Курсовая работа: Двухканальная осциллографическая приставка к ПК
Осциллограф содержит два идентичных канала вертикального отклонения (рис. 2.1, а), в которые входят аттенюатор и предварительный усилитель. Линия задержки и оконечный У-усилитель к каналам I и II подключаются с помощью электронного коммутатора. Канал горизонтального отклонения содержит схему синхронизации и запуска развертки, генератор развертки и оконечный X-усилитель. Сигналы с выходов каналов поступают на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. Для проверки коэффициентов отклонения «В/дел.» каналов I и II и коэффициента развертки «Время/дел.» канала горизонтального отклонения служит калибратор, который имеет внутренний и внешний выходы.
Аттенюатор — это частотно-компенсированный делитель напряжения, состоящий из RС-элементов, откалиброванный в коэффициентах отклонения «В/дел.».
Коммутатор представляет собой мультивибратор, управляет диодными ключами каналов I и II и имеет пять режимов переключения: «I», «IIY—X»,
«I ± II», «...», «→→».
На экране регистрируется один сигнал в следующих режимах:
«I» — подключен только канал I;
«IIY—X» — подключен только канал II (выполняющий роль У-канала, а развертывающее напряжение подается на канал I, выполняя роль Х-канала);
«I ± II».— подключены оба канала I и II(на экране регистрируется суммарный сигнал либо разностный, если предварительно инвертировать сигнал канала II);
«...» и «→ →» — на экране наблюдаются два сигнала.
В поочередном (синхронном) режиме «→→» коммутатор работает от генератора развертки. Подключение каналов к оконечному усилителю происходит попеременно с частотой генератора развертки после каждого прямого хода развертки. Изображения сигналов каналов I и II поочередно сменяют друг друга, но так часто, что на экране они наблюдаются одновременно (рис. 2.1, б). Этот режим является основным при измерениях (на частотах выше 1 кГц). Недостаток поочередного режима проявляется при исследовании синусоидальных и импульсных сигналов с низкой частотой повторения 150 Гц, так как глазу заметны редкие поочередные мелькания изображений сигналов. Для низкого диапазона частот в осциллографе предусмотрен прерывистый (асинхронный) режим «...» работы коммутатора. В этом случае коммутатор работает с частотой 100 кГц от встроенного генератора, подключая каналы Iи IIк оконечному усилителю поочередно через каждые 5 мкс (за 10 мкс — оба канала). Прерывистое изображение сигналов состоит из штрихов (рис. 2.1, в). На экране осциллографа за фрагментом изображения первого сигнала следует фрагмент изображения
второго сигнала (фрагменты следуют через каждые 5 мкс). Часть информации о форме сигнала при этом теряется.
Например, при периоде 50 мкс (f = 20 кГц) будет зарегистрировано пять штрихов на каждом сигнале, а при периоде 5 мс (f = 200 Гц) сигнал будет практически непрерывным. Работу коммутатора в поочередном и прерывистом режимах иллюстрирует движение луча при медленной развертке 50 мс/дел. и отсутствии сигнала.
Генератор развертки работает в автоколебательном или ждущем режимах, переключатель режимов совмещен с регулятором «Уровень». Для исследования сигналов разных частот изменяют масштаб «Время/дел.» горизонтальной оси, что достигается изменением частоты (периода) генератора развертки. Для уменьшения минимального коэффициента развертки и растягивания отдельных фрагментов сигнала используют множитель развертки Мр. Новый коэффициент развертки равен произведению установленного коэффициента развертки и множителя развертки Мр (1 или 0,2); К'р = KРMp. Любой измеряемый временной интервал равен tx= lxKpMv.
Рисунок 2.1 Структурная схема двухканального осциллографа (а), временные диаграммы, поясняющие режимы «→→» (б) и «.....» (в)
3.Работа LPT порта
3.1 Параллельный интерфейс: LPT-порт ???? ????????????? ?????????? ??? ?????? ? PC ??? ??????????? ???????? ?LP'T-???? (Line PrinTer ? ?????????? ???????). ??????? ????????????? ?????????? ???????????? ????? ????? ?????????, ????????????? ? ???????????? ?????/??????. ???????? ????? ?????????? ???????????? ???????? ?????? ?????, ???????????? ?????????? ???????? ???????? 386h, 378h ? 278h. ???? ????? ??????? 8-?????? ???? ??????, 5-?????? ???? ???????? ????????? ? 4-?????? ???? ??????????? ????????.BIOS ???????????? ?? ??????? LPT-?????? (LPT1-LPT4) ????? ???????? ? ??????????? INT 17h, ?????????????? ????? ??? ????? ? ?????????? ?? ?????????? Centronics. ???? ???????? BIOS ???????????? ????? ???????, ????????????? ?????????? ? ????????, ? ????? ????? ????????? ????????.????????? Centronics. ??????? Centronics ????????? ??? ? ?????? ???????? ? ????????? ??????????????, ??? ? ? 36-??????????? ???????, ???????????????? ?? ?????????. ????????? Centronics ?????????????? ???????????? ????????? ? ???????????? ???????????, ??? ????????????? ???????? ???????? ????????? ????-?. 3.2 Традиционный LPT-порт ???????????? ???? SPP (Standard Parallel Port) ???????? ???????????????? ??????, ?? ???? ???????? ?????????? ??????????? ???????? ?????? Centronics. ???? ???????????? ??????????? ????????????? ??????? ??????????? ?????????? ?? ???????? ?? ????? ???#. ??????? ????? ????????? ?? ?????? DB-25S (???????), ????????????? ??????????????? ?? ????? ???????? (??? ????????? ?????) ??? ??????????? ? ??? ??????? ???????. ???????? ? ?????????? ???????? ??????? ????? (????. 1) ????????????? ?????????? Centronics. ??????????? ???? ????? ??? 8-?????? ????????, ????????????? ?? ???????? ??????? ? ???????????? ?????/??????, ??????? ? ???????? ?????? ????? (BASE). ??????? 1?????? ???????????? LPT-?????.| Контакт DB-25S | Провод шлейфа | Назначение | ||
| I\O* | Reg.Bit** | Сигнал | ||
| 1 | 1 | 0\1 | CR: 0\ | Strobe# |
| 2 | 3 | 0(1) | DR:0 | Data 0 |
| 3 | 5 | 0(1) | DR:1 | Data 1 |
| 4 | 7 | 0(1) | DR:2 | Data 2 |
| 5 | 9 | 0(1) | DR:3 | Data 3 |
| 6 | 11 | 0(1) | DR:4 | Data 4 |
| 7 | 13 | 0(1) | DR:5 | Data 5 |
| 8 | 15 | 0(1) | DR:6 | Data 6 |
| 9 | 17 | 0(1) | DR:7 | Data 7 |
| 10 | 19 | I | SR:6 | Ack#*** |
| 11 | 21 | I | SR:7\ | Busy |
| 12 | 23 | I | SR:5 | PaperEnd |
| 13 | 25 | I | SR:4 | Select |
| 14 | 2 | 0\1 | CR:1\ | Auto LF# |
| 15 | 4 | I | SR:3 | Error# |
| 16 | 6 | 0\1 | CR:2 | Init# |
| 17 | 8 | 0\1 | CR:3\ | SelectIn# |
| 18-25 | 10,12,14,16 | 18, 20, 22, 24, 26 | - | - |
3.4 Режимы передачи данных ???????? IEEE1284 ?????????? ???? ??????? ??????(EPP,ECP,NibbleMode, FastCentronics, ParallelPortFIFOMode) ???? ?? ??????? ????????? ????????????? ????????????? ???????????? ??????????-???????????? ?????? ?? ????????? Centronics. ????????? ?????? ???????????? ??? ?????????? ?????????????? ???????????? ? ????????? ?????????????????? ??????????. ???????? ?????????? ?????? ???????????? ??????, ?? ???????? ??????????? ??????????? ????? ?????????? ?????, ????????? ? ????? (? ????? ?????? ??? PC), ? ????????????? ??????????. 