Материал: Курсач

где D_max — максимальное значение измеряемой величины;

ΔD — точность измерения.

Для сокращения количества элементов при построении измерителя временных интервалов в качестве счетчика для подсчета тактовых сигналов используем двоично-десятичный счетчик, работающий в соответствии с кодом обмена с устройством обработки. Такой счетчик будет содержать 3 последовательно включенных одноразрядных двоично-десятичных счетчиков. Количество двоичных разрядов счетчика определим по формуле:

.

Разрядность регистра с параллельным вводом и последовательным выводом информации определим исходя из того, что для отображения каждого десятичного разряда требуется 4 бита:

.

3 Разработка принципиальной схемы устройства

3.1 Выбор элементной базы

При разработке устройства используем интегральные микросхемы серии КР1533. Маломощные интегральные микросхемы данной серии предназначены для организации высокоскоростного обмена и обработки цифровой информации, временного и электрического согласования сигналов в вычислительных системах.

Микросхемы серии КР1533(74ALS- зарубежный аналог), потребляют энергию на 1 бит в 20 раз меньшую, чем у старых серий. Микросхемы изготавливаются по усовершенствованной эпитаксально-планарной технологии. В микросхемах использованы интегральные транзисторы Шоттки с очем малым обьемом коллекторной области, чем реализовано практически предельное быстродействие.

Чтобы сохранить значительную нагрузочную способность при безопасной плотности коллекторного тока, входной ток низкого уровня уменьшен до 0,2 мА(вместо 1,6 мА для К155). В схему логического элемента добавлен эммитерный повторитель.

Технические характеристики:

Стандартные ТТЛ уровни сигналов.

Напряжение питания 5,0В ±10%

Задержка на вентиль 4 нс

Мощность потребления на вентиль 1 мВт

Тактовая частота до 70 МГц

Выходной ток нагрузки низкого уровня до 24 мА

Выходной ток нагрузки высокого уровня до 15 мА

Гарантированные статистические и динамические характеристики при

емкости нагрузки 50 пФ в диапазоне температур до +70°С и напряжений питания 5 В ±10%.

Устойчивость к статическому электричеству до 200 В.

Широкий набор типономиналов микросхем.

3.2 Проектирование схем выделения фронтов временного интервала

Для формирования сигналов начала временного интервала служат формирователи импульсов (детекторы фронтов). Детектор фронтов предназначен для формирования коротких импульсов в момент переключения логических перепадов.

В состав детектора фронтов входит детектор заднего и переднего фронта. Так как необходимо измерять длительность паузы, то детектор переднего фронта подключается к R-входу триггера, а детектор заднего фронта к S-входу.

Выберем триггер на основе МС КР1533ТР2(четыре RS-триггера). Основной режим - режим хранения, при этом на входах и высокий уровень напряжения. При подаче низкого уровня на один из входов, на выходе устанавливается высокий/низкий уровни напряжения.

Для реализации детектора переднего фронта выберем элементы И-НЕ на основе микросхемы К1533ЛА3. 4 элемента И-НЕ сформируют импульс необходимый для срабатывания триггера.

Рисунок 6 – Схема ДПФ

Рисунок 7 – Временная диаграмма ДПФ

Для реализации детектора заднего фронта выберем элементы ИЛИ-НЕ на основе микросхемы К1533ЛЕ1. 4 элемента ИЛИ-НЕ сформируют импульс необходимый для срабатывания триггера, а так как триггер управляется нулями, для создания импульса низкого уровня воспользуемся пятым элементов ИЛИ-НЕ.

Рисунок 8 – Схема ДЗФ

Рисунок 9 – Временная диаграмма ДЗФ

Рисунок 10 – Схема детектора фронтов

3.3 Проектирование генератора

Генератор тактовых импульсов обеспечивает работу счетчика и преобразователя параллельного кода в последовательный. Для обеспечения необходимой частоты для двух устройств используем делители частоты с заданным коэффициентом пересчета.

Для построения генератора тактовых импульсов необходимо рассчитать

его частоту, основываясь на точности измерения и скорости передачи его

частоту, основываясь на точности измерения и скорости передачи. Найдем наименьшее общее кратное и получим f_Г.

Найдем коэффициенты пересчета для ДЧ:

- для счетчика:

• для преобразователя кода:

Простейший автогенератор можно построить на логических элементах И-НЕ (ИЛИ-НЕ или Инверторах), в котором обратная связь через конденсатор охватывает два элемента DD1.4 и DD1.5, при чем DD1.4 выведен в линейный усилительный режим с помощью резистора отрицательной обратной связи R1=220 Ом. Элемент DD1.11 применяется чтобы уменьшить влияние нагрузки на частоту автогенератора.

Рисунок 11 – Схема тактового генератора

Частота автогенерации . R₁=220 Ом. Значит:

В качестве инверторов выберем микросхему К1533ЛА3.

Построим делители частоты с заданными коэффициентами пересчета.

Рисунок 12 – Делитель частоты с коэффициентом пересчета равным 24

Рисунок 13 – Делитель частоты с коэффициентом пересчета равным 5

3.4 Проектирование счетного устройства

В качестве счетчика для подсчета тактовых сигналов используем двоично-десятичный счетчик с кодом 2421. Для построения счетчика используем D-триггеры. Синтезируем суммирующий счетчик на основе D-триггеров с естественным порядком счета.

Произведем минимизацию с помощью карт Карно в базисе Шефера: