 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Тактовый генератор имеет в своем составе низкочастотный RC-генератор, главный осциллятор и модуль ФАПЧ (PLL). Выходные сигналы тактового генератора: SLCK, MAINCK и PLLCK
Импульсная техника начала бурно развиваться примерно пять десятилетий назад в связи с развитием радиолокационных систем. В настоящее время она получила широкое распространение в радиотехнике ,электронике, системах связи и вычислительной технике. Импульсные сигналы передают данные о состоянии технических объектов, команды управления космическими кораблями, используются в высококачественно цифровом радиовещании и телевидении. Наиболее высокий уровень развития импульсной техники наблюдается сейчас в радиотехнических системах, системах связи, цифровой вычислительной технике и электронно-вычислительных системах, которые оперируют с импульсными электрическими сигналами. В современных вычислительных машинах тактовая частота импульсов составляет 2000МГц и более, а передача информации в комплексах таких машин происходит со скоростью до 2*109импульсов в секунду. Темой данного курсового проекта является: "Проектирование цифрового генератора тактовых импульсов". Импульсная техника исследует, разрабатывает и применяет методы и технические средства генерирования, преобразования и измерения электрических импульсов. В ней так же исследуют и анализируют процессы, возникающие при воздействии электрических импульсов на различные электрические цепи, устройств и объекты. Целями курсового проекта являются: - систематизация и закрепление теоретических знаний и практических умений, по обще профессиональным и специальным дисциплинам; - углубление теоретических знаний в соответствии с заданной темой; Задачидляисследованиявданномкурсовомпроектеможновыделитьследующие: - проведение анализа технического задания на проектирование СВТ; - приобретение навыков поиска научно-технической литературы и работы с ней, правильного составления и оформления технологической документации; -
При выполнении поставленных задач целесообразно использовать следующие методы: - изучение научной литературы; - анализ логики работы схемы; - составление пакета; - выполнение работ в программном обеспечении 1 Общая часть
1.1 Общие сведения о проектировании цифровых устройств Проектирование может включать несколько этапов от подготовки технического задания до испытания опытных образцов. Объектом проектирования является проект материального предмета. Понятие проектирования не включает в себя стадию реализации проекта. Проектирование обладает своей методологией, которая включает структуру деятельности, принципы и нормы деятельности, субъектов, объект и его модели, методы и др. Внутри процесса проектирования, наряду с расчетными этапами и экспериментальными исследованиями, часто выделяют процесс конструирования. Конструирование может осуществляться: - вручную при помощи чертёжных инструментов, например, кульмана(чертёжного стола); - автоматизировано при помощи систем автоматизации проектных работ(САПР); - автоматически (без участия человека) при помощи интеллектуальной информационной системы. Проектирование, как осознанная целенаправленная деятельность, обладает определённой структурой, то есть последовательностью и составом стадий и этапов разработки проекта, совокупностью процедур и привлекаемых технических средств, взаимодействием участников процесса. В настоящее время существуют два представления структуры проектирования, подобные по форме, но различные по целями подходам к деятельности. Это— структура в виде стадий разработки проектной документации (стадий проектирования) и структура процесса проектирования. Стадии проектирования регламентированы стандартами ГОСТ2.103-68 и ГОСТР15.201-2000. Последовательность выполнения всех стадий образует официальную структуру процесса разработки проектной документации, которая, как правило, используется при официальных взаимоотношениях между заказчиком и исполнителем или между соисполнителями работ. Сама документация необходима для отчета перед заказчиком о проделанной работе, возможности проверки или повторения разработок другими исполнителями, подготовки производства и обслуживания изделия в период эксплуатации. Стадии создания других систем регламентируются своими стандартами ,например, для автоматизированных систем—ГОСТ34.601-90.
