Рисунок 4 – Структурная схема изделия (вариант 2)

В отличие от первого варианта обработка данных происходит после преобразования в последовательный код. Преобразователь также должен формировать и стартовый сигнал в посылке. Входными данными преобразователя кода также являются: сигнал начала посылки, сигнал с генератора и данные выходных регистров АЦП. Выходными данными являются последовательное представление входных параллельных с предшествующими им стартовыми битами для формирования стартового сигнала.

Формирователь последовательные данные формирует согласно: при входном значении «0» – не изменение уровня сигнала, при входном «1» – изменение уровня. Оба устройства работают синхронно от частоты опорного генератора.

Для того, чтобы выбрать из приведенных вариантов наиболее простой и приемлемый, необходимо рассмотреть отличие в работе формирователей. В первом варианте схемы формирователь работает с полным набором сигналов реализуя функцию 27 переменных. Хотя на входе и присутствует весь набор данных, формирователь обрабатывать их может только последовательно, так как значение Nого бита зависит от состояния N-1ого , а N-1ого от N-2ого и так далее. Таким образом, если взять за время t0 время задержки в элементе, реализующем базовую функцию N-1оговыходного и Nого входного сигнала (в данном случае таким базовым элементом может являться элемент, реализующий функцию исключающего или), то общая задержка в формирователе будет составлять 27t0. Таким образом становиться очевидным использование последовательностной схемы (автомата), значение входных сигналов котоpой зависит не только от значений входных сигналов в данный момент, но и от состояния схемы, опpеделяемого сигналами в пpедыдущий момент времени. Определив величину задержки такой схемы в t0, получим задержку в формирователе также t0. Структурная схема реализации устройства с последовательностным автоматом приведена во втором варианте рисунок 4.

Во втором варианте схемы сигнал начала посылки соответствует моменту выставления данных выходными регистрами предшествующего узла, и его можно непосредственно использовать узлом преобразователя кода для загрузки данных в регистры. В первом варианте устройства необходимо будет предусмотреть задержку этого сигнала на величину задержки формирователя.

Необходимо так же отметить нецелесообразность коммутирования 27 линий данных между двумя узлами устройства: формирователем и преобразователем, когда во втором варианте линия данных всего одна.

Указанные недостатки первого варианта структурной схемы делают ее менее предпочтительной. По этому для построения схемы электрической принципиальной выбран второй вариант структурной схемы изделия.

4 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

В соответствии с техническим задание уровни сигналов соответствуют ТТЛ (U0£0.4B U1³2.4В). Таким образом в разрабатываемом изделие предпочтительным является использование цифровых интегральных микросхем серий ТТЛ. К таким микросхемам относятся микросхемы серий К155, К555, КР1533, КР531. Основные характеристики микросхем перечисленных серий сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Основные параметры микросхем серий ТТЛ

Из приведенных данных особое внимание обратим на потребляемую мощность: наименьшей потребляемой мощностью обладают микросхемы серий К555 и К1533, но в отличие от других типов микросхем, микросхемы серий КР531 обладают значительно меньшей величиной задержки в элементе и как следствие большей частотой работы. В соответствии с техническим заданием длительность передачи одного бита информации составляет 0.5мкс, что соответствует частоте переключений 2Мгц. Такая частота не является предельной ни для одной серии. Таким образом следует отказаться от использования микросхем с большим потреблением: К155 и КР531. Из серий К555 и КР1533, для дальнейшей разработки и расчетов выбраны микросхемы серии К555, которая полностью удовлетворяя по показателям: частота переключений, входные и выходные токи, нагрузочная способность, является более дешевой и доступной. Серия К555 содержит все элементы использующиеся для дальнейшей разработки и расчета схемы электрической принципиальной.

При построении генератора тактовой частоты используется кварцевый резонатор. Из возможных вариантов серий кварцевых резонаторов была выбрана серия РК-170, содержащая кварцевый резонатор необходимой частоты и стабильности, работающий на частоте первой гармоники. Размеры резонатора 18x23x8мм. При планарном расположении резонатор не превышает указанной в техническом задании высоты платы. Рабочая температура, влажность, механическая прочность, вибрация полностью соответствуют требованиям предъявляемым изделию.

В соответствии с техническим заданием высота платы не должна превышать 15мм, таким образом для обеспечения соединения с другими узлами аппаратуры и блоком питания необходим угловой разъем. При указанной максимальной длине платы - 100мм, и большом количестве коммутируемых сигналов разъем должен быть малогабаритным, двухрядным, обеспечивать надежное соединение, работать на частотах до 2МГц. Руководствуясь приведенными выше соображениями был выбран разъем ОН-КГ-125. Параметры приспособленности к окружающей среде полностью удовлетворяют параметрам на изделие.

5 РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ

5.1 Разработка и расчет узла генератор

Для того, чтобы определить вариант используемой схемы генератора тактовой частоты, необходимо определить требуемую стабильность работы изделия. В соответствии с техническим заданием длительность передачи информации от начала посылки составляет 13мкс, при этом погрешность времени передачи последнего бита информации не должна превышать 0.02мкс. Таким образом величина стабильности, которую должен обеспечивать генератор должна составлять 1.5*10-3.