Импульс сброса АУ
Рис.1
3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПРИБОРА
Рис.2
Описание элементов функциональной схемы прибора, рис.2:
ЛПЗС - линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью
АУ – автомат управления
МК – микроконтроллер
БО – буфер обмена данными
ПК – персональный компьютер
К – компаратор
Г1,Г2 – микрогенераторы
ССВ – схема супервизора
СП – схема питания устройства
Принцип работы прибора по функциональной схеме:
С приходом сигнала пуск с ПК, микроконтроллер подает сигнал на УУ выполненного на ПЛИС, а тот в свою очередь формирует сигналы для управления ЧЭ (ЛПЗС), ЛПЗС выдает данные, которые, проходя через компаратор и попадают на МК. МК обрабатывает данные и передает их через БО на ПК.
4. РАЗРАБОТКА АУ.
4. 1
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АУ.
Рис.3
На рис.3 представлена структурная схема, которая предназначена для формирования управляющих сигналов для ЛПЗС.
Используемые входные сигналы:
1.
RESET
– по этому сигналу происходит запуск схемы ПЛИС
2.
CLK
– сигнал тактовых импульсов, задающих работу ПЛИС
Выходные сигналы:
n1,
n2,
N – сигналы, которые выработала ПЛИС для управления ЛПЗС.
4. 2 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ.
Рис. 4
Данная схема (рис.4) отображает внутреннюю структуру АУ, построенную на 20-и D триггерах, отмеряющих количество импульсов, для управляющих сигналов, 1-ом счетчике, 5-ти инверторах, задающих логический уровень, фронт или срез, и элементах логическое «И» и «ИЛИ-НЕ».
4. 3 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СХЕМЫ АУ.
АУ формирует управляющие сигналы за счет тактовых импульсов поступающих с генератора на вход CLK, и сигнала сброса АУ – RESET. Схему можно разбить на три, схожим по функциям, блока, каждый из которых формирует свой выходной сигнал, в строгой последовательности. Первый блок формирует сигнал «n1», равный 10t, где t – период одного тактового импульса, второй - формирует сигнал «n2», равный 4t, третий блок формирует сигнал «N» - это 1024 импульса, предназначенных для вывода данных с ЛПЗС.
Первый блок (Блок1) состоит из 12 (двенадцати) D-триггеров. Инверторы в схеме АУ служат для формирования требуемого сигнала (среза или фронта, высокого уровня либо низкого). С появлением низкого логического уровня на входе RESET, разрешаем работу D – триггеров. С приходом первого тактового импульса, первый триггер установится в единицу. Единица установится на входе 2 (второго) и 12 (двенадцатого) D-триггеров, сигнал «n1» будет сформирован 12 (двенадцатым) триггером, путем установки его в единицу с приходом второго тактового импульса, и сбросом его с приходом 11 (одинадцатого) импульса. Сброс формируется за счет линии задержки выполненной на 10 (десяти) D – триггерах.
Сигнал «сброс» для второго блока (Блок2) берется с выхода Q предпоследнего триггера линии задержки блока (Блок1) (для совпадения среза сигнала с первого блока (Блок1), и фронта, сигнала со второго блока (Блок2)). Сигнал «n2» формируется с 6 (шестого) триггера Блока (Блок2) аналогично формированию сигнала «n1». Линия задержки сформирована на четырех D – триггерах.
Срез сигнала «n2» служит разрешающим, по средством триггера в третьем блоке (Блок3), работу одиннадцати разрядного счетчика и разрешает проход тактовых импульсов, по средством элемента логическое «И». Счетчик отсчитывает 1024 импульса и сбрасывает D – триггер, тем самым, пропустив 1024 импульса на выходе элемента логическое «И» установится логический ноль. Это и составляет управляющий сигнал для ЛПЗС – «N».
Временная диаграмма представлена на рис.5а и 5б.
Рис.5а (в начальный момент времени)
Рис.5б (в конечный момент времени)
4. 4 МИКРОСХЕМА ПЛИС.
Расположение выводов ПЛИС после компиляции (в программе MAX+plus II 9.23 Baseline) представлено на рис. 6
Рис. 6
Данная программируемая интегральная логическая схема (ПЛИС) состоит из 68 выводов.
VCC = Вывод питания
GND = подключается на «землю» GND
RESERVED = Неиспользованный вывод, который должен быть оставленным не подключенным.
5. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ.
1. Роль чувствительного элемента выполняет линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ЛПЗС), микросхема серии К1200 ЦЛ1. На принципиальной электрической схеме, в рамках данной курсовой работы, представлен в виде разъема Х1 (Х1,Х2 – разъемы серии 301-02-1-1-1).
2. Устройство управления выполнено на СБИСПЛ, DD1 (серия ЕРМ 7032 LC 44 - 6) и схеме микрогенератора, DD2 (SG-10) с рабочей частотой 100кГц.
Задача данного устройства управления подать сигналы, задающие работу ЛПЗС, и позволяющие снять данные о величине биения детали, по сигналу от микроконтроллера (элемент DD3-микроконтроллер, МК, серии AT90S2313).
3. DA2 – микросхема серии LM311 – компаратор. Служит для формирования логических уровней(«0» и «1») на входе МК, а также для отсечки сигнала несущего частичный заряд с ЛПЗС.
4. DD4 – микрогенератор SG-11, с рабочей частотой 4МГц.
5. DD5 – микросхема серии КР1171СП42 – супервизор.
6. DD6 - микросхема серии ADM202 – буфер обмена, служит для обмена информацией с персональным компьютером (ПК) через СОМ – порт (на схеме ХР3).
7. Схема питания прибора выполнена на микросхеме серии КР142ЕН5А (DA1) – стабилизатор напряжения положительной полярности, на выходе которой вырабатывается стабилизированное напряжение +5В, и конденсаторах С1-С3, С5-С11, С1,С2-С16 конденсаторы с емкостью 0,1мкФ.
8. Делитель напряжения, выполненный на резисторах R1,R2, служит для формирования напряжения, по которому отсекается сигнал несущий частичный заряд с ЛПЗС, это напряжение составляет 50мВ.
6. Перечень элементов
Формат
|
Зона
|
Поз.
|
Обозначение
|
Наименование
|
Кол-во
|
Примечание
|
|
Микросхемы
|
Буфер обмена
|
DD6
|
ADM 202
|
1
|
Компаратор
|
DA2
|
LM 311
|
1
|
Микрогенератор
|
DD2
|
SG-10
|
1
|
DD4
|
SG-11
|
1
|
Микроконтроллер
|
DD3
|
AT90S2313
|
1
|
ПЛИС
|
DD1
|
EP 1810 LC 20
|
1
|
Стабилизатор
|
DA1
|
КР142ЕН5А
|
1
|
Супервизор
|
DD5
|
КР1171СП42
|
1
|
Конденсаторы
|
C1-C16
|
К10-17Б
|
16
|
Разъёмы
|
X1,X2
|
301-02-1-1-1
|
2
|
XP3
|
DB-9M
|
1
|
Резисторы
|
R1
|
С2-29В-0, 125-1к-0.1%
|
1
|
R2
|
С2-29В-0, 125-99к-0.1%
|
1
|
R3
|
С2-29В-0, 125-10к-0.1%
|
1
|
|
|
|
|
|
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
|
|
|
|
|
|
Изм.
|
Лист
|
№ докум.
|
Подп.
|
Дата
|
Разраб.
|
Осипов
|
|
|
Спецификация
|
Лит.
|
Лист
|
Листов
|
Пров.
|
Канаев
|
|
|
|
|
|
1
|
1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|