3.5 Конфигурирование LPT-портов ?????????? ???????????? ?????? ??????????? ?? ??? ????? ? ??????????????? ???????????????? (Setup) ?????????? ??????? ????? ? ??????? (???????????) ???????????? ??????? ?????? ?????????? ??? ????????? ??. ??????????? ???????????? ???????? ?????? ? ???????? ???????, ??????????? ??? ????????????????. ????? ??????? ?????????????? ??????????? ???????????? ?????????? ? ???????????? ??????????? ? ???????????? ?????? ????????????, ????????? ????????????? ?????????? ?????????. ?????? ? ??????????? ???????????????? LPT-?????? ??????? ?? ??? ?????????? ? ??????????????. ????, ????????????? ?? ????? ?????????? (?????? ?? ???????????), ??????????????? ? ???? ISA ??? ISA+VLB, ?????? ??????????????? ?????????? ?? ????? ?????. ????, ????????????? ?? ????????? ?????, ?????? ??????????????? ????? BIOS Setup. 3.6 Использование параллельных портов ???????? ???????????????? ??????????? LPT-????? ????????, ???????????, ??????????? ????????. ??????????? ??? ???????? ????? ???????? ? ?????? ? ?????? SPP, ?? ?????????? ??????????? ??????? ???? ?????????????? ????????????:- ??????????????? ????? (Bi-Di) ???? ?????????????? ??????????? ??? ?????????????????? ? ?????????? ????????.-?????????? ?????? (Fast Centronics) ??????????? ???????? ?????????????????? ??????????? ?????? ???????? (???????? ?????????), ?? ????? ??????????? ????? ????????????? ??????.-????? ??? ???????????? ????? ???????????, ? ?? ????? ????????? ????????? ?? ???? ????????? Windows. ?? ???????????????? ???????? ??? ???????????? ???????? HP DeskJet ??????? BXX, LaserJet ??????? ? 4-??, ??????????? ?????? ????? Lexmark ??????? ?????????? ?????? ?? ????????? ????????? ???????????????? IEEE 1284. 3.7 Неисправности и тестирование параллельных портов ???????????? ???????????? ?????? ????????????? ???????? ? ???????? ?? ??????? ? ???????. ?????? ??????? ????????????? ?????? ?????? ?????????? ? ??????? ????????, ????????? BIOS ?? ????? ????? ????????? ??. ????? ???? ???????, ?????? ????? ?????????? ? ? ??????? ???????? ???????? ??? ????? ?BIOS DATA AREA ? ??????? ?????? ?????????. ???? BIOS ???????????? ?????? ??????, ??? ??????????? ?????????, ?????? ?????, ?????-???? ???? ?????? ???????? ???? ?????. ??????????? ???????????? ????? ??? ??????????????? ???????? (Loop Back) ?? ??????? ??????, ????????? ??? ???? ???????? ?????? ???????? ?????????, ? ??? ? ???? ????????????? (?? ??????????? ????????? ??????) ????????. ?????? ????? ???????????? ? ?????????? BIOS ??? ???????? ?? ??????? ??????. ??????????? ? ????? ????????? ????? ????? ??????????????? ???????????? ????? ? ???????? ?? ????????, ????????????? ? ??????. ???? ????????? ?????????? ?????? ???? ???? ? ??? ?? ???????????? BIOS, ?? ???? ?? ???????? ??? ????????????????, ???? ????? ?? ????? ?????? ????? ??-?? ????????? ?????? ???????????. 3.8 Параллельный порт и РпР ??????????? ??????????? ???????????? ?????????, ???????????? ? LPT-?????, ???????????? ???????? 1284 ? ??????? ???. ??? ????????? ???? ??????? ??????????? ? ?????????? ????? ?????? ?????????? ????? ????????? ??????????, ?????????????? ???????? 1284. ??? ?????? ??? ???????????? ?????????? ?????? ???????? ???????????? ??????? ??? ??????????? ???????? ? ???? (?????????????? ?????????????, ?????? ? ????? ?????????????? ??????). ????? ??????????? ?????????? ?? ?????????? ????? ????????? ????????????? ??????, ????????? ???????? ? ????????????? ??????????, ? ??????? ?????????????? ?????????????.
