Следует подчеркнуть, что в ряде стран выпускаются особые серий микросхем КМОП с шифром 74С (здесь цифра 74 заимствуется от названия массовых серий ТТЛ, буква С — от сокращения СМОS, в русском варианте — КМОП)
Микросхемы серии 74С по уровням электрических сигналов, напряжению питания, структуре и цоколевке в точности соответствуют микросхемам ТТЛ серии 74LS (т. е. отечественной серии К555). Более новые, высококачественные варианты, называемые 74НС (Н—high), соответствуют серии 74LS и по быстродействию, они постепенно вытесняют ее из многих видов цифровой аппаратуры.
В третьей главе рассмотрены микросхемы ЭСЛ. Это самая скоростная логика является, пожалуй, самой спорной. Потребителей отпугивает очень большая рассеиваемая мощность. Однако разработчики ЭСЛ много раз «спасали» эту логику от наступления ТТЛ, открывая с ее помощью новые возможности увеличения быстродействия цифровых устройств. В настоящее время быстродействие ЭСЛ достигло субнаносекундного диапазона (серия К1500), а перспективные серии ТТЛ работают пока еще со скоростью в 3...4 раза меньшей.
В книге используются таблицы номенклатуры и таблицы состояний. В таблицах номенклатуры перечисляются отечественные микросхемы, приводятся их зарубежные аналоги. В каждую таблицу сводятся микросхемы определенного типа для нескольких сходных серий. Наличие микросхемы в серии отмечается крестиком. Таблицы состояний отображают логические функции микросхем. Здесь, как и на принципиальных схемах, использованы мнемонические обозначения, которые сведены в табл. П.1, приведенную в Приложении книги.
Зная буквенно-цифровое обозначение, с помощью табл. П.2 можно найти в этой книге интересующую микросхему ТТЛ серий К155, К555, К531, КР1533 и КР1531. В таблице микросхемы перечислены в алфавитном порядке букв, входящих в их обозначение.
Наименования отечественных цифровых микросхем отличаются от соответствующих зарубежных. Вместе с тем в иностранных радиолюбительских журналах, а также в переводных изданиях можно найти много полезных вариантов применения микросхем. С целью ориентировки, в зарубежных названиях микросхем ТТЛ в табл. П.3 показана связь их с отечественными аналогами. Таблица П.4 поможет найти в книге микросхемы КМОП серий К176 и К561 по их буквенно-цифровому обозначению. С соответствием наименований зарубежных и отечественных микросхем КМОП можно ознакомиться по табл. П.5. Микросхемы ЭСЛ наносекундной (К500) и субнаносекундной серий (К1500) можно отыскать по табл. П.6 и П.7, где они перечисляются в порядке возрастания их условных номеров.
8. В справочнике [8] большое внимание уделено одному из самых перспективных направлений микроэлектроники - микропроцессорным комплектам (МПК). Значительное место занимают технические характеристики и функциональные особенности основных перспективных серий однокристальных микроЭВМ.
Наряду с материалом по цифровым микросхемам большой раздел посвящен аналоговым микросхемам.
В разделе по конструктивно-технологическому применению описаны конструкции корпусов микросхем, предназначенные для поверхностного монтажа, и особенности технологии. Из этого справочника я извлек правильное условно-графическое изображение и технические характеристики элементов, используемых в схеме разрабатываемого устройства.
9. Cправочник [9] написан с использованием материалов стандартов. В одних случаях – это таблицы значений, в других – сведения реферативного характера, дающие представления о содержании стандарта и порядке установленных величин. Он содержит все изменения и дополнения, обусловленные развитием стандартов.
В книгу включены сведения об отечественных технических и программных средствах автоматизации разработки и выполнения конструкторских документов, о подходе к организации работ по автоматизации. Приведены примеры чертежей, выполненных автоматизировано, на основе которых сделаны обобщения и даны рекомендации для разработки систем автоматизации конструкторской документации. Справочник иллюстрирован конструкторскими документами на изделия радиопромышленности с методическими пояснениями к ним.
10. В книге [10] рассматриваются особенности схемотехники и применения микроэлектронных средств обработки аналоговых сигналов: операционных усилителей, перемножителей, компараторов напряжения, аналоговых таймеров, схем дискретизации, АЦП и ЦАП, однокристальных систем сбора-обработки сигналов, аналоговых микропроцессоров, выпускаемых отечественной промышленностью. Значительное внимание уделяется цифровой обработке аналоговых сигналов с применением микропроцессоров. Описываются конкретные примеры построения аналого-цифровых систем. В курсовом проекте была использована микросхема АЦП К572ПВ4, основные параметры которой и отражены в этой книге.
