Устройство подключения ЦАП к разъёму LPT

                            СОДЕРЖАНИЕ

  

 Введение.

1. Подключение ЦАП к разъему LPT.
2. Построение структурной схемы.
3. Выбор элементной базы
4. Построение принципиальной схемы
5. Расчётная часть
6. Заключение
7. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                           Введение

Последние достижения в области информационных технологий привели к новым концепциям в организации производства. Ни одна фирма не может обойтись в своей работе без применения компьютеров. ЭВМ прочно входят в нашу производственную деятельность, и в настоящее время нет необходимости доказывать целесообразность использования вычислительной техники в системах управления технологическими процессами, проектирования, научных исследований, административного управления, в  учебном  процессе, банковских   расчетах, здравоохранении, сфере обслуживания и т.д.

Любая форма человеческой деятельности, любой процесс функционирования технического объекта связаны с  передачей и преобразованием  информации. В силу универсальности  цифровой формы представления информации, цифровые электронные вычислительные машины представляют собой наиболее универсальный тип устройства обработки информации.

Великолепные свойства ЭВМ – автоматизация вычислительного процесса на основе программного управления, огромная скорость выполнения арифметических и логических операций, возможность хранения большого количества различных данных, возможность решения широкого круга математических задач и задач обработки данных – делают эти машины мощным средством научно-технического прогресса.

Особое значение ЭВМ  состоит в том, что впервые  с их появлением человек получил орудие для автоматизации процессов обработки информации. Во многих случаях ЭВМ позволяют существенно повысить эффективность умственного труда. Внедрение ЭВМ оказало большое влияние на многие области науки и техники, вызвало процесс из математизации и компьютеризации.

Упрощенная структура  ЭВМ содержит следующие основные устройства: арифметическо-логическое устройство, память, управляющее устройство, устройство ввода данных в машину, устройство вывода из нее результатов расчета и пульт ручного управления.

В данном курсовом проекте рассматриваем подключение цифро-аналогово преобразователя (ЦАП) к разъёму LPT.

ЦАП — устройство для  преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд).

 

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                1 Подключение ЦАП к разъему LPT

 Превратить хранящийся  в памяти компьютера цифровой  образ сигнала в напряжение  можно с помощью стандартных  средств - звуковой карты ("саундбластера") или платы аналогового вывода. Если их нет компьютере, то решить такую задачу можно, подключив ЦАП прямо к разъему параллельного порта компьютера.

Нередко при настройке  и проверке электронных устройств  требуются сигналы необычной формы, например, имитирующие ход каких-либо реальных процессов. Для генерирования таких сигналов применяют специальные имитаторы, а иногда просто записывают реальный сигнал на магнитофон с многократным его воспроизведением.

 С появлением доступных  микросхем ПЗУ были разработаны генераторы сигналов сложной формы на их основе. Но все подобные устройства, будучи однажды запрограммированными, формируют только один сигнал или их ограниченный набор.

Этот недостаток легко  устранить, заменив ПЗУ компьютером и воспользовавшись его почти неограниченной памятью и сервисными возможностями для подготовки и хранения необходимые сигналов в цифровом виде.

                     

 

 

 

2 Построение структурной схемы.

Схема устройства подключения  ЦАП к разъёму LPT изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема устройства подключения ЦАП к разъёму LPT

От ЭВМ через интерфейсное устройство цифровой сигнал поступает на регистр. В регистре этот сигнал хранится на время преобразования в ЦАП.

ЦАП высокоточно преобразовывает цифровой код в аналоговый  сигнал.

 После такого преобразования  аналоговый сигнала из ЦАП поступает на преобразователь «ток-напряжение» и далее преобразованный в напряжение сигнал идёт на выход.            

                                       

 

 

3 Выбор элементной базы

3.1 Для того чтобы построить принципиальную схему выбираем элементную базу и технологию производства интегральных микросхем (ИМС).