6 Описание электрической схемы
Исследуемые сигналы через входные гнезда XW1 и XW2 поступают на резистивно-емкостные делители, состоящие из переключателей 1SA2, 2SA2, резисторов 1R1—1R8, 2R1— 2R8 и конденсаторов 1С2—1С9,2С2—2С9, которые определяют максимальный размах по вертикали (префиксы 1 и 2 здесь и далее обозначают принадлежность элементов соответственно к каналам 1 и 2). К выходам делителей через повторители на транзисторах 1VT1, 1VT2 и 2VT1, 2VT2 подключены МОП-ключи микросхемы 1DA1 (два из ее направлений использованы в канале 1, остальные — в канале 2). Ключи открываются импульсами длительностью около 10 нc, поступающими от формирователя на триггере DD1.2, и через них заряжаются конденсаторы 1С10 и 2С10, к которым подключены неинвертирующие входы ОУ 1DA2 и 2DA2. Напряжения на конденсаторах, соответствующие напряжениям сигналов в момент открывания ключей, усиливаются ОУ в 10 раз. Длительность открывающего импульса соответствует минимальной длительности фронта входного сигнала, который отобразится без искажений, т. е. определяет полосу пропускаемых частот.
К выходам ОУ подключен сдвоенный АЦП последовательного приближения. Он содержит компараторы 1DA3, 2DA3 и ЦАП, собранный на элементах микросхем DD2, DD3 и матрице R-2R, состоящей из резисторов R12—R19, R21 — R28. Выходы компараторов соединены с контактами 13 и 15 принтерного разъема ХР1. Значения сигналов на этих контактах соответствуют битам 3 и 4 порта 37.9Н. Входы ЦАП подключены к контактам 2—9 ХР1, поэтому значение выходного сигнала ЦАП может устанавливаться путем записи в порт 378Н числа от 0 до 255 (в пределах 0,5...4,5 В). Реализованное в программе измерение напряжений на выходах ОУ 1DA2 и 2DA2 путем последовательного приближения осуществляется следующим образом. Сначала в порт 378Н выставляется число 27 (на выходе ЦАП — 2,5 В) и проверяется состояние выходов компараторов (бит 3 и 4 порта 379Н). Если компаратор сработал, к указанному числу прибавляется 26, если нет — из первого вычитается второе. Затем еще раз проверяется состояние компараторов, прибавляется или вычитается 25. Процедура повторяется до прибавления или вычитания 2 . Полученные в результате числа соответствуют значениям напряжения на выходах 1DA2 и 2DA2. Делитель R20R29 устанавливает пределы изменения напряжения на выходе ЦАП от0,5 до 4,5 В. Чтобы формирователь импульсов не срабатывал при определении напряжений на выходах ОУ, на вход D триггера DD1.2 в это время подается лог. 0.
Время преобразования АЦП при времени записи в порт, равном 2 мкс, составляет 2x40 мкс. Синхронизация осуществляется в канале 1 с помощью компаратора DA1, инвертирующий вход которого через конденсаторы С1 и С2 подключен к выходу повторителя на транзисторах 1VT1 и 1VT2. Для повышения помехоустойчивости введены резисторы R2 и R3, задающие компаратору гистерезис 20 мВ. Уровень синхронизации регулируют переменным резистором R4.
Задержка времени от момента срабатывания компаратора DA1 до момента открывания ключей микросхемы 1DA1 устанавливается программно-аппаратно на высокочастотных диапазонах и программно — на низкочастотных.
