Laika intervālu veidošana ar ciparu skaitītājiem. Laika intervālu mērīšana. Displeja ierīces dizains

Mazāki izmēri un lielāka veiktspēja nekā iepriekšējās paaudzes GT658 metru klāstā padara jauno laika skaitītājs uzņēmums GuideTech piemērots vēl plašākam pielietojumam.

GuideTech skaitītāji ir viegli paplašināmi un darbojas moduļu sistēmās. Tas ļauj tos izmantot dažādos PCI, PCIe, PXI, PXIe balstītos CTIA risinājumos, kā arī integrētās sistēmās (ISS).

Laika izšķirtspēja:
Modelis GT668-1 \u003d 0,9 pS
Modelis GT668-2 \u003d 1,8 pS
Modelis GT668-15 \u003d 15 pS
Modelis GT668-40 \u003d 40 pS

Taimeris GT668 - reāls sasniegums ātrgaitas laika un testa tehnoloģijā. Pateicoties jaudīgajai nepārtrauktās laika zīmogošanas tehnoloģijai, tiek novērsta nepieciešamība pēc papildu palaidējiem, veidņu marķieriem un laika atjaunošanas ķēdēm.

Izmantojot GuideTech laika mērītāju, varat pārbaudīt seriālo saskarni un veikt pilnīgu satricinājumu analīzi dažu milisekunžu laikā, ātri un automātiski izmērīt veiktspēju un veikt pārbaudes augstas precizitātes ražošanas vidēs uz jebkuras ATE platformas, ieskaitot lētus mājas instrumentus.

GT668 PXI un PXIe kartes var paplašināt līdz 34 vienpusējiem ievades kanāliem, izmantojot vienu 3U PXI & PXIe šasiju.

GT668 var izmērīt frekvenci, periodu, impulsa platumu, fāzes nobīdi, Tpd, pieauguma / krituma laiku, laika kļūdu, 1 PPS, nervozēšanu, fāzes bloķēšanu un pulksteņa nervozēšanu, spektra modulāciju un daudz ko citu.

Šasija GuideTech GT668 PXI 3U ir rūpnieciskas kvalitātes paplašināma platforma, kas nodrošina 100 MHz lielu precizitāti ar NIST kontrolētu kalibrēšanu, lai izveidotu optimālas testa sistēmas par zemām izmaksām.

Lietošanas joma:
- 1 PPS uzraudzība
- Ātrgaitas rūpnieciskais skaitītājs
- Laboratorijas un zinātniskie pētījumi
- Pulsa ilguma izmaiņas
- fāzes bloķēšanas shēmas un frekvences modulācija
- Alana dispersija
- frekvences, vibrācijas un fāzes nobīdes mērīšana
- pusvadītāju ATE
- Radaru, lāzeru un ultraskaņas sistēmu sinhronizācija
- Laika datu pārraide
- Reālā laika, laika zīmogi

Programmatūra:
- Programmatūras pakotnes un API
- Windows 32 bitu, 64 bitu
- LINUX 32 bitu, 64 bitu
- NI LabVIEW
- Pitons
- Java
- Pielāgotas programmatūras izstrāde / atbalsts

Iespējas:
- Ļoti zems trokšņa līmenis
- Augsta precizitāte, elastība un mērīšanas ātrums (4M m / s uz kanālu)
- Divas programmējamas izejas
- UTC sinhronizācija ar 1 PPS
- Iebūvēta kontrolēta NIST laika skala
- tieša pāreja no zinātniskās laboratorijas sistēmas uz ražošanai gatavu instrumentu
- Viegli paplašinās, lai izveidotu sarežģītas PXI / PXIe sistēmas ar līdz 17 kartēm / 34 sinhronizācijas kanāliem
- Viegli saskaņo ATE sistēmas

Perioda un laika intervālu mērīšanai ir divas galvenās metodes:

Oscilogrāfisks;

Elektroniskā skaitīšana.

Laika intervālu mērīšana ar osciloskopu tiek veikta pētāmā sprieguma oscilogrammā, izmantojot lineāro slaucīšanu. Sakarā ar būtiskām kļūdām intervāla sākuma un beigu skaitīšanā, kā arī slaucīšanas nelinearitātes dēļ, kopējā laika intervālu mērīšanas kļūda ir daži procenti. Daudz mazāka kļūda ir raksturīga specializētiem laika intervālu skaitītājiem ar spirālveida slaucīšanu.

Pašlaik visizplatītākās elektroniskās skaitīšanas metodes perioda un laika intervāla mērīšanai. Galvenie no tiem ir:

Digitālā metode laika intervālu mērīšanai;

Interpolācijas metode;

Vernjē metode.

Digitālā metode laika intervālu mērīšanai

Harmoniskā signāla perioda mērīšanas princips ar digitālu metodi, izmantojot digitālo frekvences mērītāju, ir paskaidrots attēlā. 17.1., Kas parāda ierīces blokshēmu harmonisko svārstību perioda mērīšanas režīmā un tās darbībai atbilstošās laika diagrammas.

Laika intervāla mērīšana T x digitālā metode, kuras pamatā ir tās aizpildīšana ar impulsiem pēc modeļa perioda T par, un skaitot skaitli M x šie impulsi.

Visi ierīces elementi un to darbība ir analizēti jautājumos, kas saistīti ar frekvences mērīšanu. Atskaites frekvences ģeneratora strukturālais sastāvs, mērot periodu, ir aplūkots turpmāk.

Attēls: 3.6. Digitālā metode laika intervālu mērīšanai: a - blokshēma; b - laika diagrammas

Harmoniskais signāls, periods T x kuru vēlaties izmērīt pēc iziešanas caur ievades ierīci VU (u 1 - izejas signāls WU) pulsa formētājs F2 pārveidots par īsu impulsu secību u 2 s līdzīgs periods. UVA veidošanās un kontroles ierīcē no tiem tiek veidots strobe impulss un htaisnstūra forma un ilgums T xnonākot pie vienas no laika selektora ieejām Sv. Īsi impulsi tiek nosūtīti uz šī selektora otro ieeju u 4 ar priekšzīmīgu novērošanas periodu T par,veidotājs F1 no atskaites frekvences ģeneratora svārstībām GOCH.

Laika atlasītājs Saule pāriet pie letes MF M x pulsu skaitīšana u 4 uz laiku T xvienāds ar strobe impulsa ilgumu un h... Izmērītais periods T x, kā izriet no att. 17.1, b,

T x = M x T apmēram + Δt d,(3.6)

kur Δt d = Δt līdz - Δt n - vispārēja diskretizācijas kļūda; Δt nun Δt līdz - perioda sākuma un beigu diskretizācijas kļūdas T x.

Neņemot vērā formulā (17.1) kļūdas Δt d impulsu skaits, ko saņēmis skaitītājs M x \u003d T x/T par, un izmērītais periods ir proporcionāls M x

T x = M x T apmēram. (3.7)

Skaitītāja izejas kods Vidēja diapazona, digitālā nolasīšana UCI, atbilst viņa skaitīto impulsu skaitam M xun rādījumus TsOU- periodā T x, kopš skaitīšanas impulsu atkārtošanās perioda un 5 tiek izvēlēts no proporcijas T par \u003d 1 - nkur p - vesels skaitlis. Tā, piemēram, par p = 6 UCO parāda numuru M x, periodam atbilstoša T xizteikts μs.

Perioda mērīšanas kļūda T x, tāpat kā frekvences mērījumos, ir sistemātiskas un nejaušas sastāvdaļas.

Sistemātiska sastāvdaļa atkarīgs no stabilitātes δ kv priekšzīmīga frekvence GOCH (viņa kristāla oscilators), un nejaušs galvenokārt nosaka izlases kļūda Δt dapspriests iepriekš. Šīs kļūdas maksimālā vērtība ir ērti ņemta vērā, līdzvērtīgi mainot skaitīšanas impulsu skaitu M x ar ± 1.

Kurā vietā maksimālā absolūtā izlases kļūda var noteikt pēc starpības starp divām perioda vērtībām T xiegūst pēc formulas (17.2) pie M x± 1 un M x un ir vienāds Δ T x \u003d± T par.

Attiecīgais maksimālā relatīvā kļūda

δ = ± Δ T x / T x \u003d ± 1 / M x \u003d ± 1 / ( T x f apmēram),

kur f par = 1/ T par - ģeneratora paraugfrekvences vērtība GOCH.

Mērījumu kļūdu ietekmē arī troksnis strobe-impulsa veidošanās kanālos. un 3 un pulsu skaitīšana un 4 (17.1. attēls, un), ieviešot laika modulāciju viņu pozīcijā pēc nejauša likuma. Tomēr reālās ierīcēs ar lielu signāla un trokšņa attiecību mērījumu kļūda trokšņa ietekmes dēļ ir nenozīmīga salīdzinājumā ar izlases kļūdu.

Perioda kopējo relatīvo mērījumu kļūdu procentos nosaka pēc formulas

(3.8)

No izteiksmes (17.3) izriet, ka diskretizācijas kļūdas dēļ perioda mērījumu kļūda T x strauji palielinās, samazinoties.

Palielinātu mērījumu precizitāti var sasniegt, palielinot frekvenci f par ģeneratora frekvences ķemme (reizinot kristāla oscilatora frekvenci Ku reizes), t.i. palielinot skaitīšanas impulsu skaitu M x. Tajā pašā nolūkā ķēdē pēc ievades ierīces tiek ievadīts pētāmā signāla frekvences dalītājs ar dalīšanas koeficientu TO (17.1. attēlā, unnav parādīts). Šajā gadījumā tiek veikts mērījums TO periodi T x un iekšā TO reizes relatīvā izlases kļūda samazinās.

Izlases kļūdu var samazināt un mērīšanas metode ar vairākiem novērojumiem... Tomēr tas ievērojami palielina mērīšanas laiku. Šajā sakarā ir izstrādātas metodes, kas samazina izlases kļūdu ar ievērojami mazāku mērījumu laika pieaugumu. Tie ietver: interpolācijas metode, vernier metode.

Interpolācijas metode

Interpolācijas metode sastāv no tā, ka papildus skaitīšanas impulsu periodu skaitam, kas aizpilda izmērīto laika intervālu, tiek ņemtas vērā perioda daļas, kas ieslēgtas starp atskaites un pirmajiem skaitīšanas impulsiem, kā arī starp pēdējo skaitīšanas impulsu un intervālu.

Laika intervālu mērīšana ar interpolācijas metodi ir paskaidrota attēlā. 17.2.

Attēls: 3.7. Laika intervāla mērīšana ar interpolāciju un - izmērītais intervāls, b - skaitīšanas impulsi, c - paplašinātāja izejas impulsi, r -skaitīšanas impulsu grupas, kas atspoguļo pagarinātus intervālus

Ļaujiet izmērīt laika intervālu T x, kura sākumu un beigas nosaka divi impulsi un n un un uz attiecīgi (17.2. attēls, un). Tiek pieņemts, ka izmērītā intervāla sākums nav savienots sinhroni ar skaitīšanas impulsiem, kas parādīti attēlā. 17.2, a, b.

Lai samazinātu izlases kļūdas komponentus ( Δt nun Δt līdz) intervāla sākumā un beigās T xkas atbilst šīm kļūdām, intervāli tiek pagarināti par TO reizes un katru mēra, aizpildot ar skaitīšanas impulsiem. Ņemot vērā paplašinātāju neprecizitātes, praksē tiek pagarināti garāki intervāli, piemēram, intervāli τ 1 = 2T par - Δt n un τ 2 = 2T par – Δt līdz (17.2. Attēls, c). Paplašinātāji tiek veidoti, izmantojot parasto kondensatora uzlādes un izlādes metodi ar atšķirīgu ātrumu.