11. Книга [11] представляет собой обзор устройств и применение современных датчиков, в том числе датчиков температуры, давления, параметров светового излучения, характеристик жидкостей и др. Отсюда я использовал датчики давления, влажности и температуры.
12. Книга [12] посвящена проблеме разработки аппаратуры и программного обеспечения для сопряжения ПК типа IBM PC с различными внешними устройствами, возникающик при создании компьютерных систем и сетей. Приведены справочные данные по интерфейсам ISA, Centronics, RS-232C, а также типичные схемотехнические решения позволяют проектировать устройства сопряжения в наибольшей степени соответствующие конкретной задаче и удовлетворяющие требованиям стандартов.
13. В книге американских авторов [13] детально проанализированы особенности архитектуры и функционирования микропроцессорных систем, необходимые для организации интерфейса с ОЗУ, ПЗУ и другими внешними устройствам, включая семисегментный индикатор, АЦП и ЦАП. Основное внимание уделено описанию особенностей технических средств и способов их применения при расширении микропроцессорных систем. В данном курсовом проекте использованы отсюда сведения про последовательный интерфейс с ЭВМ, включая принципы преобразования уровней сигналов в соответствии со стандартом RS-232.
14. В журнале [14] приведены схемы, описания их функционирования, технические параметры и характеристики, а также различная информация по программированию, компьютерным играм, ряд важных советов в области применения компьютера. Основой моего курсового проекта послужила схема устройства сопряжения с компьютерами через последовательный порт.
Выбор структурной схемы для любого устройства производится исходя из назначения проектируемого устройства. На этапе составления структурной схемы разработчик только намечает самые крупные блоки и связи между ними.
Структурная схема разработанного устройства (см. приложение 1) состоит из следующих блоков:
1. Датчики первичной информации – температуры, влажности, освещенности и давления.
2. Усилители – осуществляют усиление аналоговых сигналов.
3. Генератор - предназначен для тактирования цифровых узлов устройства.
4. Счетчик подсчитывает количество импульсов пришедших на вход.
5. Коммутатор – осуществляет выборку канала датчика.
6. Преобразователь (АЦП) - преобразует код, приходящий от коммутатора в цифровой вид.
7. Узел сопряжения – осуществляет передачу цифрового кода в ЭВМ. Является конечным блоком в преобразовании.
Проектируемое в курсовом проекте устройство предназначено для контроля параметров окружающей среды: температуры, влажности, освещенности и давления. Соответственно, на структурной схеме имеются блоки «Датчик температуры», «Датчик влажности», «Датчик освещенности» и «Датчик давления». Далее, полученный сигнал нужно усилить для согласования уровня сигнала, поступающего на вход АЦП, для этой цели служат четыре усилителя.
Т.к. измеряемых параметров несколько, то нужно осуществлять выборку канала от датчика. Для этой цели служит коммутатор, на вход которого поступает также сигнал от счетчика, который и адресует нужный канал.
Выбранный сигнал в аналоговом виде поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который преобразует аналоговый сигнал в цифровой. Он также будет временно хранить данные, поступающие от датчика, до передачи этих данных в компьютер.
Уже на этапе составления структурной схемы предполагаем, что для приема данных от устройства будет использован последовательный порт (стык С2). Поэтому на схеме имеется “узел сопряжения”, на вход которого поступают сигнал от датчика в цифровом виде и сигнал от счетчика, адресующий этот сигнал. Уже с этого узла данные поступают в ЭВМ.
Как и большинство цифровых устройств, наша разработка нуждается в синхронизации. Для этой цели введен блок «Генератор». Импульсы с него поступают на счетчик, который координирует работу всех остальных частей системы.
3. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Функциональная схема выбирается исходя из задач, которые должна выполнять проектируемая система и исходя из выбранной структурной схемы. Итак, опишем и обоснуем выбор узлов функциональной схемы (см. приложение).
Итак, данная схема устройства состоит из следующих основных блоков:
1. Генератор таковых импульсов – генерирует колебания фиксированной частоты. Фактически это может быть генератор любой конструкции, генерирующий прямоугольные импульсы, но наиболее приемлемым в нашем случае будет использование генератора с кварцевой стабилизацией на логических элементах (например, К561ЛН2), т.к. устройство предъявляет жесткие требования к точности измерений.
2. Делитель частоты используется для получения импульсов переменной частоты в зависимости от делителя на входе. Служит для уменьшения частоты генератора и получает импульсы прямо с него. Реализуется на счетчике и логических элементах. Должен обеспечивать частоту деления 14.