Рисунок 1-Стадии разработки Структура устанавливает стадии разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности и этапы выполнения работ внутри каждой стадии, то есть состав документации и виды работ, что помогает ответить на вопрос «Что нужно делать?» в процессе проектирования(Рисунок 1). Основные стадии структуры включают: - Техническое задание устанавливает основное назначение разрабатываемого объекта, его технические и тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предписание по выполнению необходимых стадий создания документации и её состав, а так же специальные требования к изделию. -
- Эскизный проект представляет собой совокупность документов, содержащих принципиальные решения и дающих общее представление об устройстве и принципе работы разрабатываемого объекта, а так же данные, определяющие его назначение, основные параметры и габаритные размеры. В случае большой сложности объекта этому этапу может предшествовать предпроектное исследование, обычно, содержащий теоретические исследования, предназначенные для обоснования принципиальной возможности и целесообразности создания данного объекта. При необходимости на стадии ЭП проводят изготовление и испытание макетов разрабатываемого объекта. - Технический проект представляет собой совокупность документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве проектируемого объекта, исходные данные для разработки рабочей документации. - На стадии рабочего проекта сначала разрабатывают подробную документацию для изготовления опытного образца и последующего его испытания. Испытания проводят в ряд этапов(от заводских до приемо-сдаточных), по результатам которых, корректируют проектные документы. Далее разрабатывают рабочую документацию для изготовления установочной серии, её испытания, оснащения производственного процесса основных составных частей изделия. По результатам этого этапа снова корректируют проектные документы и разрабатывают рабочую документацию для изготовления и испытания головной (контрольной) серии. На основе документов окончательно отработанных и проверенных в производстве изделий, изготовленных по зафиксированному и полностью оснащенному технологическому процессу, разрабатывают завершающую рабочую документацию установившегося производства. -
Сертификация может быть обязательной или добровольной. Обязательной сертификации подлежат товары, на которые законами или стандартами установлены требования, обеспечивающие безопасность жизни и здоровья потребителей, охрану окружающей среды, предотвращение причинения вреда имуществу потребителя. Добровольная сертификация проводится по инициативе предприятий. Обычно это делается с целью официального подтверждения характеристик продукции, изготавливаемой предприятием, и ,как следствие, повышения доверия к ней у потребителей. В процессе разработки проектной документации в зависимости от сложности решаемой задачи допускается объединять между собой ряд этапов. Этапы постановки ТЗ и технического проектирования могут входить в цикл научно-исследовательских работ (НИР), а этапы технического предложения и эскизного проектирования — образовывать цикл опытно-конструкторских работ(ОКР). 1.2 Анализ пакета используемых программ Для проектирования генератора тактовых импульсов, использовались две программы автоматизированного проектирования: -
- КОМПАС-3D. DipTrace представляет собой программу автоматизированного проектирования для создания схемы и печатных плат. Первая версия DipTrace была выпущена в августе 2004 года. Собственно, это не одна программа а целый пакет программ для сквозного проектирования, включающий редактор схем, редактор плат, редактор компонентов и редактор их корпусов, а так же редактор 3D корпусов. Также включает возможность конвертирование из различных форматов, многообразие библиотеки, автотрассировщик и многое другое. Из основных достоинств следует отметить простой и понятный интерфейс, помощь на русском языке, и самое главное- специальную лицензионную политику по отношению к русскоязычным пользователям, которая позволяет на законных основаниях создавать серьезные схемы. Программный пакет DipTrace представляет собой полнофункциональную систему для разработки профессиональных схем и печатных плат. Включает в себя четыре программы: - PCBLayout включает в себя проектирование плат с помощью мощного автотрассировщика, при помощи удобной ручной трассировки и систему позиционирования компонентов; - Schematic включает в себя проектирование схем с поддержкой иерархии и не ограниченного количества листов; - PaternEditor включает в себя редактор корпусов для печатной платы. Позволяет создавать свои библиотеки. - ComponentEditor включает в себя редактор компонентов. Позволяет создавать символы схемотехники и связывать их с корпусами, а также создавать свои библиотеки. Также включает в себя: - Стандартные библиотеки, содержащие более ста тысяч компонентов; - 3D предпросмотр, позволяющий просматривать трехмерную модель платы; - Импорт/Экспорт, позволяющий импортировать схемы, платы и библиотеки из P-CAD, PADS и других популярных программ. Экспорт в P-CAD, Gerberи другие форматы позволит подготовить платы для любого производства.