Att. 17.2, iekšā tiek parādīti paplašinātāja izejas impulsi un k1 un un k2,nosakot pagarināto intervālu beigas, un pagarinātos intervālus apzīmē ar k 1 τ 1 un k 2 τ 2.

Pagarināta atstarpe, kā arī atstarpe τ apmēram starp impulsu galiem τ 1 un τ 2 digitāli mēra, izmantojot kanālus, kas satur laika selektoru un skaitītāju. Skaitīšanas impulsi, kas saņemti pie katra skaitītāja ieejas, mērot pagarinātus intervālus, parādīti 1. attēlā. 17.2, g. Izmērītie intervāli, kā izriet no att. 17.2 var attēlot kā

k1 τ1 \u003d N1T aptuveni + Δt k1; k2 τ 2 \u003d N2T aptuveni + Δt k2; τ aptuveni \u003d N o T apmēram, (3.9)

kur līdz 1 un līdz 2 - izplešanās faktori; N o, N 1un N 2 - - skaitīšanas impulsu skaits, kas aizpildīja atzīmētos intervālus, un Δt k1 un Δt k2- pagarinātu intervālu mērīšanas diskretizācijas kļūdas.

Att. 17.2 ir arī redzams, ka meklētais intervāls

T x = τ apmēram + τ 1 - τ 2.

Parametru aizstāšana šajā izteiksmē τ apmēram, τ 1 un τ 2aprēķina pēc (17.4), mēs to konstatējam

T x = N o T o + (N 1 Т о + Δt к1)/līdz 1 – (N 2 T aptuveni + Δt k2)/līdz 2. (17.5)

Ja izplešanās koeficienti ir identiski ( līdz 1 = līdz 2 = uz), mēs saņemam

T x = T par [Nē+(N 1 – N 2)/uz+(Δt k1 – Δt k2)/uz]. (3.10)

Izlases kļūdas Δt k1 un Δt k2ir vienāds sadalījums ar robežām 0 ... T par, un to atšķirība Δt k1 – Δt k2 sadalīts saskaņā ar trīsstūra likumu ar robežām ± T par... tāpēc maksimālā paraugu ņemšanas kļūda, mērot intervālu T x ir vienāds T par/uz un samazinās, palielinoties izplešanās koeficientam k. Tomēr praksē šis koeficients tiek izvēlēts vienāds ar 128 vai 256, jo ar tā turpmāko pieaugumu intervāla paplašinātāju kļūda ievērojami palielinās.

Vernjē metode

Viena no interpolācijas metodes šķirnēm ir vernjēra metode, ko bieži izmanto lineāro izmēru mērīšanas tehnikā. Laika intervālu metri Vernier principā samazina skaitīšanas sākuma un beigu kļūdas. Tomēr lielākajā daļā ierīču skaitīšanas impulsi tiek sinhronizēti ar laika intervāla sākumu, un tiek samazināta tikai beigu kļūda.

Laika intervāla mērītāja blokshēma ar skaitītāja skaitīšanu parādīta attēlā. 17.3, un.

Pulss un n sākas laika intervāla sākums impulsa ģenerators ar šoku ierosmi un afektiem sprūda 1... Aktivizētāja izejas impulss tiek atbloķēts atlasītājs 1 un sākas impulsu skaitīšana ar periodu T par. Impulss un uz intervāla beigas sprūda 1 pārvietojas sākuma stāvoklī, un skaitīšana apstājas. Skaitītājs nosaka numuru N, impulsu skaitīšanas periodu vesela skaitļa daudzkārtne. Laika intervāla beigās notiek sākums impulsa ģenerators, vienlaikus ar impulsu sprūda 2 atveras selektors 2. Vernier pulsē ar periodu

T n = (n - 1) T o / n,

kur p - daži vesels skaitlis tiek padoti uz skaitītāja impulsu skaitītāju un uz saskaņošanas shēma.

Attēls: 3.7. Vernjē metode laika intervālu mērīšanai: a - blokshēma; b - laika diagrammas

Laika gaitā intervāls starp blakus esošajiem skaitīšanas un vernier secības impulsiem samazinās, un pie tā minimālās vērtības impulsi sāk pārklāties. Tiek iedarbināta sakritības ķēde, kuras impulss ietekmē selektors 2 un noved pie skaitīšanas pārtraukšanas vernier kanālā. Impulsu skaitītājs reģistrē verniera impulsu skaitu k.

Kā redzams no att. 17.3, b, izmērīto laika intervālu var attēlot kā summu

T x = NT par + Δt līdz, (3.11)

Δt līdz = kT par – kТ n– Δt kn \u003d kT o / p– Δt kn, (3.12)

Δt kn - kļūda skaitīšanas un vernier impulsu frontu neprecīzas sakritības dēļ.

(17.8) aizstājot ar (17.7), iegūstam

T x = NT par + kT o / lpp– Δt kn, (3.13)

Skaits k raksturo intervāla ilgumu Δt līdzizteikts perioda daļās T par... Daudzums T o / nsauca verniera soli.

Ierīces lasīšanas ierīce ir savienota ar abiem skaitītājiem tā, lai skaitlis N ir fiksēts tā nozīmīgākajos ciparos, un k - jaunākajos. Parasti p \u003d 10 m, kur m \u003d\u003d 1 vai 2, tad vērtība tiek skaitīta no vismazāk nozīmīgākajām lasīšanas ierīces bitēm Δt līdz desmitdaļās vai simtdaļās T par.

Ļaujiet, piemēram T par \u003d 100 ns, T n\u003d 99 ns, a T x \u003d 1813 ns. Nozīmīgāko lasīšanas ierīces bitu skaitīšana būs vienāda ar 18 un intervālu Δt līdz būs 13 ns. Impulsu sakritība notiks, kad vienādība 13 \u003d k100 – k99 no kurienes skaitīt vismazāk nozīmīgos ciparus k \u003d\u003d 13. Kopējais skaits ir 1813, kas atbilst izmērītā intervāla ilgumam nanosekundēs.

Vernier un skaitīšanas impulsi parasti tiek veidoti no sinusoidālajiem spriegumiem, ko rada oscilatori ar kvarca stabilizāciju. Veidošanās līmeņu nestabilitātes dēļ skaitīšanas un vernier impulsu periodi svārstās ap vidējām vērtībām T parun T. n. Ar lielu skaitu p tas var izraisīt nepatiesas spēles. Tāda pati ietekme ir arī vernera impulsa ģeneratora sākotnējās fāzes nestabilitātei. Šie faktori ierobežo mērījumu precizitāti.

Šajā rakstā tika izstrādāta ierīce laika intervālu mērīšanai. Pēc norīkojuma laika intervāls var būt 1ms - 32C robežās.

Lai izmērītu laika intervālu starp diviem notikumiem, ir nepieciešams "aizpildīt" izmērīto intervālu ar impulsiem un pēc tam saskaitīt impulsu skaitu.

Lietojot mikrokontrollerim, tas nozīmē:

Nosakot notikumu, kas atbilst laika intervāla sākumam, sāciet "ģeneratoru", kas rada noteikta ilguma impulsu secību,

Sakārtojiet impulsu skaitīšanu noteiktai secībai,

Notikumā, kas atbilst laika intervāla beigām, apturiet "ģeneratoru"

- "izsniedz" impulsu skaita vērtību norādītajiem portiem,

- "atiestatīt" impulsu skaitītāja vērtību

Laika intervālu mērīšanas funkcionālā diagramma

Ierīces algoritma apraksts.

Programmas sākumā ir uzskaitīti visi šī procesora pārtraukumu vektori, pirmais pārtraukums ir atiestatīšanas vektors (rjmp RESET).

Šajā apakšprogrammā tiek inicializēti nepieciešamie mikrokontrollera perifērijas mezgli, proti:

A ports ir konfigurēts izvadīšanai

C ports ir konfigurēts izvadīšanai

D osta konfigurējams ievadei

Pārtraukums ir konfigurējamsint 1 (nokrišanas pārtraukums)

Pārtraukums ir konfigurējamsint 0 (malu pārtraukums)

Tiek noteikta kaudzes augšdaļa

Inicializējošā programmas daļa beidzas ar komanduSEI - atļauja strādāt pārtrauc

Pēc pulsa frontes ierašanās (pie izejasint 1 (PD 3)), tiek ģenerēts pārtraukumsint 1, komandu skaitītājs "pāriet" no galvenā cikla uz pārtraukšanas vektoru tabulu adresē $ 0004, ir komanda doties uz pārtraukuma apstrādātājuEXT _ INT 1.

Pārtraukšanas apstrādes rutīnā taimera skaitītājs T0 tiek noregulēts.

Taimeris ir iestatīts uz salīdzināšanas skaitli (125), pirmsskalera vērtību (8) un darbības režīmu (atiestatīts nejauši). Tas nozīmē, ka skaitītāja vērtība palielināsies astoņiem procesora darbības cikliem. Kad tas sasniedz 125, (125 * 8 \u003d 1000, ar pulksteņa frekvenci 1MHz, pulksteņa periods sasniedz 1 μs, 1000 μs - 1 ms), notiks T0 sakritības pārtraukums Tādējādi ik pēc 1 ms T0 izraisīs pārtraukumu. Komandareti , pārtraukuma apstrādātājs beidzas, programmas skaitītājs atgriežas galvenajā cilpā (kur bija pārtraukums).

Ik pēc 1 msT0 tiek aktivizēts TIM0_COMP pārtraukums. Šajā pārtraukumā tiek veikta viena darbība - reģistra pāra palielināšanaZ par vienību. Šeit pārtraukums beidzas.

Kad impulss nokrīt (uz int0 (PD2) tapas), tiek ģenerēts int0 pārtraukums. Šajā apakšprogrammā indeksu reģistra satursZ tiek kopēts ostās (A un C), pēc tam skaitīšanas reģistra saturs tiek atiestatīts uz nulli, kam seko taimera skaitītājs T0 (0 tiek ierakstīts skaitītāja vadības reģistrā). Tas pārtrauc pārtraukumu.

Elektriskā pamata diagramma

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Publicēts http://www.allbest.ru/

Kursa darbs

par šo tēmu: " Dizains unmērītājses laika intervāls»

Pabeidzis: Paško A.N

eS-52 grupa

Pārbaudīts:Protasova T.A.

