возможность генерации произвольной двоичной последовательности, не ограничиваясь указанной в техническом задании. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Содержание.
Введение.
    Анализ вариантов реализации системы.
    Разработка структурной схемы разрабатываемого устройства, определение входных и выходных сигналов устройства.
    Разработка функциональной схемы устройства.
      Разработка генератора тактовых импульсов.
      Разработка счетчика импульсов с управляемым сбросом.
      Разработка формирователя 1, формирователя 2, формирователя 3.
    Проверка работоспособности с применением прикладного пакета Electronics Workbench.
    Разработка спецификации элементов входящих в устройство.
    Заключение.
    Список литературы.
    Приложение 1.
    Приложение 2.
    Приложение 3.
    Приложение 4. 
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     


Введение. 

    Целью данной работы является разработка формирователя импульсных последовательностей. Формирователь импульсных последовательностей, вырабатывает из гармонического (синусоидального) сигнала с последовательность прямоугольных импульсов, также имеющих частоту следования и скважность. Это устройство используется в импульсной технике.
  Импульсная  техника - область техники, исследующая, разрабатывающая и применяющая методы и технические средства генерирования (формирования), преобразования и измерения электрических импульсов. В ней также исследуют и анализируют процессы, возникающие при воздействии электрических импульсов на различные электрические цепи, устройства и объекты.
  При импульсном режиме электронные устройства подвергаются воздействию электрических сигналов не непрерывно (в течение всего  времени работы устройства), а прерывисто. При этом прерывистая структура  импульсных сигналов составляет принципиальную основу полезных функций устройства, работающего в импульсном режиме.
  Импульсные  сигналы различаются по амплитуде  и длительности импульсов, частоте  их следования. В импульсной технике  часто применяют импульсные сигналы  с частотным заполнением от десятков герц до десятков гигагерц.
  С понятием «импульс» обычно связывается представление  о малой его длительности. Однако кратковременность импульса понятие относительное: в зависимости от области использования длительность импульса может изменяться в значительных пределах. В автоматике, например, оперируют с импульсами длительностью порядка 0,01 - 1 секунд, в импульсной радиосвязи - 10-6 секунд в физике быстрых частиц - 10-9 секунд. Однако даже в одной и той же области техники часто применяют импульсы с различной длительностью и частотой следования. Так, например, в радиолокации работают с электрическими импульсами длительностью от 10-3 до 10-9 секунд с частотой повторения от единиц герц до ста четырёх герц.
  В импульсной технике проявляется тенденция  к укорочению импульсов и увеличению частоты их следования, стремлением  повысить эффективность электронных  устройств, разрешающую способность (например, радиолокаторов) или быстродействие (в ЭВМ). Иногда более важно отношение длительности паузы между импульсами к длительности импульса (скважность), которое в цифровой автоматике обычно не превышает 10, в радиосвязи - порядка 10 - 100, в радиолокации колеблется от 100 до 10000. При воздействии импульсов электрического тока или напряжения на цепь, обладающую свойством запасать энергию, возникают переходные процессы, значение которых в импульсной технике весьма велико.
  Для получения  импульсов различной формы, функционального  преобразования импульсных сигналов, селекции импульсов по тому или иному  признаку, а также для выполнения логических операций над ними служат типовые импульсные логические схемы  и устройства.
  
  К ним относятся  линейные устройства формирования импульсов, преобразования формы импульсов, амплитуды, полярности и временного положения (формирующие линии, дифференцирующие и интегрирующие цепи, импульсные трансформаторы и усилители, электромагнитные и ультразвуковые линии задержки); нелинейные устройства преобразования импульсов и переключения цепей (ограничители, фиксаторы уровня, пик-трансформаторы, магнитные генераторы импульсов, электронные ключи и другие); регенеративные спусковые схемы, и генераторы импульсов (пересчётные схемы, триггеры, мультивибраторы, блокинг-генераторы); импульсные делители частоты повторения; электронные генераторы линейно-изменяющегося тока и напряжения; селекторы импульсов; логические схемы и специальные устройства обработки импульсных сигналов (кодирующие и декодирующие устройства, дешифраторы, регистры, матрицы, элементы памяти ЭВМ). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


    Анализ  вариантов реализации системы. 