Компас представляет собой семейство систем автоматизированного проектирования с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС. Первый выпуск программы (1.0) состоялся в 1989 году. Первая версия под Windows «Компас5.0» вышла в 1997 году. В 2000 году выпущен «Компас-3D5.10». В 2003, 2004 и 2007 годы вышли соответственно версии 6, 7 и 8. С 2008 года версии меняются приблизительно раз в год, 17 марта 2014 года вышла версия 15. Компас-3D предназначен для создания трехмерных ассоциативных моделей для отдельной детали и компоновочных сборок, содержащих оригинальные и стандартные структурные элементы. Параметрическая технология позволяет быстро получать модели для типичных продуктов, базирующихся на когда- то разработанном опытном образце. Многочисленные сервисные функции облегчают решать вспомогательные проблемы обслуживания проектирования и производства. Для работы в Компасе пользователям представлены следующие элементы: - хорошо продуманный и удобный интерфейс, делающий работу проектировщика быстрой и приятной; - различные методы и способы построения графических рисунков (ортогональный рисунок, моментальный снимок сетки); - управление построением графического объекта; - мощные инструменты для создания параметрических моделей для типичной детали или чаще всего используемых компоновочных блоков; - любые стили линий, штриховки, текстов; - многочисленные методы определений размеров; - автоматический выбор допусков и отклонений; -
- встроенный редактор таблиц. Таким образом, Компас3D—это мощный продукт для работы с чертежами, который благодаря своим широчайшим возможностям может удовлетворить все нужды абсолютно любого пользователя, начиная от новичка, заканчивая профессиональным инженером. 2. Специальная часть
2.1Общие сведения о генераторах тактовых Генератор тактовой частоты (генератор тактовых импульсов) генерирует электрические импульсы заданной частоты (обычно прямоугольной формы) для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах— ЭВМ, электронных часах и таймерах, микропроцессорной и другой цифровой технике. Тактовые импульсы часто используются как эталонная частота—считая их количество, можно, например, измерять временные интервалы. В микропроцессорной технике один тактовый импульс, как правило, соответствует одной атомарной операции. При импульсном режиме электронные устройства подвергаются воздействию электрических сигналов не непрерывно(в течение всего времени работы устройства), а прерывисто. При этом прерывистая структура импульсных сигналов составляет принципиальную основу полезных функций устройства, работающего в импульсном режиме. Импульсные сигналы различаются по амплитуде и длительности импульсов, частоте их следования. В импульсной технике часто применяют импульсные сигналы с частотным заполнением от десятков герц до десятков гигагерц. С понятием «импульс» обычно связывается представление о малой его длительности. Однако кратковременность импульса— понятие относительное: в зависимости от области использования длительность импульса может изменяться в значительных пределах. Обработка одной инструкции может производиться за один или несколько тактов работы микропроцессора, в зависимости от архитектуры и типа инструкции. Частота тактовых импульсов определяет скорость вычислений. В зависимости от сложности устройства, используют разные типы генераторов. Функционирование любого генерирующего устройства можно разделить на два этапа: -
- стационарный режим работы генератора. Все импульсы одинаковы по длительности. Интервалы между последовательными импульсами так же одинаковы. Временной интервал между началом одного импульса и началом следующего называется временем такта. Частота импульсов обычно составляет от 1 до 500 МГц, что соответствует времени такта от 1000 до 2 не. Частота тактового генератора обычно контролируется кварцевым генератором, позволяющим добиться высокой точности. Тактовый генератор имеет в своем составе низкочастотный RC-генератор, главный осциллятор и модуль ФАПЧ (PLL). Выходные сигналы тактового генератора: SLCK, MAINCK и PLLCK
Рисунок 2 - Структурная схема В компьютере за время одного такта может произойти множество событий. Если они должны осуществляться в определенном порядке, то такт следует разделить на подтакты. Чтобы достичь лучшего разрешения, чему основного тактового генератора, нужно сделать ответвление от задающей линии тактового генератора и вставить схему с определенным временем задержки. Так порождается вторичный сигнал тактового генератора, сдвинутый по фазе относительно первичного (рисунок 3).
