Разработка генератора кодовых последовательностей импульсов на интегральных схемах (стр. 4 из 4)
где:∆Iun- максимальное значение переменной составляющей тока потребления; tнар- длительность импульса тока; ∆Uпом.доп- допустимое значение импульсной помехи.
В качестве ∆Iunберут, как правило, 1/3 от значения тока короткого замыкания Iкзпо выходу микросхемы, который для микросхем серии К555 можно найти как:
где:Е = 5 В - напряжение питания; Uкэ= 0,95В - напряжение коллектор-эмиттер выходного насыщенного транзистора в микросхеме; Rогр= 200 0м - сопротивление токоограничительного резистора в микросхеме.
Тогда следует, что:
Выберем конденсаторы индивидуальной развязки типа К10-17, а их номинал Сupравным 0,01 мкФ.
Емкость конденсатора групповой развязки выбирается из условия:
где Lш и Rш- соответственно индуктивность и сопротивление шины питания. Так как конструкция устройства в рамках курсового проекта не разрабатывается, то указанные параметры не могут быть определены точно. По этой причине емкость Срвозьмем равной 1 мкФ, как это обычно и принимается в практических устройствах на двухслойных печатных платах.
3.5 Расчет длительности переходных процессов
Длительность переходных процессов от момента выработки очередного тактового импульса до момента установления нового состояния устройства определяется с целью оценки быстродействия устройства и для выявления сбойных ситуаций, когда сигнал в цепи обратной связи (при наличии таковой) не успевает поступить на вход устройства до момента выработки следующего тактового импульса.
В разрабатываемом устройстве представляет интерес время распространения сигнала от ГТИ до момента записи кода. Цепь распространения информации при этом включает:
счетчик D2 (К1533ИЕ6) - время задержки распространения сигнала от тактового входа до информационных выходов составляет: tзд.рD2=19нс;
время задержки распространения сигнала в логическом элементе D3 (К1531ЛН1) составляет: tзд.рD3=5нс;
преобразователь кодов на мультиплексорах D4..D7 (К1531КП7) от адресных входов до информационных выходов - время задержки распространения сигнала составляет: tзд.рПК=12,8нс;
блок контроля кодовых комбинаций D8 от информационных входов до выхода – время задержки распространения сигнала составляет: tзд.рD8 =12,8нс;
Общее время переходного процесса в первом цикле работы, таким образом, составляет
Таким образом, при заданной тактовой частоте (F=20МГц) обеспечивается устойчивое функционирование устройства, т.к. tуст. меньше тактового периода (49,6<50).
3.6 Расчет потребляемой мощности
Мощность, рассеиваемая в процессе работы устройства, складывается из мощностей, потребляемых входящими в него элементами:
3.7 Оценка показателей надежности
Основными показателями надежности устройства служат вероятность безотказной работы P(t), вероятность неисправной работы Q(t), наработка на отказ T0и коэффициент готовности Кг. Исходными данными для расчета этих показателей служат значения интенсивности отказов λiдля каждого входящего в устройство элемента. Взятые из справочников значения λi приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.2
| Тип элемента | Количество | Значение λ |
| Конденсатор К53-14 | 1 | 0,035×10-6 |
| Конденсатор К 10-17 | 11 | 0,03×10-6 |
| Резистор С2-33 | 3 | 0,05×10-6 |
| Микросхема К555ЛА3 | 1 | 0,01824×10-6 |
| Микросхема К1531ЛН1 | 1 | 0,01824×10-6 |
| Микросхема К1531КП7 | 6 | 0,0228×10-6 |
| МикросхемаК1533ИЕ6 | 1 | 0,0228×10-6 |
Общая интенсивность отказов определяется формулой:
и будет равна:
Значение λобщопределено для лабораторных условий эксплуатации и для наземных стационарных условий должно быть скорректировано умножением на поправочный коэффициент К = 10. Таким образом, при расчете будем считать λобщ = 0,71108×10-6 1/ час. Определим вероятность безотказной работы устройства в течение 1000 час:
Тогда вероятность неисправной работы будет равна:
Q(t) = 1- P(t) = 1- 0,989953 = 0,00071083.
Наработка на отказ составит:
Значение коэффициента готовности зависит от времени ремонта данного устройства Тр, которое для простого устройства не превышает 0,5 час. Тогда коэффициент готовности будет равен:
полученное значение коэффициента готовности следует признать удовлетворительным.