     Формирователь импульсных последовательностей можно  реализовать различными способами: на логических элементах, регистрах, дешифраторах, мультиплексорах. Рассмотрим каждый из данных способов и выберем оптимальный.
     Простейший  и наименее затратный с точки  зрения количества аппаратных средств  способ построения - при помощи логических элементов. Суть его заключается  в следующем. Тридцатиразрядная  последовательность на языке алгебры  логики может быть определена системой из тридцати булевых выражений с  пятью неизвестными. Упрощая её любыми известными способами (например, картами  Карно), получаем логическую формулу, схемно реализуя которую (в целях унификации можно использовать ИМС логических элементов) получаем устройство, способное  формировать необходимую последовательность.
     Основным  недостатком данного схемного решения  является невозможность формирования произвольной последовательности. Полагая  основной инженерной задачей разработку устройства, не только удовлетворяющего критериям оптимизации, но и универсального, перспективного, способного решать более  широкий спектр задач, нежели предполагается, стоит признать схему формирователя  на логических элементах неудачной. Если бы он являлся частью более  сложной системы, то можно было пожертвовать универсальностью отдельных компонентов  в угоду общей эффективности, но так как в техническом задании  об этом ничего не говорится, считаю использование  данного способа построения неуместным. Также замечу, что современные  формирователи не только поддерживают загрузку произвольной последовательности, но и содержат буферное ОЗУ большого объёма (порядка двух тысяч слов по 32 разряда) по каждому каналу передачи. Число активных линий и вид передаваемой информации по каждой линии задаётся программно.
     
  Достаточно прост способ построения с использование регистров. Суть его заключается в следующем. В кольцевой тридцатиразрядный регистр, собранный на базе ИМС D-триггеров, параллельным вводом записывается необходимая двоичная комбинация. Далее подачей импульсов заданной частоты на синхровход регистра осуществляется последовательный сдвиг слова вправо. Так как регистр является кольцевым, то информация с последнего триггера записывается в первый. Таким образом, в регистре осуществляется бесконечная циркуляция двоичного слова. Снимая информацию с одного из триггеров, образующих регистр, получаем искомую импульсную последовательность. Основными достоинствами данного схемного решения являются простота, возможность загрузки произвольной последовательности, отсутствие необходимости подсчёта импульсов (иными словами, можно обойтись без счётчика). Тем не менее, схема требует большого количества аппаратных средств (тридцать D-триггеров для каждой последовательности) и в случае возникновения ошибки, последняя будет циркулировать в системе до тех пор, пока последовательность в регистре не будет полностью перезаписана. Отсюда заключаю, что использование устройств с памятью в качестве формирователей нерационально. 

  Довольно удачной является схема построения при помощи дешифраторов. Суть её состоит в следующем. Путём каскадирования собирается дешифратор необходимой разрядности, на входы которого подаётся импульсы от счётчика. Таким образом, на выходах дешифратора последовательно появляется высокий уровень. Выходы, номер которых соответствует номеру элемента последовательности, содержащего логическую единицу, подключаются к многовходовому дизъюнктору, на выходе которого получаем искомую импульсную последовательность.
 
  Основными достоинствами схемы является относительно небольшое количество аппаратных средств и возможность загрузки произвольной комбинации путём переключения входов дизъюнктора. Поэтому будем собирать формирователь импульсных последовательностей на дешифраторах с инверсными выходами, вместо дизъюнкторов используя конъюнкторы. Суть схемы заключается в том, что адресные выходы дешифратора необходимой разрядности, полученного путём каскадирования реально существующих дешифраторов, подключаются к конъюнкторам с инверсией на выходе; снимаем требуемую импульсную последовательность. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Разработка  структурной схемы  разрабатываемого устройства, определение входных  и выходных сигналов устройства.
     На вход устройства от генератора подаются прямоугольные импульсы с частотой 15 килогерц и амплитудой 12 вольт. Из входных импульсов на счетчике путём деления образуется пять выходов, состояние на которых будет соответствовать номеру текущего импульса. Сигналы со счётчика поступают в формирователь, на котором появляется высокий или низкий уровень (в зависимости от выходной комбинации счётчика и загруженной последовательности). Тридцатым разрядом счетчик обнуляется, устройство начинает работать заново. Структурная схема устройства представлена в приложении 1.
 Графическое представление алгоритма работы устройства.
 