На данный момент есть несколько технологий производства интегральных микросхем:

а) Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) и транзисторно-транзисторная логика с диодом Шоттки (ТТЛШ),

б) МОП транзисторная логика (МОПТЛ),

в) Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ),

г) Интегральная инжекционная логика (И² Л).

Каждая из технологий имеет свои достоинства и недостатки, которые рассматриваются ниже.

1. Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) и транзисторно-транзисторная логика с диодом Шоттки (ТТЛШ).

Достоинства:

а) высокое быстродействие,

б) обширная номенклатура,

в) хорошая помехоустойчивость по сравнению с МОПТЛ.

Недостатки:

- микросхемы обладают большой потребляемой мощностью чем КМОПТЛ.

2) МОП транзисторная логика (МОПТЛ).

МОП (МДП) – металл-окисел (диэлектрик) - полупроводник.

Достоинства:

а) большая помехоустойчивость, т.к. высокий логический перепад;

б) высокая нагрузочная способность, т.к. схема имеет большое выходное сопротивление (R_вых);

в) высокая степень интеграции, т.к. нет изолирующих каналов по сравнению с ТТЛ.

Недостаток:

- низкое быстродействие, т.к. заряжается через большое сопротивление по сравнению с ТТЛШ.

3) МОП транзисторная логика на комплиментарных ключах (КМОПТЛ)

Достоинства:

а) выше быстродействие, т.к. С_н заряжается через открытый транзистор;   

б) КМОП - схема характеризуется весьма малым потребляемым током (а, следовательно, и мощности) от источника питания;

 в) меньше напряжение питания (U_пит) по сравнению с МОПТЛ.

Недостаток:

а) быстродействие меньше, чем у ЭСЛ, но по мере развития технологий этот недостаток устраняется.

4) Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)

Достоинства:

а) высокое быстродействие;

б) применение на выходах эмиттерных повторителей обеспечивает ускорение процесса перезарядки ёмкостей, подключённых к выходам;

в) транзисторы включены по схеме, близкой к схеме включения с общей базой, что улучшает частотные характеристики транзисторов и ускоряет процесс их переключения;

г) на выходах стоят эмиттерные повторители и, следовательно, увеличивается нагрузочная способность;

д) широкие логические возможности, т.к. схема имеет два выхода.

Недостатки:

а) большая потребляемая мощность, т.к. в схеме переключаются большие токи;

б) сравнительно низкая помехоустойчивость элемента по сравнению с ТТЛШ, т.к. выбран малый перепад логических уровней U¹ – U⁰ = 0,8.

5) Интегральная инжекционная логика (И² Л).

Достоинства:

а) используется пониженное напряжение (»1 В);

б) малая потребляемая мощность, т.к. в схеме протекает ток в мкА, а U_пит =1 В;

в) обеспечивают высокую степень;

 г) при изготовлении схем И² Л используется те же технологические процессы, что и при производстве интегральных схем на биполярных транзисторах, но оказывается меньшим число технологических операций и необходимых фотошаблонов;

д) обеспечивают возможность обмена в широких пределах мощности на быстродействие (можно изменять на несколько порядков потребляемую мощность, что соответственно приведёт к изменению быстродействия);

е) хорошо согласуются с элементами ТТЛ.

Недостатки:

а) не большая помехоустойчивость, т.к. логический перепад 0,5¸0,8 В;

б) быстродействие ниже, по сравнению с ЭСЛ.

В данном курсовом проекте  выбраны ИМС ТТЛ и ТТЛШ –  технологии серии  КР572 и  КР1555, т.к. они лучше всего подходят по основным параметрам (потребляемая мощность, быстродействие, нагрузочная способность) для данной схемы.

3.2 Для проектирования выбраны следующие интегральные микросхемы:

  1) Микросхема  КР1555ИР22

Условное графическое  обозначение КР1555ИР22 изображено на рисунке 2.