NOapsēstība

Ievads

1. Laika intervālu mērīšanas metodes

2. Ierīces strukturālo un funkcionālo shēmu izstrāde

3. Ierīces shematiskas shēmas izstrāde

3.1 Elementa bāzes izvēle

3.2. Shēmu izstrāde laika intervāla malu atlasei

3.3 Ģeneratora dizains

3.4 Frekvenču dalītāju projektēšana

3.5. Subtraktīvā BCD skaitītāja sintēze ar 8421 + 6 skaitīšanas secību D flip-flops

3.6 Displeja ierīces dizains

3.6.1 Kodu pārveidotāja sintēze

3.6.2 Paralēla reģistra sintēze ar vienfāzes datu saņemšanu

3.7. Paralēli sērijas pārveidotāja projektēšana

3.8. Vadības ierīces dizains

3.8.1. Skaitītāja ar konversijas koeficientu 16 sintēze

3.8.2. Atiestatīšanas ķēdes projektēšana

3.8.3 Kavēšanās līnijas projektēšana

Secinājums

Atsauces saraksts

Ievads

Digitālās shēmas ir zinātnes, tehnoloģiju un ražošanas nozare, kas ir saistīta ar elektronisko sistēmu izstrādi, izpēti, projektēšanu un ražošanu, kur informācijas pārveidošana un apstrāde notiek saskaņā ar diskrētas funkcijas likumu. Digitālo shēmu rūpnieciskajai attīstībai ir divi virzieni: enerģija (jauda), kas saistīta ar tiešo un maiņstrāvu pārveidošanu metalurģijas, elektriskās vilces, elektroenerģijas rūpniecības vajadzībām, un informatīvā, kas ietver audio un video iekārtas, telekomunikācijas, tehnoloģisko ražošanas procesu mērīšanu, kontroli un regulēšanu. zinātniski pētījumi tehniskajā un humānajā jomā.

Informācijas apmaiņa elektroniskajās sistēmās notiek, izmantojot signālus. Signālus var pārvadāt dažādi fiziski lielumi - strāvas, spriegumi, magnētiskie stāvokļi, gaismas viļņi. Piešķirt analogos (nepārtrauktos) un diskrētos signālus.

Diskrētos signālus ir vieglāk uzglabāt un apstrādāt, un tie ir mazāk pakļauti sagrozījumiem. Šādus traucējumus ir vieglāk identificēt un labot. Tāpēc diskrētie signāli praksē tiek izmantoti biežāk nekā nepārtraukti. Ir divu veidu diskrēti signāli. Pirmais tiek iegūts paraugu ņemšanas laikā pēc līmeņiem vai nepārtrauktu signālu laikā; otrais - zīmju, ciparu vai vārdu kodu kombināciju veidā.

Analogo signālu nepārtrauktas informācijas kopas pārveidošanu par diskrētu kopu sauc par izlasi. Otrais iesniegums vārdu kombināciju veidā ir universālāks un izplatītāks. To izmanto cilvēka runas kodēšanai uz papīra, matemātikā, digitālajā elektronikā.

Visticamāk, ka tuvākajā nākotnē digitālā elektronika ieņems monopola pozīciju elektronisko sistēmu un ierīču tirgū. Mūsdienās digitālie personālie datori un kontrolieri praktiski ir aizstājuši analogos elektroniskos datorus. Tas pats notiek ar radiosakaru iekārtām, radio apraidi un televīziju (televizoriem, radioaparātiem, video ierakstītājiem, skaņas ierakstiem, fototehniku).

Principā digitālās tehnoloģijas nespēs pilnībā aizstāt analogo tehnoloģiju, jo fiziskajiem procesiem, no kuriem elektroniskā sistēma saņem informāciju, ir analogs raksturs; šajā gadījumā ieejā un izvadā ir nepieciešamas digitālās analogās un analogo ciparu ierīces.

Digitālās shēmas ir zinātnes, tehnoloģiju un ražošanas nozare, kas ir saistīta ar elektronisko sistēmu izstrādi, izpēti, projektēšanu un ražošanu, kur informācijas pārveidošana un apstrāde tiek veikta saskaņā ar diskrētas funkcijas likumu. Digitālo shēmu rūpnieciskajai attīstībai ir divi virzieni: enerģija (jauda), kas saistīta ar tiešo un maiņstrāvu pārveidošanu metalurģijas, elektriskās vilces, elektroenerģijas rūpniecības vajadzībām, un informācija, kurai pieder audio un video iekārtas, telekomunikācijas, zinātniskās ražošanas tehnoloģisko procesu mērīšana, kontrole un regulēšana. pētījumi tehniskajā un humānajā jomā.

Digitālā mērierīce ir mērinstruments, kurā izmērītā fiziskā daudzuma vērtība tiek automātiski attēlota kā cipars, kas inducēts uz digitālās lasīšanas ierīces, vai kā diskrētu signālu kopums - kods.

1 . Laika mērīšanas metodes

Laika intervālu elektroniskai mērīšanai pēc informācijas parādīšanas ir šādas metodes:

Oscilogrāfisks;

Digitāls.

Digitālās metodes laika intervālu mērīšanai ietver:

Secīgas skaitīšanas metode;

Aizkavētās spēles metode;

Vernier metode;

Metodes ar starpposma transformāciju.

Apsvērsim katras uzskaitītās mērīšanas metodes iezīmes.

Būtība secīgas skaitīšanas metode sastāv no izmērītā intervāla f mēra parādīšanās noteikta impulsu secības veidā, kas seko viens otram ar noteiktu laika intervālu f o. Šīs secības impulsu skaitu, ko sauc par kvantēšanu, izmanto, lai spriestu par intervāla ilgumu. Kvantēšanas secības impulsu skaits ir laika intervāla f mēra digitālais kods. 1.1. Attēlā parādīta secīgas skaitīšanas metodes laika shēma.

1.1. Attēls - secīgas skaitīšanas metodes laika diagramma

a) kvantēšanas secības impulsi;

b) impulsi, kas nosaka izmērītā laika intervāla sākumu un beigas;

c) kontroles impulss;

d) impulsi selektora ieejā

Ierīci, kas ievieš šo metodi, sauc par sērijveida skaitītāju. Ierīces funkcionālā shēma parādīta 1.2. Attēlā. Tās darba algoritms ir šāds. Laika selektors saņem impulsus no kvantēšanas secības ģeneratora. Laika selektoru kontrolē taisnstūra impulss, kura ilgums ir vienāds ar izmērīto intervālu f mē. Kontroles impulsu rada formēšanas vienība.

1.2. Attēls - sērijveida skaitītāja funkcionālā shēma

Kontrolimpulsa klātbūtnē caur selektoru iziet kvantēšanas secības impulsi, kurus pēc tam reģistrē skaitītājs.

Šīs metodes trūkums ir precizitātes trūkums daudzos gadījumos. Lai uzlabotu precizitāti, nepieciešams samazināt intervālu φ o vai kaut kādā veidā ņemt vērā intervālus Df 1 un Df 2. Lai samazinātu intervālu requires o, ir jāpalielina konversijas shēmu ātrums, ko ir grūti īstenot. Intervālu Df 1 var samazināt līdz nullei, ja sinhronizējat kvantēšanas secības impulsus ar sākuma impulsu. Intervāla Dph 2 ņemšanai vērā ir dažādas metodes.

Vernjē metode... Vernjē metode ir plaši piemērota laika intervālu mērīšanas tehnikā gan kā līdzeklis secīgu skaitītāju pārveidotāju kļūdas samazināšanai, gan kā neatkarīga metode dažu mērīšanas ierīču konstruēšanai.

1.3. Attēlā parādīta laika intervāla skaitītāja funkcionālā shēma ar kļūdainu metodi kļūdas Df 2 samazināšanai un ar starta impulsa sinhronizāciju (Df 1 \u003d 0).

1.3. Attēls - Laika intervālu skaitītāja funkcionālā diagramma pēc Vernjē metodes

Shēma darbojas šādi. Impulsi no kvantēšanas secības ģeneratora tiek ievadīti sakritības ķēžu ieejās un frekvences dalītāja ieejā. Frekvences dalītājs ģenerē impulsus, kas ir sinhroni ar kvantēšanas secību un tiek izmantoti testējamo ierīču iedarbināšanai. Tajā pašā laikā dalītāja impulsi atver sakritības ķēdi, kuras izejas impulsus reģistrē rupjš skaitītājs.

Vernier impulsa ģeneratoru iedarbina apstāšanās impulss. Tā radītie impulsi ar punktu

φ un \u003d (n-1) / n,

kur n ir vesels skaitlis, tie nonāk citā sakritības ķēdes ievadā un vienlaikus tiek ierakstīti ar precīzu skaitītāju.

Pēc noteikta laika perioda, atkarībā no sekcijas f 0 -Df 2 ilguma, kvantēšanas un vernier sekvences impulsi sakritīs. Sakritības ķēdes impulss bloķē vernier impulsu ģeneratoru. Acīmredzot skaitītāja ierakstīto impulsu skaits ir proporcionāls sekcijas f 0 -Df 2 ilgumam.

Izmērīto intervālu f mē var izteikt kā

F mēr \u003d (N-N n) f 0 + N n Df n, (1.1)

kur N - aptuvenā skaitītāja rādījumi;

N n - precīzā skaitītāja rādījumi;

Дф n - vernier solis, kas vienāds ar f 0 / n.

Tādējādi vernier metode ļauj samazināt absolūto mērījumu kļūdu līdz vērtībai φ 0 / n. Šajā gadījumā n vērtība var sasniegt diezgan lielas vērtības (vairākus desmitus vai pat simtus), kas nosaka metodes plašu izmantošanu.

Vernier metodes izmantošana lielām n vērtībām ķēžu mezgliem uzliek vairākas prasības, no kurām vissvarīgākās ir:

augsta verniera secības biežuma stabilitāte;

augsta abu secību impulsu parametru stabilitāte;

augsta sakritības shēmu izšķirtspēja.

Būtisks vernier metodes trūkums ir neērtības, skaitot mērījumu rezultātus vairākos displejos ar turpmākajiem aprēķiniem.

TO metodes ar starpposma transformācijuietver laika un amplitūdas konversijas metodi, kā arī laika skalas konversijas metodi.

Laika un amplitūdas konversijas metodeto izmanto, lai uzskaitītu Df 2 sadaļu sērijveida skaitītājā. 1.4. Attēlā parādīta mērīšanas ierīces funkcionālā shēma.

Ierīces algoritms ir šāds. Kvantēšanas secības impulsi no ģeneratora tiek padoti sakritības 1. un 2. ķēdes pirmajām ieejām, kuras ar otro ieeju kontrolē sprūda.

Līdz ar starta impulsa atnākšanu trigeris tiek apgāzts, tajā pašā laikā tiek atvērta sakritības ķēde 2 un aizveras sakritības ķēde 1. Sāk darboties rupjā laika shēma, kas sastāv no sakritības ķēdes 2 un skaitītāja.

1.4. Attēls - Laika intervāla skaitītāja funkcionālā diagramma atbilstoši laika un amplitūdas pārrēķināšanas metodei

Apstāšanās impulss atgriež flip-flop sākotnējā stāvoklī, sakritības ķēde 2 aizveras un sakritības ķēde 1. Atstāj apstāšanās impulss vienlaicīgi nonāk pie laika amplitūdas pārveidotāja un to iedarbina. Pirmais impulss no sakritības 1. ķēdes izejas pārtrauc pārveidotāju. Šajā gadījumā pārveidotāja izejā parādās impulss, kura amplitūda ir proporcionāla intervāla ilgumam starp diviem impulsiem - apstāšanās impulsu un pirmo impulsu no sakritības 1. ķēdes izejas, t.i., proporcionāli sekcijai Df 2. Kā laika un amplitūdas pārveidotāju visbiežāk tiek izmantots lineārs zāģa zobu sprieguma ģenerators, ko kontrolē divi impulsi - iedarbināšana un apstāšanās.

Turklāt impulss no pārveidotāja izejas tiek ievadīts n-kanāla amplitūdas analizatora ieejā. Vienkāršākajā gadījumā amplitūdas analizatoru var izgatavot n paralēli savienotu integrālu diskriminatoru veidā ar vienādi izvietotiem diskriminācijas sliekšņiem. Atkarībā no impulsa amplitūdas pārveidotāja izejā, analizatora izejā tiks iegūts viena vai otra veida signāls (signāla tips ir atkarīgs no izmantotā analizatora veida), kas satur informāciju par intervāla Df 2 ilgumu. Šis signāls nonāk atšifrēšanas un displeja blokā.

