Разработка электрической схемы для мультиплексирования трехцифровых сигналов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Данная курсовая работа заключается в разработке электрической принципиальной схемы для осуществления мультиплексирования трёхцифровых сигналов, передаваемых каждый по независимой линии последовательно, на основе цифровых микросхем на основе цифровых микросхем и современного микроконтроллера PIC16 компании MicroChip Technology.

Цель написания данной курсовой работы состоит в:

- Разработать схему электрическую принципиальную для осуществления мультиплексирования трёх цифровых сигналов на основе цифровых микросхем.

-написание и отладку программы в среде MPLABXIDE. Выполнить моделирование работы схемы в программе Micro-Cap.

- Сравнить оба варианта реализации устройства между собой, отметить преимущества и недостатки каждого из них.

Мультиплексоры - это специальные сетевые устройства, которые предназначаются для передачи различных потоков информации с большой скоростью. При передаче используется единичная линия связи. Передаваемый поток информации должен обладать маленькой скоростью. Использование мультиплексоров - актуальная, быстрая и экономная мера. Их применение позволяет отказаться от создания нового канала связи, передающего информацию, независимо проводного или беспроводного.

Мультиплексор может осуществлять выборку одного из нескольких входов и подключает его к своему выходу, в зависимости от состояния двоичного кода. Другими словами, мультиплексор - переключатель сигналов, управляемый двоичным кодом и имеющий несколько входов и один выход. К выходу подключается тот вход, чей номер соответствует двоичному коду. Мультиплексор преобразует параллельный код в последовательный.

Коммуникационные сети достаточно часто используют мультиплексоры. Они помогают уменьшить стоимость связи. Именно поэтому операторы связи его часто используют. Результат работы мультиплексора будет более заметным, при условии дальнего расстояния между автоматическими телефонными станциями.

Сферы применения. Мультиплексоры могут применяться в делителях частоты, триггерных и сдвигающих устройствах, пр. Также используются для превращения параллельного двоичного кода в последовательный. На практике чаще всего приборы используются в телекоммуникациях, видеонаблюдении, записи. Применение мультиплексора в сетях связи снижает себестоимость обслуживания сети.

Принципиальная электрическая схема

Рисунок 1 Принципиальная схема на логических элементах

Моделирование схемы в MicroCAP

Используя программу MicroCap, мы собрали в ней схему мультиплексирования. Такая схема включает в себя мультиплексор (слева) и демультиплексор (справа) на три входа. В качестве источника входных импульсов мы использовали микропереключатель (кнопку - Animated Digital Switch).

Рисунок 2 Реализация схемы на логических элементах в MicroCAP

Принципиальная электрическая схема на микроконтроллере PIC16

Рисунок 3 Принципиальная схема на цифровых элементах

Программирование схемы на микроконтроллере PIC16

Рисунок 4 Принципиальная схема на цифровых элементах

программа микроконтроллер мультиплексирование сигнал

Рисунок 5 Результат проверки операции Build main project

Рисунок 6 Запуск операции Debug

Рисунок 7 Завершение командой finish debugger session

Рисунок 8 Выбор определенной строки

Рисунок 9 Адрес

Рисунок 10 Просмотр адреса

Рисунок 11 Выполнили операцию IO View PortA

Рисунок 12 Выполнили операцию IO View PortB

Заключение

Микроконтроллер - это микросхема (IC), которая запрограммирована на выполнение группы функций для регулирования набора электронных устройств. Программируемость - это то, что делает микроконтроллер уникальным.

Классификация микроконтроллеров:

· Память

· Архитектура

· Конфигурация битов

· Набор инструкций

Микроконтроллер может быть устройством, которое захватывает входные данные, обрабатывает их и генерирует выходные данные, поддерживаемые захваченными знаниями. это также называется MC или MCU (микроконтроллерный блок), который может быть компактным цифровым процессором на кристалле металл-оксид-полупроводник. Микроконтроллеры также называются “компьютерами специального назначения”. они предназначены для выполнения конкретной задачи, которая запрограммирована и хранится в ПЗУ. они доступны с бортовой памятью и портами ввода-вывода, что исключает построение схемы, имеющей отдельные внешние ОЗУ, ПЗУ и периферийные микросхемы. MC работает на более низких скоростях и требует меньше энергии. Эти особенности микроконтроллеров делают его идеальным выбором для встраиваемых приложений.