4. Моделирование отдельных узлов генератора в программе «ElectronicsWorkbench»
Моделирование схемы проводится с целью практической апробации результатов проектирования и подтверждения работоспособности устройства. Для моделирования используется программа «Electronics Workbench», совмещающая возможности анализа и проектирования схем. Для проверки работоспособности спроектируем и проанализируем работу блока генератор кодов. На рисунках представленных ниже приведены модели отдельных блоков генератора и модель самого генератора кодов.
Рис. 4.1 – блок преобразователя кодов «РК», рис. 4.2 – блок контроля «ВК», рис. 4.3 – схема счетчика упрощенная «SCHET», рис. 4.4 – блок генератора кодов «GK», рис. 4.5 – блок генератора тактовых импульсов «GTI», рис. 4.6 – блок схемы начальной установки «SNU», рис. 4.7 – собранная схема генератора кодов и сигналограмма его работы.
Рис. 4.1. Схема преобразователя кодов «РК»
Рис. 4.2. Блок контроля «ВК»
Рис. 4.3. Схема счетчика упрощенная «SCHET»
Рис. 4.4 – блок генератора кодов «GK»
Рис. 4.5 – блок генератора тактовых импульсов «GTI»
Рис. 4.6 – блок схемы начальной установки «SNU»
Рис. 4.7 – схема генератора кодов и сигналограмма
Как следует из полученных временных диаграмм сигналов на выходах ГК (рис.4.7), он циклически (начало цикла соответствует нижней диаграмме импульса переноса счётчика импульсов) принимает состояния: 0000, 0101, 0010, 0100, 0110, 1000, 1010, 1100, 1110, 1111, Перечисленные стояния соответствуют заданной последовательности кодов. На рис.4.7 проиллюстрирован процесс выявления незапланированных кодов блоком контроля (3-я диаграмма снизу на сигналограмме), что позволяет судить о правильности работы устройства, так как сигнал на выходе блока контроля находится в состоянии «0», т.е. устройство не выдает ошибки, следовательно, устройство не дает сбоев и выдает заданные кодовые последовательности.
Заключение
Разработанный генератор кодовых последовательностей импульсов рассчитан на работу в стационарных наземных условиях и полностью соответствует заданию. В рамках проекта рассмотрены варианты реализации узлов и компонентов устройства, путем сравнительного анализа выбран оптимальный вариант схемы, проверена работоспособность схемы. Определены основные показатели функционирования и оценена надежность устройства.
Генератор кодовых последовательностей импульсов построен на базе стандартных интегральных микросхем преимущественно типа ТТЛШ и может найти применение в качестве контроллера вычислительной информационной системы.
Литература
1. Схемотехника ЭВМ: Учебник для студентов вузов спец. ЭВМ. Под ред. Г.Н. Соловьева. - М.: Высшая школа, 1985.
2. Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ: Учебное пособие для спец. ЭВМ вузов. - М.: Высшая школа,1987.
3. Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника: Учеб. пособие для вузов.- М.:Радио и связь, 1990.
4. Последовательностные схемы средней интеграции типа транзисторно-транзисторной логики: Описание лабораторных работ по курсу «Расчет и проектирование элементов ЭВМ»./ Лернер М.И., Трифонов Е.Ф., Шадрин М.п. - Пенза, РИО ППИ, 1985.
5. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/ М.И.Богданович, И.Н.Грель, С.А.Дубина и др. - Мн.: Беларусь, Полымя, 1996.
6. Применение интегральных микросхем памяти: Справочник/А.А. Дерюгин, В.В. Цыркин, В.Е. Красовский и др.; Под ред. А.Ю. Гордонова, А.А. Дерюгина.- М.: Радио и связь, 1994.
7. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база. - М.: ИТАР-ТАСС, 1993.
8. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. радио, 1979.
9. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств: Учеб. пособие / Под ред. Л.Н.Преснухина. - М.: Высшая школа, 1982.
10. Схемотехника ЭВМ: Методические указания по курсовому проектированию./Лернер М.И., Смирнов А.М., Шадрин М.П., Трифонов Е.Ф. - Пенза, РИО ППИ, 1986.
11. Чулков В.А., Смагин Ю.А., Фролов Г.В. Компьютерное макетирование электронных схем: Методическое пособие. - Пенза, Изд-во Пензенского технологического института, 1999.