Автор работы: Пользователь скрыл имя, 19 Декабря 2012 в 17:37, реферат
Цель работы: проектирование Модуля ввода/вывода аналоговых, дискретных сигналов и ввода импульсных сигналов для интерфейса ISA.
Задачи:
Разработка структурной схемы модуля
Разработка принципиальной схемы модуля на дискретных компонентах
Разработка принципиальной схемы модуля на ПЛИС
Расчет емкости конденсаторов фильтра питания производится по уравнению резонанса [9]:
(19)
Емкость конденсатора определяется следующим выражением:
(20)
Фильтр высоких частот рассчитывается на частоту 20 кГц, низкочастотный фильтр рассчитывается на промышленную частоту 50 Гц.
Разобьем все микросхемы на две группы: в первую группу войдут микросхемы, потребляющие ток до 10 мА включительно, во вторую группу – более 10 мА.
Ток, потребляемый микросхемами, находим с использованием справочных данных [1] и [2], при этом выбираем максимально возможные значения и заносим их в таблицу 2 и таблицу 3.
Таблица 2. Ток, потребляемый микросхемами, до 10мА
Позиционное обозначение |
Серия, тип микросхемы |
Iпот, мА |
Кол-во |
Итого |
DD3, DD4 |
КР1533ЛЛ1 |
4,9 |
2 |
9,8 |
DD5 |
КР1533ЛЕ1 |
4 |
1 |
4 |
DD6 |
КР1533ЛИ1 |
4 |
1 |
4 |
DD7 |
КР1533ЛН1 |
4,2 |
1 |
4,2 |
DD8 |
КР1533ЛН2 |
3,8 |
1 |
3,8 |
DD9 |
КР1533ЛE4 |
4 |
1 |
4 |
DD10 |
КР1533ТВ6 |
4,5 |
1 |
4,5 |
DD13-DD17 |
КР1533ИД7 |
10 |
5 |
50 |
DD21 – DD23 |
К293ЛП6Р |
10 |
3 |
30 |
DD30 |
К293ЛП1 |
10 |
1 |
10 |
DD31 |
КР1533ЛА4 |
2,2 |
1 |
2,2 |
Итого |
18 |
126.5 |
Таблица 3. Ток, потребляемый микросхемами, больше 10мА
Позиционное обозначение |
Серия, тип микросхемы |
Iпот, мА |
Кол-во |
Итого |
DD1, DD2 |
КР1533ЛП16 |
10,6 |
2 |
21.2 |
DD12, DD20, DD18 |
КР1533ИР23 |
28 |
3 |
84 |
DD24 – DD27 |
КР1533ИЕ7 |
22 |
4 |
88 |
DD28-DD29 |
КР1533АП14 |
28 |
2 |
56 |
Итого |
11 |
249.2 |
Средний потребляемый ток для первой группы 7мА
Средний потребляемый ток для второй группы 23мА
Сопротивление нагрузки первой группы вычисляются по формуле:
Значение емкости для конденсаторов C7 – C24 по формуле:
В результате расчетов выбираем керамические конденсаторы C9 – C29 из ряда E24 [6]:
К10 – 17Б – 5В – 3 нФ ±5%.
Сопротивление нагрузки второй группы вычисляются по формуле:
Значение емкости для конденсаторов C25 – C35 по формуле:
В результате расчетов выбираем керамические конденсаторы C25 – C35 из ряда E24 [6]:
К10 – 17Б – 5В – 6,2 нФ ±5%.
Определим значение емкости конденсатора C6, приняв частоту f = 50 Гц.
Суммарный потребляемый микросхемами ток 126.5+249.2=375.7мА.
Общее сопротивление схемы:
.
Емкость конденсатора С6:
В результате расчетов выбираем электролитический конденсатор C6 из ряда E24 [6]:
К53 – 4 – 6,3В – 43 мкФ ± 5 %.
Фильтр питающего напряжения Ucc2=5B цифрового источника содержит 3 фильтрующих конденсаторов С3 – С5, включаемых между выводами питания микросхем и общим проводом GNDA. С36 - общий полярный конденсатор. Сопротивление нагрузки микросхем DD32-DD34:
Рассчитаем значение емкости для конденсаторов C3 – C5 по формуле:
В результате расчетов выбираем керамические конденсаторы C3 – C5 из ряда Е24 [6]:
К10 – 17A – 5В – 3.3 нФ ±5%.
Рассчитаем емкость общего конденсатора C36, взяв суммарное значение тока, потребляемого микросхемами от источника Vcc1=+5В:
В результате расчетов выбираем электролитический конденсатор C36 из ряда E24 [6]:
К53 – 4 – 6.3B – 30 мкФ ±5%.
В схеме ввода-вывода на базе ПЛИС нагрузочные резисторы R8-R13 предназначены для ограничения тока, протекающего через светодиоды оптопар DD6-DD8 от источника VCC=+3,3B. Ток, протекающий через светодиод оптопары, IHL= 10 мА [2], при этом падение напряжения на нем, определяемое по вольтамперной характеристике [4], составляет VHL=1,4 B. Значение нагрузочного резистора определяется по формуле [5]:
Ом (21)
Определим мощность, рассеиваемую на резисторе:
По результатам расчетов выбираем резисторы R1-R14 из ряда E24 [6]:
МЛТ 0,063 – 150 Ом ± 5 %
Фильтр питающего напряжения Ucc2=5B цифрового источника содержит 3 фильтрующих конденсаторов С11 – С13, включаемых между выводами питания микросхем и общим проводом GNDA. С10 - общий полярный конденсатор. Сопротивление нагрузки микросхем DD6-DD8:
Рассчитаем значение емкости для конденсаторов C11 – C13 по формуле:
В результате расчетов выбираем керамические конденсаторы C11 – C13 из ряда Е24 [6], аналогично выбираем C11-C13:
К10 – 17A – 5В – 3.3 нФ ±5%.
Рассчитаем емкость общего конденсатора C10, взяв суммарное значение тока, потребляемого микросхемами от источника Ucc2=+5В:
В результате расчетов выбираем электролитический конденсатор C10 из ряда E24 [6]:
К53 – 4 – 6.3B – 30 мкФ ±5%.
4.2. Расчет временных задержек
Временные параметры работы дешифратора адреса при установке и снятии адреса на дешифратор адреса:
Время прохождения сигнала через усилитель:
Время появления данных при записи в регистр КР1533ИР23:
Время появления данных при чтении с регистра КР1533ИР23:
Время появления данных при записи в ЦАП AD5340:
Время появления данных при чтении с буфера КР1533АП14:
Время появления данных при чтении с АЦП TLV571:
Заключение
Тема курсового проекта - «ISA модуль ввода/вывода информации».
Модуль построен на базе современных элементов. Основной серией микросхем является КР1533. Разработана принципиальная электрическая схема на базе дискретных компонентов, принципиальная электрическая схема на базе ПЛИС семейства MAX3000A EPM3128ATC144-10.
Разработанный модуль имеет следующие характеристики:
- 1 аналоговый входов;
- 1 аналоговый выход;
- разрядность АЦП 8 бит;
- разрядность ЦАП 12 бит;
- разрядность шины процессора 8 бит;
- 6 дискретных входов;
- 6 дискретных выходов;
- коммутируемое выходное напряжение 60В;
- коммутируемый ток выходов 3000мА;
- род тока выходов DC - постоянный;
- тип входной шины АЦП - ПрПс;
- тип выходной шины ЦАП - ПрПс;
- разрядность реверсивного,
асинхронного счетчика
- ДА реализован на микросхемах "DC".
Список литературы