Преимущества микроконтроллера:

· Низкое время, необходимое для выполнения операции.

· Он прост в использовании, устранении неполадок и обслуживании системы.

· В эквивалентное время часто выполняются многие задачи, поэтому человеческий эффект часто сохраняется.

· Чип процессора чрезвычайно мал, и происходит адаптивность.

· Стоимость и размер системы меньше.

· Микроконтроллер прост в интерфейсе с дополнительным ОЗУ, ПЗУ и портом ввода-вывода.

· Он прост в использовании, устранении неполадок и обслуживании системы.

Недостатки микроконтроллера:

· Он имеет сложную структуру.

· Микроконтроллер не может напрямую взаимодействовать с лучшим устройством питания.

· Количество исполнений ограничено.

· Поскольку каждый микроконтроллер не имеет аналогового ввода-вывода, возникают проблемы.

Логическим элементом называется электрическая схема, имеющая один или несколько входов и один выход, работающая на принципе изменения своих внутренних параметров. Это логические элементы И, ИЛИ, НЕ и другие, и их комбинации дискретного действия, реализующие логические функции.

При изучении логических элементов пользуются булевой алгеброй логики, предложенной впервые математиком Булем в 1854 г. Алгебра логики говорит, что любое переменное имеет два состояния 1 - да или 0 - нет, что для логического элемента равносильно наличию или отсутствию логического уровня напряжения на его входе или выходе. Логические операции описываются логическими уравнениями. Логические элементы заменяют любые электроконтактные реле, в том числе и реле времени.

Достоинства логических элементов

· Отсутствие контактов и быстроизнашивающихся частей.

· Большая надежность и большой срок службы.

· Высокое быстродействие.

· Нечувствительность к влиянию внешней окружающей среды (пыль, влага, химически активные газы).

· Отсутствие необходимости в постоянном уходе и регулировке.

· Компактность блоков с логическими элементами.

· Логические элементы изготовляются как модули и не подлежат ремонту.

· Логический элемент слаботочный аппарат.

· Интегральные микросхемы логических элементов имеют очень малые габариты. В настоящее время налажена технология изготовления таких микросхем и их эксплуатация.

Недостатки логических элементов

· Чувствительность к внешним электрическим помехам (требуется специальная защита).

· Зависимость стабильной работы от температуры (требуется специальная защита).

· Нет видимого электрического разрыва.

· Не работают в цепях с плавно изменяющимися сигналами.

· Логические элементы необходимо применять в сочетании с согласующими входными и выходными (усилительными) устройствами.

· Для логических элементов требуется источник низкого сглаженного и стабилизированного напряжения.

Из этого можно сделать вывод, что микроконтроллеры весьма перспективные, так как на ее основе можно создавать разнообразные гаджеты, которые выведут его на качественно новый уровень, как по внешнему виду, так и по функционалу. Именно с помощью микроконтроллеров можно реализовать различные сложные кастомные гаджеты и устройства. Собирать устройство на основе микроконтроллера можно как на протравленной плате, так и на макетной или даже методом навесного монтажа. На мой взгляд, плюсы в данном случае однозначно перевешивают минусы.

Список используемой литературы

MicroChip. PIC16F84A - Data Sheet \18-pin Enhanced FLASH/EEPROM \ 8-bit Microcontroller, 2001. 88 с.

Амосов, В. Схемотехника и средства проектирования цифровых устройств / В. Амосов. СПб.: BHV, 2012. 560 c.

Миленина, С.А. Электротехника, электроника и схемотехника: Учебник и практикум для СПО / С.А. Миленина, Н.К. Миленин. Люберцы: Юрайт, 2016. 399 c.

Угрюмов, Е. Цифровая схемотехника / Е. Угрюмов. СПб.: BHV, 2007. 800 c.

Шустов, М.А Цифровая схемотехника. Основы построения / М.А Шустов. СПб.: Наука и техника, 2018. 320 c.

Саврушев, Э.Ц. P-CAD 2006 Руководство схемотехника, администратора библиотек, конструктора / Э.Ц. Саврушев. М.: Бином, 2014. 768 c.

Павлов, В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебное пособие / В.Н. Павлов. М.: ИЦ Академия, 2008. 228 c.

Размещено на Allbest.ru