Laika bāzes konvertēšanas metode sastāv no tā, ka izmērītā intervāla f mē ilgums tiek pārvērsts par ilguma kf mē impulsu, ko mēra, izmantojot secīgu skaitītāju. Laika bāzes konvertēšana parasti tiek veikta divos posmos. Pirmais no tiem sastāv no laika-amplitūdas tipa pārveidošanas, otrais - no amplitūdas-laika veida pārveidošanas. 1.5. Attēlā parādīta mērīšanas ierīces vispārējā funkcionālā shēma. Sākuma un beigu impulsi, intervāla mērījumi, starp kuriem vēlaties mērīt, tiek ievadīti laika skalas pārveidotājā. Impulss pārveidotāja izejā, kura ilgums ir km / h, kontrolē sakritības ķēdi, kas šī impulsa darbības laikā kvantēšanas impulsus no ģeneratora nodod skaitītājam. Līdz ar to ģenerators, sakritības ķēde un skaitītājs ir secīgs skaitītāja pārveidotājs, ar kura palīdzību tiek mērīts intervāls kf.

1.5. Attēls - laika intervāla skaitītāja funkcionālā diagramma atbilstoši laika skalas pārrēķināšanas metodei

Par izmērīto intervālu jūs varat rakstīt

f mēr \u003d Nf 0 / k,

kur N ir skaitītāja reģistrēto impulsu skaits.

Tādējādi aplūkotā metode ļauj izmērīt mazus laika intervālus, neizmantojot ātrgaitas mērogošanas shēmas.

Laika skalas konvertēšanas metodes kļūdu galvenokārt nosaka konversijas koeficienta k vērtība un pastāvība.

2 . Ierīces strukturālo un funkcionālo shēmu izstrāde

intervāla laika mērīšanas detektors

Projektētās ierīces strukturālā shēma ietver šādus elementus:

Pulsa formētājs (PI) - ģenerē vadības signālu, kas ļauj sākt skaitīšanu, kad pienāk izmērītā impulsa priekšējā mala. Pārtrauc skaitīšanu, kad pienāk izmērītā impulsa aizmugurējā mala.

Pulksteņa ģenerators (TG) - ģenerē augstfrekvences impulsus, kas nepieciešami laika intervāla mērīšanai, kā arī impulsus, kas nepieciešami, lai nodrošinātu koda pārveidotāja darbību, kas pārraida informāciju uz sakaru kanālu.

Pulksteņa impulsu skaitīšanas shēma (SPI) - skaita impulsu skaitu izmērītajā laika intervālā.

Vadības bloks (CU) - ir nepieciešams, lai savlaicīgi koordinētu visu ierīces vienību darbību.

Displeja vienība (BO) - nepieciešama mērījumu rezultātu parādīšanai.

Paralēli sērijas koda pārveidotājam (PPK) - pārveido kodu pārraidei uz sakaru kanālu.

2.1. Attēlā parādīta digitālās mērīšanas ierīces blokshēma, kas ietver iepriekš aprakstītos elementus.

2.1. Attēls - Projektētās ierīces blokshēma

Ierīces blokshēma sastāv no FI vienības, kas ģenerē signālus pēc izmērītā impulsa priekšējās malas un pēc aizmugures malas. Signāls, kas ģenerēts, kad ierodas priekšējā mala, ļauj pulksteņa impulsus pāriet no TG uz SPI, kas, skaitot pulksteņa impulsus no TG, tiek skaitīts. Kad pienāk aizmugurējā mala, impulsi no TG apstājas, nonākot SPI, un skaitīšana apstājas. Binārā kombinācija SPI izejā saskaņā ar CU iespējošanas signālu tiek ievadīta BO un PPK ieejās. Tālāk mērījumu rezultāts tiek parādīts BO, un PPK shēmā binārā kombinācija tiek pārveidota no paralēla koda uz sērijas kodu tālākai pārraidei uz sakaru kanālu.

Izveidosim mērīšanas ierīces funkcionālo shēmu.

Pulsa formētājs - ģenerē signālus, kas nosaka izmērītā laika intervāla sākumu un beigas. Tas ietver vadošās (ģenerē signālu, kas nosaka impulsa sākumu) un aizmugures (impulsa beigu signāls) detektorus.

No malu detektoriem impulsi tiek nosūtīti uz sprūdu, ar kura palīdzību tiek izvēlēts nepieciešamais laika intervāls.

Konjunktors ļauj iespējot vai atspējot ģeneratora ģenerēto pulksteņa impulsu pāreju.

Impulsu skaitīšanai nepieciešams skaitītājs. Lai samazinātu elementu skaitu, konstruējot laika intervāla mērītāju, kā skaitītāju pulksteņa signālu skaitīšanai izmantosim bināro decimālo skaitītāju, kas darbojas saskaņā ar apmaiņas kodu ar apstrādes ierīci.

Šāds skaitītājs satur viena cipara BCD skaitītājus virknē. Skaitītāja bināro ciparu skaitu nosaka pēc formulas:

Krātuves reģistrs - atceras informāciju, kas nāk no impulsu skaitītāja, kā arī ļauj izvairīties no mirgošanas, rādot rādītājā skaitīšanas rezultātu. Tas ir saistīts ar faktu, ka informācijas nolasīšana no reģistra tiek veikta tikai pēc skaitītāja beigām.

Kodu pārveidotājs, kas pārveido informāciju no krātuves reģistra formātā, kas ērts decimāldaļai. Pēc nosacījuma no letes tiek saņemts kods, piemēram, 8421 + 6.

Digitālais decimālais rādītājs. Noteiksim indikatora ierīces jaudu pēc formulas:

kur D maks - izmērītās vērtības maksimālā vērtība, DD - mērījumu precizitāte.

Ģenerators - ģenerē noteiktas frekvences taisnstūrveida impulsus, kas nepieciešami impulsu skaitīšanai un datu pārraidei. Darbā tiek izmantots frekvences ģenerators un divi frekvenču dalītāji ar 3 un 50, pie kuru izejas pulksteņa frekvences ir attiecīgi vienādas ar Hz un Hz.

Paralēli sērijas pārveidotājam. Lai ieviestu kodu pārveidotāju, tiek izmantots reģistrs ar paralēlu ievadi un informācijas sērijveida izvadi.

Reģistra bitu platumu ar paralēlu ievadi un secīgu informācijas izvadi nosaka, pamatojoties uz faktu, ka katra decimāldaļas atainošanai ir nepieciešami 4 biti:

Vadības ķēde nodrošina visu ierīces vienību darbības koordināciju laikā. Kontrolē informācijas pārsūtīšanu no krātuves reģistra uz indikatoru un sakaru kanālu.

2.3. Attēlā parādīta projektētās impulsu skaitīšanas ierīces funkcionālā shēma, kas darbojas pēc šāda principa: sākotnējā laika brīdī signāls tiek ievadīts DFT ieejai, kas ģenerē impulsu, kas nonāk T trigera S ieejā, tā izeju Q iestatot vienā stāvoklī, tādējādi nodrošinot nepārtrauktu piegādājot signālu AND loģiskajiem vārtiem, kuru otrajai ieejai tiek piegādāts signāls no frekvences dalītāja f / 3... Kad T flip-flop izeja Q ir augsta - pulksteņa impulsi no ģeneratora tiek padoti skaitītājam. Ja impulsa aizmugurējā mala nonāk ieejā, DPF ģenerē signālu, kas iet uz sprūda T ieeju R, un to atiestata, savukārt izeja Q iestata zemu signāla līmeni, un pie AND elementa ieejas parādās loģisks "0", kas nepalaid garām impulsus no ģeneratora - skaitītājs pārtrauks skaitīšanu.

Pienākot impulsam par signāla aizmuguri, tiek ieslēgta CU ķēde, kas ģenerē signālu, lai dotu iespēju rakstīt uz krātuves reģistru un maiņu reģistru, lai datus no tiem izvadītu attiecīgi uz indikatoriem un sakaru kanālu. Pēc tam CU ierīces elementus pārnes sākotnējā stāvoklī (t.i., atiestata), lai turpinātu mērīt citu impulsu ilgumu.

2.2. Attēlā parādīta ierīces darbības algoritma blokshēma.

Attēls 2.2 - Ierīces darbības algoritma blokshēma

Laika intervālu mērīšanas ierīce darbojas saskaņā ar šādu algoritmu.

Kad signāla priekšējā mala nonāk ierīces ieejā, tiek ieslēgts ģenerators, kas caur dalītāju f/3 ģenerē impulsus ar frekvenci f 1 \u003d 10000 Hz, un dod pulksteņa signālu, lai ieslēgtu skaitītāju, kas skaita impulsu skaitu, līdz pienāk signāla aizmugurējā mala. Ja skaitītājs pārplūst, tiek ieslēgts vēl viens skaitītājs, un iepriekšējais izsniedz skaitīšanas rezultātu, kas tiek ierakstīts krātuves reģistrā, lai parādītu indikatoru, un paralēlās sērijas reģistrā, lai to pārsūtītu tālāk uz sakaru kanālu. Ja pirmajā skaitītājā notiek pārpilde, tad ieslēdzas otrais skaitītājs, ja tajā notiek pārplūde, tad ieslēdzas trešais skaitītājs, bet, ja trešajā skaitītājā notiek pārplūde, tad iedegas kļūdas indikators. Kad signāls vairs nenonāk pie ieejas, pulksteņa impulsi no ģeneratora netiek padoti skaitītājam un vadības ķēdei - skaitītājs saglabā savu vērtību līdz nākamā signāla pienākšanai.

2.3. Attēls - ierīces funkcionālā shēma

3 . Ierīces shematiskas shēmas izstrāde

3.1 Elementa bāzes izvēle

Lai izveidotu ierīci laika intervāla mērīšanai, ir jāizvēlas virkne mikroshēmu, uz kurām tiks ieviesti visi ierīces bloki.

Izvēle jāizdara starp galvenajiem loģikas veidiem: TTL, ESL, MOS. Trokšņu imunitātes ziņā vispiemērotākās ir sērijas TTL mikroshēmas. ESL mikroshēmām ir nepietiekama trokšņu imunitāte, un MOS mikroshēmām ir pārmērīga trokšņu imunitāte, un to izmantošana ir pamatota ierīcēs, kuru bloki ir pakļauti ievērojamiem traucējumu efektiem. Laika nišas mērītājs nav šāda ierīce. Turklāt projektētā ierīce ir paredzēta pozitīvo impulsu ilguma mērīšanai, un ESL mikroshēmas ir negatīvas loģiskās mikroshēmas, un to izmantošanai jāizmanto līmeņa pārveidotājs, kas nedaudz sarežģī ierīces dizainu.

TTL loģisko mikroshēmu galveno sēriju salīdzināšanas rezultātā tika izvēlēta KR1533 sērija, kurai ir šādi galvenie parametri, kas parādīti 3.1. Tabulā.

3.1. Tabula - KR1533 sērijas mikroshēmu pamatparametri

Parametrs	Vērtība
Pots, mW

No 3.1. Tabulas var secināt, ka KR1533 sērijas mikroshēmām ir projektētajai ierīcei pietiekams ātrums, trokšņu imunitāte, sazarojuma koeficients un pietiekami mazs enerģijas patēriņš. Turklāt šīs mikroshēmu sērijas funkcionālais sastāvs ir pietiekami plašs, kas ir svarīgi arī praktiskā lietošanā.