Рисунок3 - Тактовый генератор. Временная диаграмма, показанная на рисунке 4, предлагает четыре точки начала отсчета времени для дискретных событий: - фронт С1; - спад С1; - фронт С2; - спад С2.
Рисунок 4 - Временная диаграмма Связав различные события с разными перепадами (фронтами и спадами), можно достичь требуемой последовательности выполнения действий. Если в пределах одного такта нужно более четырех точек начала отсчета, можно сделать еще несколько ответвлений от задающей линии с различным временем задержки.
Если необходимо более двух интервалов, нужно предоставить больше линий передачи синхронизирующих импульсов или сделать так, чтобы состояния с высоким уровнем импульса у двух тактовых генераторов частично пересекались во времени. Тактовые генераторы могут быть синхронными. В этом случае время существования импульса с высоким уровнем равно времени существования импульса с низким уровнем (Рисунок 5). Чтобы получить асинхронную серию импульсов, нужно сдвинуть сигнал задающего генератора, использовав цепь задержки. Затем нужно соединить полученный сигнал с изначальным сигналом с помощью логической функции И.
Рисунок 5 - Прохождение асинхронных 2.2 Основные типы и классификация генераторов тактовых импульсов В зависимости от сложности устройства, используют разные типы генераторов: -
- кварцевый; - кварц + микросхема генерации; - программируемая микросхема генерации; - тактовый генератор. Классический генератор используется в несложных конструкциях, не критичных к стабильности тактового генератора, часто используется последовательное включение нескольких инверторов через RC-цепь. Частота колебаний зависит от номиналов резистора и конденсатора. Основной минус данной конструкции — низкая стабильность. Плюс — предельная простота. Кварцевый автогенератор электромагнитных колебаний с колебательной системой, в состав которой входит кварцевый резонатор. Предназначен для получения колебаний фиксированной частоты с высокой температурной и временной стабильностью, низким уровнем фазовых шумов. Микросхема генерации представляет собой специальную микросхему, которая при подключении к её входам кварцевого резонатора будет выдавать на остальных выводах частоту, делённую или умноженную на исходную. Такой способ используется в часах, а так же на старых материнских платах (где частоты шин были заранее известны, только внутренняя частота центрального процессора умножалась коэффициентом умножения). Для построения тактового генератора не требуется никакая специальная микросхема. Программируемая микросхема генерации используется в современных материнских платах. В них необходимо большое количество разных частот, помимо опорной частоты системной шины, которые, по возможности, не должны быть зависимы друг от друга. Хотя базовая частота всё же формируется кварцевым резонатором (частота—14,3 МГц), она необходима лишь для работы самой микросхемы. Выходные же частоты корректируются самой микросхемой. Например, частота системной шины может быть всегда равна стандартным 3МГц, AGP—66 МГц и не зависеть от частоты FSB процессора. Если в электронной схеме необходимо разделить частоту на 2, используют Т-триггер режиме счётчика импульсов. Соответственно, для увеличения делителя увеличивают количество счётчиков (триггеров).