 Рис. 1.
   
Разработка  функциональной схемы  устройства.
Разработка  генератора тактовых импульсов.
     Генератор с самовозбуждением - электрическая  цепь, в которой происходит преобразование энергии источника питания постоянного  напряжения в энергию периодических  электрических колебаний, называется - автогенератором.
     Автогенератор вырабатывает электрические колебания, поддерживающиеся подачей по цепи положительной  обратной связи части переменного  напряжения с выхода автогенератора на его вход. Это будет обеспечено тогда, когда нарастание колебательной  энергии будет превосходить потери. При этом амплитуда начальных  колебаний будет нарастать.
     Такие системы называют автоколебательными системами, а генерируемые ими колебания - автоколебаниями. В них генерируются стационарные колебания, частота и  форма которых определяются свойствами самой системы.
Классификация автогенераторов.
По форме выходного  напряжения:
1. Генераторы импульсных  колебаний:
-ГПН (генератор постоянного напряжения);
-ГЛИН (генератор линейно изменяемого напряжения);
-блокинг-генераторы.
2. Генераторы синусоидальных  колебаний:
-RC-цепь;
-LC-цепь;
-с кварцевой стабилизацией.
По мощности:
-маломощные (до 1 Вт);
-средней мощности (до 100 Вт);
-мощные (свыше 100 Вт).
По частоте выходного  сигнала:
-инфра частотные (до 10 Гц);
-низкочастотные (до 100 кГц);
-высокочастотные ВЧ (до 100 МГц);
-сверхвысокочастотные СВЧ (свыше 100 МГц).

     Генератор тактовых импульсов - генерирует электрические импульсы заданной частоты (обычно, прямоугольной формы) для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах (ЭВМ, электронные часы и таймеры, микропроцессорная и другая цифровая техника). Тактовые импульсы часто используются как эталонная частота - считая их количество можно измерять временные интервалы.
     В микропроцессорной технике один тактовый импульс, как правило, соответствует  одной атомарной операции. Обработка  одной инструкции может производиться  за один или несколько тактов работы микропроцессора, в зависимости  от архитектуры и типа инструкции. Частота тактовых импульсов определяет скорость вычислений.
     В зависимости от сложности устройства, используют разные типы генераторов.
     Обобщенная  структурная схема генератора содержит:
усилительное устройство (дифференциальный или операционный усилитель);
электрическая цепь образующая ПОС (положительную обратную связь);
электрическая цепь образующая ООС (отрицательную обратную связь).
Функционирование  любого генерирующего устройства можно  разделить на два этапа:
1. Возбуждение  колебаний и нарастание их  амплитуды.
2. Стационарный режим работы генератора.
В курсовом проекте  в качестве генератора используется интегральный таймер серии 555 (рис. 2), выбранный за распространённость и простоту. 
 


Схема включения ИС 555 в  режиме мультивибратора.

Рис. 2. 

 Данная схема  будет запускать себя сама и будет работать в режиме автоколебаний как мультивибратор. Внешний конденсатор заряжается через резисторы RA и RB, а разряжается только через RB. Это позволяет точно регулировать скважность импульсов, задавая соотношение между сопротивлениями этих резисторов. В данном режиме напряжение на конденсаторе меняется от 1/3 до 2/3 напряжения питания. Времена заряда и разряда конденсатора и, следовательно, частота колебаний не зависят от напряжения питания.
 Время заряда (в  течение которого на выходе ИС действует  высокое напряжение) определяется формулой t1=0.685(RA+RB)C, а время разряда (низкое напряжение на выходе) - формулой t2=0.685RBC. Полный период колебаний, следовательно, равен T=t1+t2=0.685(RA+2RB)C. Скважность импульсов определяется формулой D=RB/(RA+2RB).
 Принимая значения RL, RA, RB равными 1 кОм, 7 кОм и 8 кОм соответственно и значение ёмкости - 2 нФ вычисляем период и частоту теоретически:
 TТЕОР=27,0085 мкс, fТЕОР 37 кГц. 
 