Микросхема  представляет  собой восьмиразрядный  регистр на триггерах, с защелкой и с тремя состояниями на выходе. Предназначены для управления большой ёмкостной или низкоомной нагрузками. Корпус типа 238.18-3,масса не более 2,6 г. Электрические параметры представлены в таблице 1.

Рисунок 2 - Условное графическое обозначение КР1555ИР22

Таблица 1 Электрические параметры микросхемы  КР1555ИР22

Параметры	КР1555ИР22
I0вх, мА	-0,1
I1вх, мА	20
U0вых, В	0,5
U1вых, В	2,5
I0пот, мА	25
I1пот, мА	16
t0,1здр, нс	70
t1,0здр, нс	60
Рпотр., мВт	50

   2) Микросхема   К544УД1А

Условное графическое  обозначение К544УД1А изображено на рисунке 3.

Микросхема  представляет собой операционный дифференциальный усилитель с высоким входным сопротивлением и низким уровнем входных токов, с  внутренней частотной коррекцией, обеспечивающей устойчивую работу при любых режимах отрицательной обратной связи, включая режимы интеграторов и повторителей напряжения. Корпус типа 201.14-1, масса не более 2г. Электрические параметры представлены в таблице 2.

Рисунок 3 - Условное графическое  обозначение К544УД1А

Таблица 2 Электрические параметры микросхемы  К544УД1А

Параметры	К544УД1А
Un, В	15
Uвых, В	12
Iпот, мА	2,5
t, мкс	5
Рпотр., мВт	104,4

2. Микросхема КР142ЕН5А

Условное графическое  обозначение микросхемы КР142ЕН5А изображено на рисунке 4.

 Микросхема представляют собой мощные стабилизаторы напряжения с фиксированным выходным напряжением положительной полярности 5В и током нагрузки 3 А. Имеют встроенную защиту от короткого замыкания, защиту от перегрузок по току и от перегрева кристалла. Корпус типа 238.16-1, масса не более 3 г. Электрические параметры представлены в таблице 3.

 

Рисунок 4 - Условное графическое  обозначение КР142ЕН5А

  Таблица 3 Электрические параметры микросхемы  КР142ЕН5А

Параметры	КР142ЕН5А
Uвых, В	5,1
Iпот, мА	10
Рпотр., мВт	39,4

3. Микросхема КР572ПА1А

Условное графическое  обозначение К544УД1А изображено на рисунке 5.

Микросхема  представляет собой 10-разрядный умножающий цифро-аналоговый преобразователь. Предназначены  для преобразования 10-разрядного прямого параллельного двоичного кода на цифровых входах в ток на аналоговом выходе, который пропорционален значениям кода и опорного напряжения.  Корпус типа 201.16-8, масса не более 2 г. Электрические параметры представлены в таблице 4.

 

Рисунок 5- Условное графическое  обозначение КР572ПА1А

 

 

 

 

Таблица 4 Электрические параметры микросхемы  КР572ПА1А

Параметры	КР572ПА1А
Uп,B	15
Uвых, мА	2
t, мкс	5
I пот, мА	2
Рпотр., мВт	34,65

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Построение принципиальной схемы

 

Схема электрическая  принципиальная устройства подключения ЦАП к разъёму LPT представлена чертеж АКВТ. 230113.КП35.04 Э3.

Цифровой код очередного значения формируемого сигнала поступает  с параллельного порта компьютера на разъем XP1, запоминается в регистре DD1 и с помощью ЦАП DD2 и операционного  усилителя DA2 преобразуется в аналоговый сигнал. Цепь R3C4 подавляет высокочастотные переходные процессы и сглаживает "ступеньки" выходного напряжения. Образцовое напряжение поступает на вывод 15 микросхемы DD2 от простейшего стабилизатора, состоящего из стабилитрона VD1 и резисторов R1 и R2. Подстроечным резистором R1 значение образцового напряжений можно изменять от 0 до -9 В, чем регулируется амплитуда выходного сигнала, Микросхемы D01 и DD2 питают напряжением +5 В от интегрального стабилизатора DA1.