Citu TTL sēriju mikroshēmu izmantošana kopā ar izvēlētajām mikroshēmu sērijām ir iespējama arī bez signāla līmeņa pārveidotāju izmantošanas.

3.2. Shēmu izstrāde laika intervāla malu atlasei

Lai kontrolētu impulsu skaitīšanas sākuma un beigu momentus no pulksteņa ģeneratora, ir nepieciešama ierīce, kas attiecīgi veidotu sākuma un beigu impulsus. Mērot impulsu laika intervālus, šādas ierīces ir malu detektori. Saskaņā ar kursa darba uzdevumu ir jāprojektē ierīce impulsa ilguma mērīšanai. Paturot to prātā, skaitīšanas sākuma impulsa veidošanai ir jāizmanto priekšējās malas detektors un jāveido skaitīšanas gala impulss - aizmugures malas detektors.

Ir daudz ķēžu priekšējo un aizmugurējo malu detektoriem. Viņiem visiem ir savas priekšrocības un trūkumi. Šajā ierīcē ieteicams izmantot detektora shēmu, kuras pamatā ir loģikas elementi. Šī shēma ir vienkāršākā, jo trūkst mikroshēmu siksnu elementu. Tipiska priekšējās malas detektora shēma parādīta 3.1. Attēlā.

3.1. Attēls - Priekšējās malas detektors

Ķēdes darbības princips ir izskaidrots ar laika shēmu 3.2. Attēlā.

3.2. Attēls - Priekšējās malas detektora laika shēma

Kā redzams no laika shēmas, impulss ķēdes izejā parādās brīdī, kad parādās ieejas impulsa priekšējā mala un ilgst kādu laiku. Izejas impulsa ilgumu nosaka detektorā iekļauto loģisko elementu kavēšanās laiks. Izejas impulsa ilgumam jābūt pietiekamam, lai skaidri iedarbinātu sprūdu, kas kontrolē ģeneratora impulsa skaitīšanas sākumu un beigas. Lai sprūda darbotos droši, ir jāievēro 3.1. Nosacījums.

Kā RS trigeri mēs izmantojam KR1533TP2 mikroshēmu, kuras reakcijas laiks nepārsniedz 26 ns. Priekšējās malas detektora izejas impulsa ilgums būs:

kur n ir detektoru veidojošo loģisko elementu skaits;

t zdr ir aiztures laiks loģiskā elementa pārslēgšanai.

Minimālais nepieciešamais impulsa platums dotajam sprūdam ir:

Lai izveidotu priekšējās malas detektoru, mēs izmantojam mikroshēmu KR1533LA3, kas satur 4 loģiskos vārtus 2-UN-NAV ar vidējo kavēšanās laiku 8 ns. Šajā gadījumā impulsa ilgums ir:

Lai palielinātu priekšējās malas detektora izejas impulsa ilgumu līdz vajadzīgajai vērtībai, ir jāizmanto četri sērijveidā savienoti invertori, kas izgatavoti uz mikroshēmas KR1533LA3. Priekšējā mala detektora shēma šajā gadījumā būs tāda, kā parādīts 3.3. Attēlā.

3.3. Attēls - Priekšējās malas detektora shēma

Tipiska aizmugures malas detektora shēma parādīta 3.4. Attēlā.

3.4. Attēls - aizmugures malu detektors

Laika diagramma, kas izskaidro aizmugures malas detektora principu, parādīta 3.5. Attēlā.

3.5. Attēls - aizmugures malas detektora laika diagramma

Lai izveidotu aizmugurējo malu detektoru, mēs izmantojam mikroshēmu KR1533LE1, kurā ir 4 loģiskie vārti 2-OR-NOT-ar vidējo kavēšanās laiku 11 ns. Šajā gadījumā impulsa ilgums ir:

Rezultātā izejas impulsa ilgums ir mazāks par minimālo nepieciešamo (3.3.). Lai iegūtu izejas impulsa ilgumu, kas nav mazāks par minimālo, aizmugurējās malas detektora ķēdē ir jāiekļauj 4 mikroshēmas KR1533LE1 loģiskie elementi. Šajā gadījumā aizmugures malas detektora shēmai būs tāda forma, kā parādīts 3.6. Attēlā, un izejas impulsa ilgums būs:

3.6. Attēls - aizmugures malas detektora shēma

3.3 Ģeneratora dizains

Lai sinhronizētu ierīces ķēdes darbību, saņemiet impulsus laika intervāla mērīšanai, impulsus, kas nosaka datu pārraides ātrumu sakaru kanālam, ir nepieciešams ģenerators, kas varētu ģenerēt pulksteņa impulsus ar noteiktu atkārtošanās ātrumu un impulsa ilgumu. Turklāt ģeneratora impulsu ilgumam jābūt pietiekamam, lai darbotos visas ar to darbināmās ierīces.

Ģeneratora frekvenci izvēlas no nosacījuma:

kur LCM ir vismazāk izplatītais daudzkārtnis.

Saskaņā ar kursa darba uzdevumu DD mērīšanas precizitāte ir 0,1 ms, un datu pārraides ātrums uz sakaru kanālu V per ir 600 biti / s. Attiecīgi pulksteņa frekvence ir:

Lai nodrošinātu noteiktu mērījumu precizitāti un pārraides ātrumu, ir nepieciešamas dažādas frekvences. Divu pulksteņu izmantošana var atrisināt šo problēmu, taču abiem pulksteņiem jādarbojas sinhronizēti, kas ir grūti. Tāpēc praksē nepieciešamo pulksteņa frekvenču iegūšanai tiek izmantots viens ģenerators un frekvenču dalītāji. Izstrādājamā ierīce izmanto divas pulksteņa frekvences, tādēļ tiek izmantoti divi frekvenču dalītāji ar dažādiem dalīšanas faktoriem. Sadalījuma koeficientus var aprēķināt, izmantojot šādas formulas:

Frekvenču dalītāju dalījuma koeficienti, kas aprēķināti pēc formulas 3.9, ir:

Pamatojoties uz to, ka ģeneratora frekvence ir 30 kHz, ģenerēšanas periods ir:

Ja darba cikls ir vienāds ar 2, impulsa ilgumam jābūt vienādam ar pauzes ilgumu:

Pulksteņa ģeneratora ķēde parādīta 3.7. Attēlā.

3.7. Attēls - pulksteņa impulsa ģeneratora ķēde

Bufera posmi oscilatorā uzlabo izejas sprieguma formu un samazina slodzes ietekmi uz svārstību frekvenci.

Pulsa un pauzes ilguma aprēķināšanas formulas ir šādas:

Lai iegūtu noteiktu frekvenci, rezistora pretestībai un kondensatora kapacitātei jābūt attiecīgi vienādai:

3.4 Dizains frekvenču dalītāji

Vajadzība pēc frekvences dalītājiem tika pamatota iepriekšējā sadaļā. Ieteicams veidot frekvences dalītājus uz secīgu skaitītāju uz D-flip-flops ar noteiktu konversijas koeficientu pēc stāvokļa dekodēšanas metodes.

Lai izveidotu skaitītāju ar noteiktu konversijas koeficientu, uz D-flip-flops tiek veidots parasts skaitītājs, un pēc tam tiek ieviestas saites, kas aizliedz nevajadzīgus stāvokļus. Jāatzīmē, ka gan pirmo, gan pēdējo lieko stāvokli var atspējot.

Lai izveidotu skaitītāju ar n stabiliem stāvokļiem, ir nepieciešami D-flip-flops. Lai izveidotu skaitītāju ar konversijas koeficientu 3, jums ir nepieciešams sprūda. Mēs izvēlamies mikroshēmu KR1533TM2, kas satur 2 D-flip-flops ar instalācijas ieejām. Aizliegtie stāvokļi atradīsies aiz 3. sākuma. Frekvences dalītāja ķēde parādīta 3.8. Attēlā, laika shēma, kas izskaidro tās darbības principu, parādīta 3.9. Attēlā.

3.8. Attēls - frekvences dalītāja shēma ar 3

3.9. Attēls - frekvences dalītāja laika diagramma ar 3

Lai izveidotu frekvences dalītāju ar 50, jums ir nepieciešami D-flip-flops. Izvēlēsimies 3 mikroshēmas KR1533TM2, katra no tām satur 2 D-flipus ar iestatīšanas ieejām. Aizliegtie skaitītāja stāvokļi sekos no aizmugures, sākot no 50. Skaitļa 50 binārais kods ir 110010. Frekvences dalītāja ar 50 shēma parādīta 3.10. Attēlā.

3.10. Attēls - frekvences dalītāja shēma ar 50

3.5. Subtraktīvā BCD skaitītāja sintēzeno konta secība 8421+6 ieslēgtsD-izraisa

Saskaņā ar kursa darba uzdevumu bināro decimālo skaitītāju sintezēšanai jābūt D-flip-flops, un tam jābūt noteiktai skaitīšanas kārtībai atbilstoši opcijai. Uzdevums nosaka skaitīšanas secību 8421 + 6, saskaņā ar šo skaitīšanas kārtību decimālzīmju binārs kods ir norādīts 3.2.

3.2. Tabula - binārā decimāldaļa kods

Decimālskaitlis	BCD

Lai sintezētu atņemošo skaitītāju, vispirms jāņem līdzi D-flip-flop darbības tabula (3.3. Tabula).

3.3. Tabula - Sinhronā D-flip-flop darbības tabula

No 3.3. Tabulas var redzēt, ka sprūda D ieejas stāvoklis tiek pārrakstīts uz tā izeju Q tikai tad, ja ieejā C.

3.4. Tabula - atņemošo skaitītāju darbības tabula

Nākamais solis atņemošā skaitītāja sintēzē ir iegūtās funkcijas D 1, D 2, D 3 un D 4 līdz minimumam samazināt. Izmantojot Karnot kartes, ir ērti samazināt šīs funkcijas. Lai izveidotu shēmu pēc Schaeffer bāzes, ir jāsamazina funkcijas pa vienībām. Minimizācijas process ir parādīts 3.5. - 3.8. Tabulā.

3.5. Tabula. Funkcijas D 1 minimizēšana, izmantojot Karnot karti

3.6. Tabula. Funkcijas D 2 minimizēšana, izmantojot Karnot karti

3.7. Tabula. Funkcijas D 3 minimizēšana, izmantojot Karnot karti

Funkciju D 1, D 2, D 3, D 4 samazināšanas rezultāts ir jāpārveido, lai izveidotu shēmu Šefera bāzē. Funkciju minimizācijas un pārveidošanas rezultāti ir doti formulās 3.16 - 3.19, bet aizņēmuma funkcija Z - 3.20.

Lai izveidotu ķēdi, jums būs nepieciešami 4 D-flip-flops, 2-AND-NOT un 3-AND-NOT elementi. Mēs izmantosim mikroshēmas KR1533TM2, KR1533LA3 un KR1533LA4. Sintezētā binārā-decimālā skaitītāja shēma ar skaitīšanas secību 8421 + 6 parādīta 3.11. Attēlā. Laika diagramma, kas izskaidro tā darbības principu, parādīta 3.12. Attēlā.

3.8. Tabula. Funkcijas D 4 minimizēšana, izmantojot Karnot karti

3.11. Attēls - binārā decimālā skaitītāja shēma

3.12. Attēls - binārā decimālā skaitītāja laika diagramma

3.6 Displeja ierīces dizains

Displeja ierīce ietver koda pārveidotāju, reģistru un indikatorus. Lai reģistru saskaņotu ar indikatoru, jums jāizmanto elementi ar paaugstinātu kravnesību. Kā šādus elementus ir ērti izmantot mikroshēmu KR1533LN8, kas satur 6 loģiskus elementus, NAV ar paaugstinātu kravnesību. Šādu elementu maksimālā strāva ir 24 mA. Kā indikatoru mēs izmantosim sarkanā mirdzuma indikatoru ALS324B. Tās galvenie parametri ir parādīti 3.9. Tabulā.

3.9. Tabula - ALS324B indikatora parametri

Lai ierobežotu maksimālo strāvu caur indikatoru, jāizmanto ierobežojošie rezistori. Ierobežojošo rezistoru pretestību varat aprēķināt, izmantojot formulu 3.21.

kur U I.p. - mikroshēmas barošanas avota spriegums;

U pr - tiešs sprieguma kritums indikatora segmentā;

I pr - līdzstrāva caur indikatora segmentu.

Izvēloties līdzstrāvu caur indikatoru, kas vienāds ar 20 mA, un ņemot loģisko nulles spriegumu, kas vienāds ar 0,5 V, mēs iegūstam:

3.6 .1 Kodu pārveidotāja sintēze

Saskaņā ar kursa darba uzdevumu mērījumu rezultāts būtu jā vizualizē, izmantojot septiņu segmentu rādītājus. Kodu pārveidotājs ir paredzēts septiņu segmentu indikatora kontrolei, pārveidojot bināro decimālo kodu kodā, kas ļauj pareizi parādīt mērījumu rezultātu, izmantojot septiņu segmentu indikatoru.

Ir vairāki veidi, kā izveidot koda pārveidotāju. Daži no tiem tiks apspriesti nākamajās apakšnodaļās.

Kodu pārveidotāja sintēze, pamatojoties uz Būla vienādojumiem

Šī koda pārveidotāja sintezēšanas metode ir balstīta uz faktu, ka katra no atļautajām kodu kombinācijām ir saistīta ar septiņu bitu kodu kombināciju, ar kuras palīdzību indikatorā tiek parādīts atbilstošais cipars aiz komata. Pēc tam nepilnīgi noteiktās funkcijas a - g tiek minimizētas, izmantojot Karnot diagrammas ar vienām un nullēm, un pēc tam kodu pārveidotāja shēmas tiek konstruētas attiecīgi Schaeffer un Peirce bāzēs.

3.10. Tabulā sniegta kodu pārveidotāja darbības tabula.

3.10. Tabula - Kodu pārveidotāja darbības tabula

Decimālskaitlis

Funkciju a - g samazināšana, izmantojot Karnot diagrammas, ir parādīta 3.11. - 3.17. Tabulā, bet samazināšanas rezultāti - formās 3.23. - 3.36.

3.11. Tabula - Funkcijas a samazināšana, izmantojot Karnot karti

3.12. Tabula. Funkcijas b minimizēšana, izmantojot Karnot karti

3.13. Tabula - Funkciju minimizēšana, izmantojot Karnot karti

3.14. Tabula. Funkcijas d minimizēšana, izmantojot Karnot karti

3.15. Tabula - Funkcijas e minimizēšana, izmantojot Karnot karti

3.16. Tabula. Funkcijas f minimizēšana, izmantojot Karnot karti

3.17. Tabula - Funkcijas g minimizēšana, izmantojot Karnot karti

Kodu pārveidotāja shēma Scheffer bāzē parādīta 3.13. Attēlā. Konstruējot ķēdi, tika izmantotas mikroshēmas KR1533LA1, KR1533LA2, KR1533LA3, KR1533LA4.

Kodu pārveidotāja diagramma Pierce bāzē ir parādīta 3.14. Attēlā. Konstruējot ķēdi, tika izmantotas mikroshēmas KR1533LE1, KR1533LE4, KR531LE7.

3.13. Attēls - Kodu pārveidotāja shēma uz Schaeffer bāzes

3.14. Attēls. Kodu pārveidotāja shēma uz Schaeffer bāzes

Sistēmas koda pārveidotāja sintēze dekodētājs-kodētājs

Kodu pārveidotāja sintēze ar šo metodi sastāv no pilnīga dekodētāja un šifrētāja izmantošanas. Pilnīga dekodētāja izeju skaits šajā gadījumā ir vienāds ar 2 4 \u003d 16, un kodētāja ieeju skaits ir 2 7 \u003d 128. Uzdevums ir noteikt kodētāja ieeju, ar kuru jāsavieno atbilstošā dekodera izeja, lai tās izejā iegūtu vēlamo kombināciju. Kodētāja ievades numura aprēķins ir balstīts uz nepieciešamā septiņciparu koda ciparu svaru. Praksē šo metodi nav praktiski izmantot augsto aparatūras izmaksu dēļ. 3.18. Tabulā parādīti kodētāja ieeju skaitļi, kas atbilst dekodētāja izejas skaitļiem. Izstrādātās ierīces shēma parādīta 3.15. Attēlā.

3.18. Tabula - Kodu pārveidotāja darbības tabula

Decimālskaitlis

kodētājs

3.15. Attēls - Kodu pārveidotāja shēma, kuras pamatā ir dekodētāja-šifrētāja sistēma

Kodu pārveidotāja sintēze, pamatojoties uz programmējams loģiskā matrica

Programmējamajam loģiskajam masīvam ir p ievadi, k elementi Un, kuru iznākumi veidojas k vertikālās riepas, m VAI elementi, kuru izejas ir savienotas ar moduļa 2 papildinātājiem, kas darbojas kā kontrolēti invertori. To rezultāti m invertori ir pašas PLM izejas. Katram AND elementam ir 2 p ieejas, ar kurām tas ir savienots ar visām ieejas signālu kopnēm un to inversijām. Sakaru līnijās ir iekļauti īpaši džemperi. Šie džemperi ir izgatavoti no noteikta materiāla (piemēram, nihroma, kristāliskā silīcija) vai īpašu pn savienojumu veidā, lai tos varētu selektīvi iznīcināt ("izdegt"), atstājot tikai tos savienojumus, kas nepieciešami PLM patērētājam. Vairākos PLM veidos patērētājs pats var sadedzināt džemperus, piegādājot noteiktas amplitūdas un ilguma strāvas vai sprieguma impulsus attiecīgajiem korpusa spailēm.

OR elementiem PLM, kā arī AND elementiem pie ieejas ir izdeguši džemperi, ar kuriem tie ir savienoti ar visām vertikālajām kopnēm. Pēc izdegšanas pie programmētāja nevajadzīgiem OR elementu džemperiem ir arī tikai tie savienojumi ar vertikālēm, kas nepieciešami patērētājam. VAI elementu tehniskā ieviešana ir tāda, ka pēc džemperu sadedzināšanas uz "nekas nav savienots" VAI ievadiem tiek nodrošināti loģiski nulles līmeņi.

Tāpat ieprogrammējiet OR izeju inversijas neesamību vai ieviešanu, attiecīgi sadedzinot vai atstājot džemperus uz M2 elementu augšējām ieejām.

Elementu AND, OR, M2 un iznīcināmo džemperu tehnoloģiskās izpildes metodes var būt dažādas. No loģiskā dizaina viedokļa ir svarīgi tikai, lai ķēdes inženieris, kurš izmanto PLM, pēc saviem ieskatiem varētu:

Lietot jebkuram elementam UN jebkurai PLM ieejas vai to inversijas kombinācijai;

Savienojiet ar jebkuru elementu VAI jebkuru vertikālu kopņu kombināciju (izejas UN);

Apvērst jebkura OR izeju.

Šādas iespējas ļoti atvieglo koda pārveidotāju vai, kas ir tas pats, loģisko funkciju sistēmu ieviešanu PLM.

Veidosim koda pārveidotāju, kura pamatā ir PLM (3.16. Attēls).

3.16. Attēls - PLM koda pārveidotāja shēma

3. 6.2 Paralēlā reģistra sintēzear vienfāzes datu saņemšanu

Lai indikatoros attēlotā informācija tiktu rādīta uz nenoteiktu laiku, kā arī izslēgtu impulsu skaitīšanas procesa rādīšanu, ko veic skaitītājs (mirgošana), ir jāizmanto ierīce, kas ļautu uzglabāt no binārā-decimālā skaitītāja saņemto informāciju. Šāda ierīce ir paralēlais reģistrs. Tās bitu skaitu nosaka skaitītāja izsniegto informācijas bitu skaits, un nepieciešamo reģistru skaitu nosaka nepieciešamo displeja elementu skaits.

Rakstīšana reģistrā jāveic pēc impulsu skaitīšanas beigām ar bināro decimālo skaitītāju. Pirms rakstīšanas reģistram jābūt iestatītam uz sākotnējo vērtību (nulle).

Lai izveidotu reģistru, ir ērti izmantot D flip-flops. Tam ir piemērots mikroshēma KR1533TM2. sintezētā reģistra diagramma parādīta 3.17. attēlā.

3.17. Attēls - paralēlā reģistra shēma

3. 7 Projektēšana paralēli-sērijveidapārveidotājs

Šis izstrādājamās ierīces mezgls tiek izmantots datu pārsūtīšanai uz sakaru kanālu. Reģistrs tiek rakstīts paralēli, un dati tiek izvadīti secīgi. Lai izslēgtu ierakstīšanu reģistrā pirms impulsu skaitīšanas beigām, tiek izmantota rakstīšanas kavēšanas shēma, līdz aizmugurējās malas detektora izejā parādās impulss.

Ieteicams veidot reģistru, pamatojoties uz D-flip-flops. To skaitu nosaka informācijas daudzums, kas jāpārraida uz sakaru kanālu. Attīstības ierīcē sakaru kanālā jāpārsūta 16 informācijas biti (4 biti no katra no 4 skaitītājiem). No tā izriet, ka nepieciešamo trigeru skaits ir 16. Izstrādātā reģistra shēma parādīta 3.18.

Ierīces darbības princips ir šāds. Visi aktivizētāji tiek notīrīti pirms ierakstīšanas sākuma. Kad pienāk impulss, aktivizētāji tiek iestatīti stāvoklī, kas atbilst pārraidītajam informācijas bitam. Turklāt informācija tiek novirzīta uz sakaru kanālu, un, pabeidzot datu pārsūtīšanu, visi reģistra flip-flops tiek iestatīti uz nulli.

3.18. Attēls - Maiņu reģistra shēma

3. 8 Ierīces dizainsvadība

Vadības bloks ir paredzēts, lai savlaicīgi koordinētu digitālo ierīču mezglu darbību. Vadības bloka galvenie uzdevumi ir:

Informācijas ierakstīšanas glabāšanas reģistros un maiņas reģistros un datu izvadīšana no tiem uz indikatoriem un sakaru kanālu;

Datu pārraides kontrole uz sakaru kanālu;

Ierīces atiestatīšana sākotnējā stāvoklī, lai varētu turpināt mērījumu;

Kļūdas signāla izsniegšana, kad izmērītā impulsa ilgums pārsniedz mērījumu diapazonu.

Lai atrisinātu šīs problēmas, mēs izmantosim:

Secīgs summēšanas skaitītājs ar pārrēķina koeficientu 16 (16 atbilst informācijas daudzumam, kas pārsūtīts uz sakaru kanālu).