 


Модель  генератора в EWB. 


Рис. 3. 

Осциллограмма выходных сигналов. 


Рис. 4.
 TЭКСП=27,0085мкс, fЭКСП 37 кГц.
 Разница между  частотой, найденной теоретически, и частотой, полученной экспериментально, незначительна.
 
Разработка  счетчика импульсов  с управляемым  сбросом.
 К счётчикам  относят автоматы, которые под  действием входных импульсов  переходят из одного состояния в  другое, фиксируя тем самым число  поступивших на их вход импульсов  в том или ином коде.
 Счетчик цифровой функциональный узел, предназначенный для счёта поступающих на его вход импульсов. В интервалах между поступающими импульсами счётчик хранит информацию о количестве, то есть содержит элемент памяти.
 Элементарными ячейками счётчика являются триггеры. Элементарные ячейки связаны между  собой таким образом, чтобы каждому  поступающему импульсу соответствовало  единственной состояние триггера. Ячейки счётчика называются разрядами. Число  устойчивых состояний, которое может  принять данный счётчик, называется его ёмкостью или коэффициентом  счёта:
 КС=2N-1, где N число триггеров (ячеек).
 Классификация цифровых счетчиков может быть проведена  по следующим признакам:
    способ записи информации в счетчик;
    способ организации сигналов переноса;
    направления счета;
    модуль счета..
 По первому  признаку все счетчики разделяются  на синхронные и асинхронные. В синхронных счётчиках подсчет импульсов  осуществляется только при наличии  сигналов синхронизации, в асинхронных  счет производится при их отсутствии. По второму признаку счетчики подразделяются на:
    счетчики с последовательным переносом;
    счетчики с параллельным (ускоренным) переносом;
    счетчики с последовательно-параллельным переносом;
По третьему признаку счетчики подразделяются на:
    суммирующие, показание которых увеличиваются на единицу с приходом очередного входного импульса;
    вычитающие, показание которых уменьшается с приходом очередного импульса;
    реверсивные, направление в которых зависит от управляющих сигналов.
 По последнему классификационному признаку счетчики делятся на:
      двоичные, модуль счета, которых равен степени числа 2;
      не двоичные, модуль счета, которых не является степенью числа 2 (например: десятичные).
 Кольцевые счетчики импульсов цифровые счетчики, образованные сдвигающими регистрами, замкнутых в кольцо. В таких счетчиках выход последнего разряда регистра соединен с информационным входом младшего разряда регистра. Коэффициент деления такого счетчика равен разрядности регистра, замкнутого в кольцо или больше его на единицу.
 
 В курсовой работе используется двоичный счётчик с  коэффициентом счёта 29 (рис. 5), собранный на базе двух ИМС 74163, представляющих собой четырехразрядные синхронные двоичные счетчики со сбросом
Модель  счётчика в EWB.

Рис. 5.
Входы ИМС 74163:
VCC - питание;
GND - «земля»;
CLK - синхровход;
CLR - вход очистки, управляется низким уровнем;
A, B, C, D - входы загрузки;
QA, QB, QC, QD - выходы счётчика;
LOAD - вход разрешения загрузки, управляется низким уровнем;
ENP и ENT - входы разрешения счёта, управляются высоким уровнем;
RC0 - выход переброса, высокий уровень появляется при переходе от пятнадцатого импульса к нулевому. 
 