В первом случае программа, когда она. готова к приему очередного значения входных сигналов, устанавливает, а затем убирает сигнал "Reset" с триггера DD1.1 (бит 7 порта 37А= "1/0", контакт 1 принтерного разъема = "0/1"). "Взведенный" таким образом триггер срабатывает при переключении компаратора DA1, и транзистор VT3 закрывается. В результате от источника тока, выполненного на элементах VT2, R8, R9, начинает заряжаться один из времязадающих конденсаторов С7—С21. Когда напряжение на нем достигает значения напряжения на выходе ЦАП, срабатывает компаратор DA2 и запускает формирователь импульса (DD1.2, R11, С22), управляющий ключами микросхемы 1DA1. Срабатывание компаратора DA2 программа определяет по значению 0 на контакте 11 принтерного разъема (бит 0 порта 37ЭН). После этого запускается подпрограмма определения напряжения на выходах 1DA2 и 2DA2. Величины напряжений записываются в память, в ЦАП устанавливается следующее значение, триггер DD1.1 снова "взводится", и цикл повторяется до момента, когда будет нажата какая-либо клавиша.
На элементах VT1, R5, R6, VD1, СЗ, С6 реализован узел определения наличия синхронизации. Когда компаратор DA1 периодически срабатывает, на контакте 10 разъема ХР1 (бит 1 порта 379Н) присутствует лог. 1, и после "взведения" триггера DD1.1 программа дожидается срабатывания компаратора DA2. В противном случае этот триггер запускается из программы путем последовательной установки сигналов "Reset" и "Set"(6nTbi 4, 7 порта 37А = "10/01", контакты 1, 17 принтерного разъема = "01/10"). На выходе ЦАП программно устанавливаются значения от 0 до 255, соответственно задержка от момента синхронизации до момента открывания ключей изменяется от минимального значения до максимального, и формируется изображение сигнала. Период развертки Т (в секундах на деление) определяется по формуле Т = CU/2I, где С — емкость подключенного конденсатора в фарадах; U = 4,5 В — максимальное напряжение ЦАП; I = 0,001 А — ток коллектора транзистора VT2. При большой емкости времязадающего конденсатора изображение сигнала формируется слишком медленно. Поэтому в программе реализована процедура определения его емкости, проверяющая, сколько раз программа может считать значения сигналов за время его зарядки. Если это время велико (задана большая длительность развертки), после переключения компаратора DA1 ключи коммутатора 1DA2 могут открываться несколько раз. При этом на выходе ЦАП устанавливаются промежуточные значения, а триггер DD1.1 запускается из программы путем последовательной установки сигналов "Reset" и "Set". Если выбрана длительность развертки больше 5 мс/дел. (переключатель SA2 в нижнем — по схеме — положении), задержка после переключения компаратора DA1 формируется программно. Программа "узнает" об этом по нулевому значению бита 2 порта 379Н.
Триггер DD1.1 запускается из программы путем последовательной установки сигналов "Reset" и "Set" через заданные промежутки времени. Время развертки задают с клавиатуры клавишами "0"— "9". Смещение луча по вертикали изменяют переменными резисторами 1R13 и 2R13, длительность развертки (плавно) — резистором R28.
Расчет параметров
При выполнении курсового проекта производится расчет статических и динамических параметров разрабатываемого изделия
7.1 Расчет потребляемой мощности
Мощность и ток, потребляемый логическим элементом (ЛЭ) от источника питания зависит от его логического состояния.
Статическая мощность потребляется ЛЭ, который не переключается. Такой элемент может находиться в состоянии логического ноля или логической единице, поэтому существует два значения статической мощности P0 и P1. Для схемы с множеством ЛЭ нулевое и единичное состояния принимают равновероятное и пользуются средним значением статической мощности:
(1)
Средняя мощность, потребляемая ЛЭ в статической режиме может быть определена по формуле:
