Разработка цифрового генератора шума

В качестве элементов или были выбраны четыре логических элемента исключающее или (сумма по модулю 2), выполненных на микросхеме 1533ЛП5:

Рис. 3

t _зад=4.5 н.с.

P=2мВт

Работа переключения 4 пДж

Коэффициент разветвления по выходу 40

Напряжение питания +5В

Выпускается в корпусах типа DIP и FP

Отклонение напряжение питания от номинала ±10%

Диапазон рабочих температур:

для КР1533, КФ1533 -10 - +70°С

для 1533, И1533 -60 +125°С

Операция исключающее или не является базовой в алгебре логики и поэтому может быть реализована в эквивалентной схеме, содержащей логические элементы НЕ, И и ИЛИ.

Диоды VD1, VD2

Они являются одинаковыми, так как выполнены на одной микросхеме К561ЛП2.

Таблица 2 Диод КД522А

Исходя из расчётных данных, выбираем элементы следующих параметров

Резисторы:

R1 МЛТ-5,1 Мом -2% -0,25 Вт

R2 МЛТ-2,0 Мом -2% -0,25 Вт

R3 МЛТ-2,0 Мом -2% -0,25 Вт

2.4 Разработка принципиальной схемы

Принципиальная схема -- графическое изображение с помощью условных графических и буквенно-цифровых обозначений (пиктограмм) связей между элементами электрического устройства.

Состоит из блоков:

На рис.4 представлено графическое обозначение регистра сдвига;

На рис.5 представлено графическое обозначение тактового генератора;

Тактовый генератор-это электронное устройство осуществляющее тактирование в синхронных устройствах, сетях и системах; и управляющее выполнением логических операций в этих устройствах, сетях и системах.

Рис.4 регистр сдвига

Рис.5 тактовый генератор

На рис.6 представлено графическое обозначение цепи запуска;

Рис.6 цепь запуска

На рис.7 представлено графическое обозначение сумматора по модулю 2.

Рис.7 сумматор по модулю 2

Сумматор по модулю 2 выполняет суммирование без учета переноса. Построение двоичных сумматоров обычно начинается с сумматора по модулю 2. На рисунке приведена таблица истинности этого сумматора. Ее можно получить исходя из правил суммирования в двоичной арифметике.

На рис.8 представлена принципиальная схема цифрового генератора шума

Рис.8 Цифровой генератор шума

2.5 Принцип действия устройства

Генератор шума содержит последовательный восьмиразрядный регистр сдвига, выполненный на микросхеме К561ИР2, сумматор по модулю 2 (DD3.1), тактовый генератор (DD3.3, DD3.4) и цепь запуска (DD3.2), выполненные на микросхеме К561ЛП2.

Тактовый генератор выполнен на элементах DD3.3 и DD3.4 по схеме мультивибратора. С выхода генератора последовательность прямоугольных импульсов поступает на входы "С" регистров сдвига DD1 и DD2, образующих 8-разpядный регистра сдвига. Запись информации в регистрах происходит по входам "D". На вход "D" регистра DD1 сигнал поступает с элемента обратной связи сумматора по модулю 2 - DD3.1. При включении питания возможно состояние регистров, когда на всех выходах присутствуют низкие уровни. Так как в регистрах М-последовательности запрещено появление нулевой комбинации, то в схему введена цепь запуска генератора, выполненная на элементе DD3.2. При включении питания последний формирует на своем выходе уровень логической единицы, который выводит регистр из нулевого состояния. На дальнейшую работу генератора цепь запуска не оказывает никакого влияния. Сформированный псевдослучайный сигнал снимается с 8-го разряда регистра сдвига и поступает для дальнейшего усиления и излучения.

2.6 Расчёт мощности

При расчёте мощности потребляемой схемой учитываются все используемые в схеме устройства микросхемы.

Последовательный восьмиразрядный регистр сдвига смонтированный на микросхеме К561ИР2 с потребляемой мощностью равной 0,4 мкВт.

4 логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ(сумма по модулю 2), выполненных на микросхеме 1533ЛП5, с потребляемой мощностью 2мВт.

В итоге при сложении всей потребляемых мощностей всех используемых в схеме устройства микросхем мы практически рассчитаем потребляемую мощность моего устройства.