Mēs izmantojam D-flip-flop un OR elementus kā elektronisku atslēgu, lai atiestatītu skaitītājus un norādītu kļūdas signālu, kad rodas kļūda.

Mēs izmantojam aizkaves līniju, lai koordinētu loģisko elementu pārslēgšanos laikā;

Atiestatiet ierīci, lai atiestatītu skaitītājus un aktivizētājus.

3. 8 .1 Skaitītāja sintēze ar konversijas koeficientu 16

Datu pārraides ierīcē kopā ar maiņu reģistru jāizmanto skaitītājs. Tas nosaka brīdi, kad visi dati tiks pārsūtīti uz sakaru kanālu. Tas ir nepieciešams, lai visus reģistra aktivizētājus iestatītu uz nulli un izslēgtu nepareizu datu pārraidi uz sakaru kanālu. Ir ieteicams veidot skaitītāju uz D-trigeriem. Lai iegūtu konversijas koeficientu 16, jums jāpielieto 4 aktivizētāji. Pielietosim mikroshēmu KR1533TM2. Sintezētā summējošā skaitītāja ķēde parādīta 3.19. Attēlā, un laika shēma parādīta 3.20.

3.19. Attēls. Summas skaitītāja shēma ar konversijas koeficientu 16

3.20. Attēls - Skaitītāja laika diagramma ar pārrēķina koeficientu 16

3. 8 .2 Reset modeļa noformēšana

Atiestatīšanas ķēde ir paredzēta, lai atiestatītu visus aktivizētājus, kas ir izstrādājamās ierīces daļa, kad barošana tiek ieslēgta, kā arī pēc mērīšanas procesa pabeigšanas un datu nosūtīšanas uz sakaru kanālu. Lai izveidotu atiestatīšanas ķēdi, ir ērti izmantot restartējamu vienu šāvienu. Kad konkrēti signāli nonāk pie tā ieejas, tas ģenerē noteiktu noteikta ilguma impulsu. Izmantosim mikroshēmu KR1533AG3 kā viena kadra. Vienšāvienam uz šīs mikroshēmas ir trīs ieejas: divas sākuma ST1, ST2 un nulles ieejas R. Vienu kadru var sākt vairākos veidos. Šajā gadījumā vispiemērotākais būtu sākums uz pozitīvas malas pie ieejas ST2 ar zemu līmeni pie ST1 un augsts līmenis pie ieejas R. Atjaunošanas ierīces ķēde ir parādīta 3.21. Attēlā, laika shēma, kas izskaidro darbību - 3.22. Attēlā.

Ģenerētā impulsa ilgumam jābūt pietiekamam, lai droši atjaunotu visus reģistrus. Izvēlēsimies ilgumu, kas vienāds ar 10 μs. Viena kadra radītā impulsa ilgumu nosaka pēc formulas 3.37

Izvēlēsimies kondensatora jaudu, kas vienāda ar 1000 pF. Tad rezistora pretestība ar impulsa ilgumu 10 μs būs 22000 omi.

3.21. Attēls - ķēdes atiestatīšana

3.22. Attēls - atiestatīšanas ķēdes laika diagramma

3. 8 .3 Kavēšanās līnijas projektēšana

Aizkaves līnija ir paredzēta, lai savlaicīgi aizkavētu rakstīšanas signālus glabāšanas reģistros un maiņu reģistrā. Ierakstīšanas signāls ir aizmugures malas detektora impulss. Kavēšanās jāveic kādu laiku

Kavēšanās līnija tiks izbūvēta uz mikroshēmas KR1533LA3 (NAND elementi). Veidojot aizkaves līniju, jāņem vērā arī tas, ka aizmugurējās malas detektors ģenerē zema līmeņa impulsu, un impulsam, kas ļauj ierakstīt reģistros, jābūt ar augstu līmeni. Viena elementa aizkavēšanās laiks ir 10 ns, un sprūda reakcijas laiks ir 22 ns. Lai aizkavētu rakstīšanas impulsu glabāšanas reģistros, mēs izmantojam 5 elementus. Kavēšanās laiks būs:

Lai aizkavētu rakstīšanas signālu maiņu reģistrā attiecībā pret ierakstīšanas signālu turēšanas reģistros, tiek izmantoti 6 elementi. Kavēšanās laiks būs:

Vadības ierīces diagramma parādīta 3.23. Attēlā. Laika intervāla skaitītāja laika shēma parādīta 3.24. Attēlā.

3.23. Attēls - Vadības ierīces diagramma

3.24. Attēls - laika intervāla skaitītāja laika diagramma

Secinājums

Kursa darba gaitā tika izstrādāta impulsa ilguma mērīšanas ierīces shematiska shēma, kas nodrošina laika intervālu, kuru ilgums nepārsniedz 1000 ms, mērīšanu ar precizitāti 0,1 ms un datu pārraides ātrumu 600.

Lai nodrošinātu šādus parametrus, tika izstrādātas galvenās funkcionālās vienības:

Impulsa veidotājs;

Pulksteņu ģenerators;

Impulsu skaitīšanas ķēde;

Vadības bloks;

Displeja bloks;

Paralēli sērijas pārveidotājam.

Atsauces saraksts

1. Avanesjans G.R., Levšins V.P. Integrētās shēmas TTL, TTLSh. - M.: Mašīnbūve, 1993. - 256 lpp.

2. Kuzņecovs V.A. Mērījumi elektronikā: rokasgrāmata - Maskava: Energoatomizdat, 1987. - 512 lpp.

3. Maltseva L.A. Digitālo tehnoloģiju pamati - M.: Radio un sakari, 1987. - 128 lpp.

4. Metodiskie norādījumi kursa darbam pie disciplīnas "Digitālā shēma" par tēmu "Digitālās ierīces projektēšana".

5. Mirsky G.Ya. Elektroniskie mērījumi - Maskava: Radio un sakari, 1986. - 440 lpp.

6. Novikovs Yu.V. Digitālo shēmu pamati. Pamata elementi un shēmas. Projektēšanas metodes - M.: Mir, 2001. - 379 lpp.

7. Ornadsky P.P. Automātiskie mērījumi un ierīces. - K.; Tehnika, 1990. - 448 lpp.

8. Potjomkins I.S. Digitālās automatizācijas funkcionālās vienības. - M.: Energoatomizdat, 1988. - 320 lpp.

9. Ugryumov E.P. Digitālās shēmas - SPb: BHV-Petersburg, 2004. - 528 lpp.

10. Šilo V.L. Populāras digitālās mikroshēmas: rokasgrāmata - Maskava: metalurģija, 1988. - 352 lpp.

11. Jakubovsky S.V., Nisselson L.I., Kuleshova V.I. Digitālās un analogās integrālās shēmas: rokasgrāmata - Maskava: Radio un sakari, 1990. - 496 lpp.

12. Puhalskiy G.I., Novoseltseva G.Ya. Diskrētu ierīču projektēšana integrētās mikroshēmās: rokasgrāmata. - M.: Radio un sakari, 1990. - 304 lpp.

Ievietots vietnē Allbest.ru

Līdzīgi dokumenti

Mikroprocesoru un digitālo tehnoloģiju ieviešana rūpniecības objektu vadības ierīcēs. Malu detektora shēmas, pulksteņa impulsa ģeneratora, skaitītāja ierīces, apstrādes ierīces izejas bloka, indikācijas un vadības bloka dizains.

kursa darbs, pievienots 2012.05.15


Digitālo un loģisko shēmu kā galveno kuģu vadības un uzraudzības sistēmu vienību projektēšana. Strukturālās diagrammas galvenās sastāvdaļas un digitālās ierakstīšanas ierīces darbības algoritms. Loģisko ķēžu sintēze un minimizēšana.

kursa darbs, pievienots 13.05.2009


Digitālo shēmu vispārīgās īpašības, to priekšrocības salīdzinājumā ar analogajām. Digitālās mērierīces projektēšana ar indukcijas plūsmas mērītāja un līdzstrāvas voltmetra funkcijām, tās funkcionālās un strukturālās diagrammas izstrāde.

kursa darbs pievienots 13.02.2013


Modinātāja dizains signāla laika noteikšanai un ģenerēšanai noteiktā laikā, analizējot ierīces strukturālās un funkcionālās diagrammas. Shematiskas diagrammas izstrāde, pamatojoties uz izvēlēto elementu bāzi. Laika diagrammu uzbūve.

kursa darbs pievienots 30.05.2015


Izstrādājiet ierīci, kas veic ātru Furjē pārveidošanu 512 signāla punktos. Apraksta ADSP-219x DSP procesoru arhitektūru. Seriālā sakaru kanāla ieviešana. Ierīces strukturālo un funkcionālo shēmu izstrāde.

kursa darbs, pievienots 16.01.2013


Projektējot sinhronu skaitītāju ar četriem izvadiem, kas cikliski maina tā stāvokļus. Digitālo datoru mezglu un bloku loģiskās sintēzes problēmu risināšana. Konkrētas ierīces strukturālo, funkcionālo un elektrisko shēmu izstrāde.

tests, pievienots 19.01.2014


Darbojošās mašīnas algoritmiskais, loģiskais un projektēšanas un tehnoloģiskais dizains. Vienkāršāko digitālo ierīču elementu bāzes izpēte. Digitālās ierīces izstrāde bināro skaitļu pasūtīšanai. Jēdzienu sintēze.

kursa darbs pievienots 01.07.2015


Strāvas un sprieguma mērīšanas metodes. Digitālā līdzstrāvas mēraparāta projektēšana. Ierīces elementa pamatnes izvēle saskaņā ar elektrisko shematisko shēmu, elementu uzstādīšanas metode. Ierīces ekonomiskās efektivitātes aprēķins.

kursa darbs, pievienots 21.07.2011


Digitālo mērierīču klasifikācija, signāla laika vērtību mērīšanas ierīces blokshēmas izstrāde. Pamata mikrokontrollera un programmatūras apraksts. Aparatūra un programmatūra ierīces kontrolei un diagnostikai.

disertācija, pievienota 20.10.2010


Laika intervālu mērītāja modelēšana MathCad. Taisnstūra pulsa ģeneratora ķēdes montāža Electronics WorkBench programmēšanas vidē. Ultraskaņas defektu detektora UD2-12 mērķis un dizains. Impulsu sinhronizācijas ģenerators.

Perioda un laika intervālu mērīšanai ir divas galvenās metodes: oscilogrāfiskā un elektroniskā skaitīšana.

Laika intervālu mērīšana ar osciloskopu tiek veikta pētāmā sprieguma oscilogrammā, izmantojot lineāro slaucīšanu. Sakarā ar ievērojamām kļūdām intervāla sākuma un beigu skaitīšanā, kā arī slaucīšanas nelinearitātes dēļ kopējā laika intervālu mērīšanas kļūda ir daži procenti. Daudz mazāka kļūda ir raksturīga specializētiem laika intervālu skaitītājiem ar spirālveida slaucīšanu.

Pašlaik visizplatītākās elektroniskās skaitīšanas metodes perioda un laika intervāla mērīšanai. Mērot ļoti īsus laika intervālus, konvertēšanas metodes ir ērtas. Pamatojoties uz šīm metodēm, tiek izveidoti intervālu reizinātāji - ierīces, kas ļauj paplašināt izmērīto intervālu par noteiktu skaitu reižu. Reizinātājus bieži izmanto kopā ar elektroniskām skaitīšanas ierīcēm.