Принцип работы счётчика.
 На синхровход первой ИМС от функционального генератора подаются сигналы. На входы второй ИМС также подаются сигналы, но, тем не менее, она остаётся заблокированной, так как на её входы разрешения счёта подключены к выходу RC0 первой ИМС, срабатывающему только при появлении пятнадцатого импульса. Когда на данном выходе высокий уровень, второй ИМС разрешается вести подсчёт, и она фиксирует следующий импульс, после которого блокируется из-за отключения RC0.
 Таким образом, осуществляется переход между разрядами  шестнадцатеричного числа, двоичное представление  которого и подсчитывается устройством. Принцип работы счетчика так же можно представить в виде таблицы истинности (табл. 1)
 Система сброса срабатывает при достижении счётчиком  шестнадцатеричного числа «1D» (или «11101» в двоичной системе счисления). Состоит из четырёх-входового конъюнктора и логического элемента «Сложение по модулю два». При достижении счётчиком шестнадцатеричного числа «1D» (или «11101» в двоичной системе счисления) на выходе конъюнктора образуется логическая единица, поступающая на второй вход логического элемента «Сложение по модулю два» (на первом же входе всегда высокий уровень), тем самым на выходе образуется низкий уровень, поступающий на вход очистки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Таблица работы счётчика.
                                                                  Табл. 1.
C X5 X4 X3 X2 X1
0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 1
2 0 0 0 1 0
3 0 0 0 1 1
4 0 0 1 0 0
5 0 0 1 0 1
6 0 0 1 1 0
7 0 0 1 1 1
8 0 1 0 0 0
9 0 1 0 0 1
10 0 1 0 1 0
11 0 1 0 1 1
12 0 1 1 0 0
13 0 1 1 0 1
14 0 1 1 1 0
15 0 1 1 1 1
16 1 0 0 0 0
17 1 0 0 0 1
18 1 0 0 1 0
19 1 0 0 1 1
20 1 0 1 0 0
21 1 0 1 0 1
22 1 0 1 1 0
23 1 0 1 1 1
24 1 1 0 0 0
25 1 1 0 0 1
26 1 1 0 1 0
27 1 1 0 1 1
28 1 1 1 0 0
29 1 1 1 0 1
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Разработка  формирователя 1, формирователя 2, формирователя 3. 

     Дешифратором (декодером) называется цифровое устройство комбинационного типа, осуществляющее преобразование n-разрядного двоичного  кода в m-разрядный унитарный код.
     Унитарный код (код «1 из  m») может быть прямым (одна «1» в некотором разряде m-разрядного двоичного кода и m-1 нулей) или обратным (один «0» и m-1 единиц).
     Примеры записи унитарного кода для m=8:
прямого 0001 0000, 0100 0000, ...       2) обратного 1101 1111, 0111 1111, ...
     Дешифраторы входят в состав практически всех серий цифровых интегральных микро  схем и отличаются:
-числом выходов (полные и неполные дешифраторы);
-видом преобразования - в прямой (прямые выходы) или обратный (инверсные выходы) унитарный код;
-наличием или отсутствием управляющего входа. Сигнал на этом входе разрешает или запрещает выполнение микросхемой операции дешифрирования;
-быстродействием, которое характеризуется средним временем задержки распространения сигнала от входа до выхода t;
-энергопотреблением; т.е. мощностью, потребляемой от источника питания.
   Mультиплексор  устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.    
  Демультиплексор устройство, в котором сигналы с одного информационного входа поступают в желаемой последовательности по нескольким выходам в зависимости от кода на адресных шинах. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора.

   На входы загрузки дешифраторов подаются сигналы младших разрядов со счетчика. Старший разряд подключается ко входу разрешения загрузки Е, причем к одному дешифратору подключается прямой сигнал, к другому инверсный. Это позволяет дешифраторам работать по очереди (первый работ при счете 0-15, второй при счете 16-29), в то время как у другого дешифратора на все выходы подается высокий уровень. 

   Инверсные выходы дешифратора необходимой разрядности подключаются к конъюнкторам. Если для подключения выходов потребовалось несколько конъюнкторов, то они подключаются к логическому элементу «И-НЕ». Таким образом если номер такта не совпадает ни с одним из подключенных выходов дешифратора, то на логический элемент «И-НЕ» подается высокий уровень, а на выходе из него получается низкий. Если же номер такта совпадает с одним из подключенных выходов дешифратора, то на логический элемент «И-НЕ» подается низкий уровень, который на выходе преобразуется в высокий.
 Итак, на выходе Формирователя (Рис. 6) получается тридцатиразрядная периодично повторяющаяся последовательность, указанная в техническом задании.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.