Кроме тактирования процессора в обязанности тактового генератора входит организация циклов системной шины. Поэтому его работа часто тесно связана с циклами обновления памяти, контроллером ПДП и дешифратором сигналов состояния процессора. В зависимости от выходной последовательности основных импульсов генераторы импульсных сигналов делятся на генераторы: - одинарных импульсов; - парных импульсов; - кодовых пакетов; - кодовых комбинаций; - псевдослучайных последовательностей импульсов с программным и ручным управлением параметрами. 2.3 Проектирование генератора тактовых импульсов в Компасе 3D Смоделируем принципиальную электрическую схему на базе рассмотренных в теоретической части микросхем. Основной критерий синтеза электрических схем аппаратуры на интегральных микросхемах – минимизация числа микросхем и их внешних соединений. Другой критерий – функциональная однородность, т.е. максимальное использование элементов с одинаковыми функциями. Это обуславливает унификацию схемы, что в свою очередь, ведет к снижению ее стоимости.
импульсов Генераторы импульсов являются важной составляющей многих радиоэлектронных устройств. Вариант простейшего генератора тактовых импульсов изображен на рисунке 6.
 Рисунок 6 - Простейший генератор Схема имеет два динамических состояния. В первом из них, когда на выходе D1.1 состояние логическая "1" (выход D1.2 логический "0"), конденсатор С1 заряжается. В процессе заряда напряжение на входе инвертора D1.1 возрастает, и при достижении значения Uпор=0,5U происходит скачкообразный переход во второе динамическое состояние, в котором на выходах D1.1 логический "О", D1.2 логическая "1". В этом состоянии происходит перезаряд емкости (разряд) током обратного направления. При достижении напряжения на С1 Unop происходит возврат схемы в первое динамическое состояние. Резистор R2 является ограничительным, и его сопротивление не должно быть меньше 1 кОм, а чтобы он не влиял на расчетную частоту, номинал резистора R1 выбираем значительно больше R2 (R2<0,01R1). Ограничительный резистор (R2) иногда устанавливают последовательно с конденсатором. При использовании неполярного конденсатора С1 длительность импульсов и пауза будут почти одинаковыми. Резистор R1 и конденсатор С1 могут находиться в диапазоне 20 к0м-10 МОм; 300 пф-100 мкФ. 3
3.1 Составление маршрутной карты Маршрутная карта (МК) является составной и неотъемлемой частью комплекта технологических документов(далее- документов), разрабатываемых на технологические процессы изготовления или ремонта изделий и их составных частей. Формы МК, установленные настоящим стандартом, являются унифицированными, и их следует применять независимо от типа и характера производства и степени детализации описания технологических процессов. Для изложения технологических процессов в МК используют способ заполнения, при котором информацию вносят построчно несколькими типами строк. Каждому типу строки соответствует свой служебный символ. Служебные символы условно выражают состав информации, размещаемой в графах данного типа строки формы документа, и предназначены для обработки содержащейся информации средствами механизации и автоматизации. Простановка служебных символов является обязательной и не зависит от применяемого метода проектирования документов. Допускается не проставлять служебный символ на последующих строках, несущих ту же информацию, при описании одной и той же операции, на данном листе документа, для документов, заполняемых рукописным способом или с помощью печатающей машинки и неподлежащих обработке средствами механизации и автоматизации. В качестве обозначения служебных символов приняты буквы русского алфавита, проставляемые перед номером соответствующей строки, и выполняемые прописной буквой, например, М01, А12 и т.д. Служебные символы, применяемые на строках, в которых указаны наименования и обозначения граф, рекомендуется выполнять типографским способом.