10.1 Elektroniskais skaitīšanas laika intervāla skaitītājs

Laika intervāla skaitītāja blokshēma parādīta attēlā. 6.1 ,. Izpētītie spriegumi U x 1 un U x 2 tiek piegādāti pa diviem kanāliem uz veidošanas ierīcēm. Kad šie spriegumi sasniedz atsauces līmeņus U 01 un (U 02, veidošanas ierīču izejā parādās īsi impulsi U H un U K, kas atbilst izmērītā laika intervāla Tx sākumam un beigām. Šie impulsi iedarbojas uz sprūdu, kura izejas impulss uz laiku Tx atbloķē selektoru.

Impulsa laikā skaitītājs fiksē impulsus ar zināmu periodu T 0, kas nāk no ģeneratora.

To skaits N ir proporcionāls izmērītajam laika intervālam un tiek nolasīts no nolasīšanas ierīces,

Perioda skaitītāja ķēde atšķiras no aplūkotās ar to, ka intervāla sākuma un beigu impulsi, kas vienādi ar pētāmā sprieguma atkārtošanās periodu, tiek veidoti vienā kanālā, un otrā veidošanas ķēde nav.

Impulsu skaitīšanas periodu T 0 izvēlas kā 10 - k, s reizinājumu, kur k ir vesels skaitlis.

Skaitīšanas impulsu nestabilitātes sistemātisko komponentu var samazināt, periodiski pielāgojot ģeneratora frekvenci.

Izšķirtspējas kļūda, lai to samazinātu, palielina ģeneratora frekvenci, kuras maksimālo vērtību ierobežo izmantotā skaitītāja ātrums. Pašlaik labākie komerciāli pieejamie skaitītāji darbojas līdz simtiem megahercu frekvencēm. Diskrētības kļūdu var nedaudz samazināt, izmantojot šoku ierosinātu skaitītāja impulsu ģeneratoru, ko iedarbina UH impulss.

Ja ierīce ir paredzēta, lai izmērītu kavēšanās laiku pārbaudāmajā ierīcē, tad intervāla sākuma impulsu var sinhronizēt ar skaitīšanas impulsiem. Laika intervāla mērītājā tiek ievadīts frekvences dalītājs, ko iedarbina impulsu skaitīšana. Impulss no dalītāja izejas izraisa DUT. Sadalītāja laika aiztures nestabilitātes dēļ sākuma kļūdu nevar pilnībā novērst.

Mērījumu precizitāti var ievērojami uzlabot, izmantojot īpašās metodes, kas aplūkotas turpmāk.

Ja izmērīto intervālu atkārto, diskrētuma kļūdu var samazināt, palielinot izmērīto intervālu par veselu skaitu reižu vai veicot vairākus mērījumus.

10.2 Frekvences mērīšana

Frekvenču mērīšana ir viens no svarīgākajiem radiotehnikas uzdevumiem. Frekvenci var izmērīt ar ļoti lielu precizitāti, tāpēc ir kļuvušas plaši izplatītas metodes dažādu parametru mērīšanai ar to sākotnēju pārveidošanu par frekvenci un pēdējo mērīšanu.

Biežuma mērīšanai ir šādas pamatmetodes; kondensatora elektroniska skaitīšana, uzlāde un izlāde, izmērītās frekvences salīdzināšana ar atskaiti, kā arī selektīvu pasīvo ķēžu izmantošana.

Elektroniskā skaitīšanas metode sastāv no skaitļa, nezināmas frekvences periodu skaitīšanas parauglaika intervālā ar elektronisku skaitītāju, kura ātrums ierobežo izmērīto frekvenču diapazonu līdz 100 ... 500 MHz. Lielas frekvences ir jāpārvērš, pazeminot tās līdz norādītajām robežām. Digitālie frekvences mērītāji ļauj iegūt relatīvās frekvences mērīšanas kļūdu pakāpē 10 -11 un mazāk v. diapazons līdz simtiem gigahercu.

Kondensatora uzlādes un izlādes metode sastāv no kondensatora uzlādes vai izlādes strāvas vidējās vērtības mērīšanas, proporcionāli izmērītās svārstības biežumam. Metode ir piemērota frekvenču mērīšanai līdz simtiem kilohercu ar kļūdu aptuveni 1%.

Frekvences mērīšanu, salīdzinot ar atsauces frekvenci, var veikt plašā frekvenču diapazonā, ieskaitot mikroviļņu krāsni. Mērījumu kļūda galvenokārt ir atkarīga no kļūdas, nosakot atskaites frekvenci, un tā var būt līdz 10 -13.

Frekvences mērīšana, izmantojot selektīvās pasīvās shēmas: rezonanses ķēdes un rezonatori tiek samazināti līdz ķēdes noregulēšanai uz rezonansi, izmērītās frekvences vērtību nolasa no skaņošanas elementa skalas. Mērījuma kļūda ir līdz 10 -4.

Tādējādi visprecīzākos rezultātus sniedz elektronu skaitīšanas un salīdzināšanas metodes, kas ir saistīts ar kvantu frekvences standartu klātbūtni, kuru labākos paraugus raksturo frekvences nestabilitāte līdz 10 -13. Piemēram, ūdeņraža frekvences standarti, ko ražo rūpniecība, ļauj iegūt piemērotas frekvences ar nestabilitāti 5 ... 10 -13 dienā.

Lai veiktu precīzus mērījumus, ir jāzina ne tikai atskaites frekvences nominālvērtība, bet arī daži citi parametri, kas raksturo tā nestabilitāti.

10.3 Frekvences mērīšanas elektroniskā skaitīšanas metode

Elektroniskās skaitīšanas metodes pamatā ir impulsu ar nezināmu atkārtošanās ātrumu fx skaitīšana zināmā laika intervālā, kura ilgums ir stabils. Frekvences mērītāja vienkāršotā blokshēma (8.2. Att., A) ir līdzīga laika intervāla skaitītāja ķēdei.

Kristāla oscilatora frekvence ir izvēlēta kā n * 10 k Hz, kur k ir vesels skaitlis, un dalījuma koeficients n ir desmitkārtīgs. Tāpēc skaitītāja N ierakstīto impulsu skaits atbilst izmērītās frekvences vērtībai izvēlētajās vienībās. F 0 vērtība tiek nolasīta no ierīces nolasīšanas ierīces.

Frekvences mērīšana, uzlādējot un izlādējot kondensatoru

Šī metode ir pamats frekvences mērītāja darbībai, kura ķēde ir parādīta. att. 8.4., A. Spriegums U g ar frekvenci f x tiek padots pastiprinātājam-ierobežotājam (8.4. Att., B). Tās izejas spriegums U 2 taisnstūra impulsu veidā darbojas uz ķēdi, kas sastāv no kondensatora C un diodēm D1 un D2. Ļaujiet sākotnējā laika spriegumam pāri kondensatoram Uc \u003d U2 - lādēšanas laika konstante tiek izvēlēta daudz mazāk nekā puse no ieejas sprieguma perioda. Kondensatora lādiņa strāvas vidējā vērtība, kas iet caur diode D1 un magnetoelektrisko ierīci,

ir proporcionāls frekvencei fx, tāpēc magnetoelektriskās ierīces skala tiek kalibrēta izmērītās frekvences vērtībās.

Aplūkojamā tipa frekvences mērītāji darbojas diapazonā no desmitiem hercu līdz megahercu vienībām. Šo frekvenču diapazonu aptver vairākas apakšjoslas ar dažādām mērījumu robežām. Pāreja no robežas uz robežu tiek panākta, mainot kapacitāti, kas tiek izvēlēta tā, ka apakšjoslu ierobežojošajās frekvencēs ierīces vidējā strāva ir pietiekama, lai novirzītu bultiņu uz pilnu skalu.

Frekvences mērīšana, salīdzinot ar atsauci

Šajā metodē izmērīto frekvenci fx salīdzina ar zināmo frekvenci f 0 atskaites frekvences oscilatorā. Pārbūvējot pēdējo, tiek panākta vienlīdzība

kur Δσp1 ir frekvences salīdzināšanas kļūda.

Frekvences salīdzināšanas kļūda ir atkarīga no tā, kā tiek parādīta frekvences vienādība. Dažās ierīcēs vienlīdzības norādīšanai tiek izmantots mikseris un austiņas (8.5. Att., A). Atskaites un izmērīto frekvenču svārstību ietekmē maisītājā parādās formas mfx ± kombinēto frekvenču svārstības. nf 0, kur m un n ir veseli skaitļi. Ja starpības frekvences signāls ietilpst austiņu joslas platumā, operators dzird šīs frekvences signālu. Mainot f 0, jāsasniedz zemākais signāls, kas dažāda veida austiņām ir desmitiem hercu.

Tā kā mērījumu laikā frekvence nav zināma, metode ir neskaidra, un pirms mērījumiem ir jāzina aptuvenā f x vērtība. Aplūkoto frekvenču mērīšanas metodi dažreiz sauc par nulles sitiena metodi.

Mērījumus veic, izmantojot dakšu metodi. Salīdzināšanas kļūda ir 10 ... 30 Hz.

10.4 Frekvences mērīšana ar selektīvām pasīvām ķēdēm

Šādi mērīšana tiek samazināta līdz selektīvās ķēdes noregulēšanai uz signāla frekvenci. Frekvenci mēra pēc skaņošanas elementa stāvokļa. Šādas ķēdes var būt tilta ķēdes un svārstību shēmas. Pašlaik tilta frekvences skaitītāji, kuru darbības joma ir ierobežota līdz zemām frekvencēm, ir pilnībā aizstāti ar cita veida instrumentiem. Tikai frekvenču mērītāji, izmantojot rezonanses ķēdi, ko sauc par rezonanses viļņmetriem, ir atraduši praktisku pielietojumu. Šie vienkāršie instrumenti aptver frekvences diapazonu no simtiem kilohercu līdz simtiem gigahercu. Rezonanses viļņmetra ar ķēdi vienkāršota shēma parādīta attēlā. 8.8. Nezināmas frekvences fx spriegums caur sakaru spoli Lsv tiek ievadīts ķēdē, kas sastāv no modeļa spoles L un mainīga kondensatora C. Izmērītā frekvences vērtība tiek nolasīta no kondensatora skalas.

Frekvences mērīšanas kļūdu, izmantojot rezonanses viļņmetrus, nosaka šādi galvenie faktori: kalibrēšanas kļūda, svārstību sistēmas rezonanses frekvences nestabilitāte, komunikācijas ietekme uz ģeneratoru un indikatoru un rezonanses fiksācijas neprecizitāte. Kalibrēšanas kļūda var būt liela, ja regulēšanas mehānismā, kuram ir diezgan sarežģīts dizains, parādās darbības traucējumi. Šī kļūda palielinās mehānisma daļu nodiluma, deformāciju un pretreakcijas dēļ.

Sakarā ar savienojumu ar indikatoru un izmērītās frekvences avotu, rezonatorā tiek ievadītas aktīvās un reaktīvās pretestības. Aktīvo zaudējumu pieaugums samazina Q koeficientu, un ievadītās reaktivitātes mainīgums noved pie rezonanses nobīdes. Kļūdu samazināšanās indikatora un signāla avota ietekmes dēļ tiek panākta, samazinot savienojumu. Bet šajā gadījumā detektoram piegādātais spriegums samazinās, un pēc detektora ķēdē jāievada pastiprinātāji.