Расчет общей мощности микросхем выполнен по формуле

P_ms= P₁+ P₂ (5)

P_ms= P₁+ P₂=0.4+2=2.4 (мВт)

Расчёт общей резисторов выполняется по формуле

Р_R=P₁+P₂+P₃ (6)

P_R=0.25+0.25+0.25=0.75 (Вт)

Расчёт общей мощности конденсаторов выполняется по формуле

Р_C = P₁+P₂+P₃ (7)

Расчёт общей мощности диодов ведётся по формуле

P_VD= P₁+P₂ =3+3=6 (Вт) (8)

Расчёт мощности диодов ведётся по формуле

P₁,P₂=U•I (9)

P₁,P₂=U•I=30•0.1=3 (Вт)

Общая мощность:

P_общ= P_ms+ P_R+ Р_C+ P_VD (10)

P_общ=0,0024+0,75+ +6=

В итоге при произведённых мной расчётах потребляемой мощности по формуле представленной выше, я смог установить, что разрабатываемая мной схема будет потреблять 2.4 мВт, что является достаточным для работы моего устройства.

цифровой генератор шум

3. Проектно-технологический раздел

3.1 Компоновка печатной платы

Для создания компоновки печатной платы я использую программу PCB Layout - проектирование плат с удобной интерактивной и автоматической трассировкой. Компоновка печатной платы представлена на рис. 9

Рис.9 Компоновка печатной платы

3.2 Разводка печатной платы

После компоновки печатной платы делаем трассировку, с помощи команды на панели инструментов «Трассировка/Запуск» или при помощи команды F9.Так как плата имеет два слоя, разводка печатной платы представлена на рис. 1 и рис. 2.

На рис.10 представлена разводка печатной платы (верхний) слой .

рис. 10 разводка печатной платы (верхний) слой.

На рис.11 представлена разводка печатной платы (нижний) слой.

Рис.11 разводка печатной платы (нижний) слой.

4. Энерго и материалосбережение

Несмотря на то, что разработанная мной схема генератора псевдослучайных последовательностей выглядит относительно небольшой к ней так же можно применить несколько энергосберегающих приемов.

1) Практически любую схему, а особенно большие схемы можно упростить. Это позволит уменьшить количество использованных при производстве схемы, что в свою очередь повлечет за собой сохранение некоторое количество материалов и энергии.

2) Можно перейти на другую технологию изготовления ИМС. На примере разработанной мной схемы вместо микросхем построенных на технологии КМДП применять аналогичные микросхемы построенные на основе последних разработок в сфере производства и конструирования ИМС . Это приведет к резкому падению потребляемой мощности, и возможно не повлияет на быстродействии схемы.

3) Понизить напряжение питания. Это позволит уменьшить потребляемую мощность, а также снизит тепловыделение.

5. Охрана труда

Охрана труда -- система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия.

Кроме того, охрана труда рассматривается ещё с нескольких позиций:

1. Как основной принцип трудового права и трудовых правоотношений

2. Как система законодательных актов, а также предупредительных и регламентирующих социально-экономических, организационных, технических, санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий, технических средств и методов, направленных на обеспечение безопасных условий труда.

При работе с оборудованием разработанным мною требуется навыки пользования им. Опасного воздействия на здоровье человека он не несёт.

6. Охрана окружающей среды

При работе моего устройства вырабатывающего звуковые сигналв, не возникает вредного влияния на окружающую среду, т.к. вырабатываемые им шумы находятся в пределах разрешенного диапазона.

Данный прибор при необходимости можно утилизировать, так как элементы в устройстве можно уничтожить путём утилизации. Устройство запрещено подвергать возгаранию, что может привести к выбрасов вредных газов в атмосферу. Не выбрасывать составные устройства так как это может привести к загрязнению почвы.

Заключение

В результате выполнения курсовой работы разработаны и обоснованы структурная и принципиальные схемы цифрового омметра.

Разработанное устройство, которое вырабатывает, псевдослучайную последовательность звуковых шумов.

При выполнении данной работы был получен ценный опыт разработки подобных устройств, также были закреплены знания полученные на лекционных и практических занятиях.

Литература

1. А.А. Бокунев, Н.М. Борисов и др.; Справочная книга радиолюбителя-конструктора: Под ред. Н.И. Чистякова. - М.: Радио и связь, 1990г.

2. Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ: Справочник. - М.: Машиностроение, 1993г.

3. Богданович. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник: Минск, 1991г.

4. Цифровые интегральные микросхемы: справочник : Минск , Беларусь, 1991г