3.2 Описание технологического процесса Проектируемый технологический процесс оформляют соответствующей технологической документацией из числа стандартов ЕСТД. Комплектность, виды и формы технологических документов выбирает разработчик. Полный состав технологических документов, правила и положения по порядку их разработки и оформления определяет Единая система технологической документации (ЕСТД). К технологическим документам относятся графические и текстовые документы, которые в совокупности или в отдельности определяют технологический процесс изготовления или ремонта изделия и содержат необходимые данные для его организации. Технологические документы подразделяют на документы общего назначения и документы специального назначения (на технологические процессы, специализированные по технологическим методам выполнения). К документам общего назначения относятся: ¾ титульный лист (ТЛ); ¾ карта эскизов (КЭ); ¾ технологическая инструкция (ТИ). К специальным документам относятся: – маршрутная карта (МК) — для маршрутного или маршрутно-операционного описания технологического процесса или указания полного состава технологических операций при операционном описании изготовления или ремонта изделия (составных частей изделия), включая контроль и перемещения по всем операциям различных технологических методов в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, технологической оснастке, материальных нормативах и трудовых затратах; –
– карта типового (группового) технологического процесса (КТТП). Применяется вместе с ведомостью деталей (сборочных единиц) к типовому (групповому) технологическому процессу (ВТП); – карта технологического процесса ремонта (КТПР) — для разработки технологического процесса ремонта изделия, сборочной единицы и детали по операциям с привязкой к имеющимся дефектам; – операционная карта (ОК) —для описания технологической операции с указанием последовательного выполнения переходов, данных о средствах технологического оснащения, режимах и трудовых затратах. Разработка технологических процессов производится для изделий, конструкция которых отработана на технологичность и включает комплекс взаимосвязанных работ. К ним относятся: – выбор заготовок; – выбор технологических баз; – подбор типового технологического процесса; – определение последовательности и содержания технологических операций; – определение, выбор и заказ новых средств технологического оснащения (в том числе средств контроля и испытания); – назначение и расчет режимов обработки; – нормирование процесса; – выбор средств механизации и автоматизации элементов технологических процессов и внутрицеховых средств транспортирования и другие. При разработке технологических процессов используются классификаторы технологических операций, системы обозначения, типовые технологические процессы, стандарты, каталоги, справочники и "Единая система технологической документации (ЕСТД)".
К типовому представителю группы изделия обычно относится такое изделие, изготовление которого требует наибольшего количества основных и вспомогательных операций, характерных для изделий, входящих в эту группу. Необходимость разработки типовых технологических процессов определяется экономической целесообразностью, связанной с частотой применения изделия группы. Типизация осуществляется в двух направлениях: – типизация комплексных технологических процессов изготовления однотипных изделий; – типизация и стандартизация отдельных операций обработки различных изделий. Типовые технологические процессы могут быть оперативными и перспективными. Типовые технологические процессы и стандарты на технологические операции являются информационной основой при разработке рабочего технологического процесса. Разработанные технологические процессы оформляются в виде технологических документов следующих видов, предусмотренных Государственным стандартом ЕСТД (ГОСТ 3.1001-74 и 3.1106-74.).
В ходе написания данного курсового проекта на тему «Проектирование цифрового генератора тактовых импульсов» было изучено: - устройство и принцип действия генератора тактовых импульсов; - проведен сравнительный анализ разновидностей устройства. А так же, были приобретены навыки по проектированию цифрового устройства. В процессе работы изучалась научная литература, выполнялось составление пакета технологических документов, таких как: электрическая принципиальная схема, расположение элементов на печатной плате и сборочная схема. Приобретены навыки по проектированию цифрового устройства. Выполнена работа с программой Компас3D, в которой в результате были разработана схема электрическая принципиальная. Это удобная программа, которая призвана создавать 3D модели и чертежи, что позволило справиться с задачами курсового проекта.
1 Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы, 2001; 2 Келим Ю.М. Вычислительная техника, 2008; 3 Мелехин В.Ф., Павловский Е.Г. Вычислительные машины, системы и сети, 2008; 4 Попов И.И., Партыка Т.Л. Вычислительная техника, 2007; 5 Кузин А.В. Микропроцессорная техника, 2004; 6 Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования, 2002; 7 Ольхов М. Основы проектирования сборочных единиц ЭВМ, 2000; 8 Браммер Ю.А. Импульсные и цифровые устройства, 2002; 9 Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы, 2007; 10 Мышляева И.М. Цифровая схемотехника, 2005; 11 Нарышкин А.К. Цифровые устройства и микропроцессоры, 2006; 12 Угрюмов Е. Цифровая схемотехника, 2004; 13 Хоровиц П. Искусство схемотехники, 2000.
|
