Принцип работы компаратора

Содержание

Введение. 4

1 Общая часть. 5

1.1 Назначение и область применения устройства. 5

1.2 Принцип работы компаратора. 6

1.3 Типы компараторов. 9

1.4 Реализация компаратора на уровне
схемотехники. 10

2 Основная часть. 11

2.1 Проектирование цифрового комбинирующего устройства 11

2.2 Проектирование корпусов интегральных
чипов…………………………………………………………………...16

3 Технологический процесс. 20

3.1 Проектирование технологического процесса. 20

3.2 Маршрутная карта. 22

3.3 Документы технологического процесса. 24

3.4 Процесс изготовления чипа. 26

Заключение. 28

Список литературы.. 29

Приложение А Datasheet 30

Приложение Б Общий вид детали. 31

Приложение В Глоссарий. 32

 

 

 

Введение

Темой данного курсового проекта является «Проектирование цифрового компаратора».

В последнее десятилетие цифровые устройства заняли места во всех областях деятельности человека, техники от устройства управления промышленными объектами требует от специалистов самого различного профиля быстрого освоения этой области знания.

Поэтому для результативного проектирования цифровых устройств разработчик должен уметь: выбрать наиболее приемлемый вариант решения поставленной задачи, работать с алгеброй логики, знать основные цифровые элементы и уметь их применять, по возможности знать наиболее простые и распространенные алгоритмы решения основных задач.

Целью курсовой работы является обучение аналитической деятельности, изложение собственной научной точки зрения, осуществление вариативных действий, на основе сформировавшихся организационных, информационных и интеллектуальных умений. Систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений в процессе обучения и их применение при проектировании цифрового устройств

Задачи для исследования в данном курсовом проекте можно выделить следующие:

а) проведение анализа технического задания на проектирование СВТ;

б) приобретение навыков поиска научно-технической литературы и работы с ней, правильного составления и оформления технологической документации;

в) усвоение основных понятий и терминов относящихся к предмету.

Курсовое проектирование должно прежде всего научить студента самостоятельно работать и закрепить знания, полученные на лекциях, лабораторных и практических занятиях, которые далее применяют при выполнении дипломного проекта.

Общая часть

Назначение и область применения устройства

Цифровые компараторы-сравнивают значения двух чисел и вырабатывают единичный сигнал на одном из трех выходов (Больше, Равно, Меньше), в зависимости от соотношения между этими числами. Выходы этих элементов подключены к элементу И ЛИ-НЕ. Сигналы с трех логических элементов формируют выходные сигналы компаратора. Микросхема 564ИП2 позволяет сравнивать два четырехразрядных двоичных числа и имеет расширяющие входы, с помощью которых можно увеличивать разрядность компараторов.

Цифровые компараторы также относятся к арифметическим устройствам. В зависимости от схемного исполнения компараторы могут определять равенство АВ (А и В-независимые числа с равным количеством разрядов) либо вид неравенства: АВ или АВ. Результат сравнения отображается соответствующим логическим уровнем на выходе. Микросхемы - цифровые компараторы - выполняют, как правило, все эти операции и имеют три выхода. Цифровые компараторы широко применяются для выявления нужного числа (слова) в потоке цифровой информации, для отметки времени в часовых приборах, для выполнения условных переходов в вычислительных устройствах.

Цифровые компараторы позволяют в совокупности с мультиплексорами или демультиплексорами осуществлять условные логические операции: проверку арифметических условий реализует компаратор, а их исполнение - мультиплексор или демультиплексор.

Цифровой компаратор непрерывно сравнивает текущий код счетчика таймера с кодом, который записан в 16-разрядном регистре выходного сравнения. нулевой метки, который позволяет всегда рассчитать абсолютное положение

Принцип работы компаратора

Компараторы используются в центральных процессорах и микроконтроллерах. Примерами цифровых компараторов являются КМОП — 4063 и 4585, ТТЛ — 7485 и 74682-89.

Аналоговым эквивалентом цифрового компаратора является компаратор напряжений. Некоторые микроконтроллеры имеют аналоговые компараторы на некоторых своих входах, которые могут быть считаны или включать прерывание.

Работу компаратора при сравнении двух одноразрядных кодов поясняет таблица истинности изображенная на рисунке 1

.

Рисунок 1 - Таблица истинности компаратора
одноразрядных кодов

Анализ таблицы истинности показывает, что при любой комбинации входных сигналов на выходе компаратора цифрового может быть сформирован только один активный (единичный) логический сигнал. Поэтому, при любой разрядности входных кодов достаточно, используя входные сигналы, сформировать только любые два выходных сигналов. Третий сигнал всегда может быть получен по двум известным.

Широкое распространение на практике получило сравнение аналоговых электрических сигналов (чаще всего электрических напряжений), которые получаются на выходе преобразователей неэлектрических величин в электрические с помощью электронных компараторов. Это существенно повыша­ет чувствительность компаратора. В этом случае схема может быть приведена к виду, представленному на рис.2, где на входах компаратора символами V1, V2, V3 обозначены электрические напряже­ния.

 

Рисунок 2 – Подключение компаратора

Компараторы электрических сигналов могут выполняться по различным схемам и на основе использования многообразной элементной базы.

Наиболее выгодно использование для этих целей специальных интегральных электронных компараторов, выполненных в виде одной микросхемы, которая практически идентична широко известным операционным усилите­лям, но отличается от них существенно большим коэффициентом усиления.

Рисунок 3 - Измерение частоты вращения

Рисунок 4 - Пилообразные импульсы фиксированной
частоты

Электронный компаратор наиболее широко применяется в системах широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Которые в свою очередь, используются для управления двигателями постоянного и переменного тока (измерение частоты вращения – рисунке 3). Такие узлы (ШИМ-двигатель) применяются, в частности, в разрыхлительно-трепальных агрегатах вместо коноидов, а также на других участках агрегата.

Генератор линейно измеряющегося напряжения (ГЛИН) вырабатывает пилообразные импульсы фиксированной частоты (рисунке 4). Эти импульсы подаются на не инвертирующий вход компаратора, на инвертирующий вход которого подается напряжение установки V₀ . В моменты, когда V_глин ≥0, компаратор по выходу устанавливается в состояние логической единицы (высокий уровень напряжения), когда V_глин <V₀ в состояние нуля (низкий уровень напряжения). Ширина импульсов τ зависит от величины напряжения V₀ .

Импульсы компаратора управляют электронным ключом, который в свою очередь подает напряжение питания V_п , на двигатель. При этом чем шире импульсы, тем больше величина V_ср - среднее напряжение на двигатель, и он вращается быстрее.

 

Типы компараторов

Рассмотрим основные типы компараторов:

– компаратор для сравнения разнополярных сигналов;

– компаратор для сравнения однополярных сигналов.

Компаратор для сравнения однополярных напряжений с гистерезисной характеристикой. В рассмотренных компараторах могут быть получены характеристики с гистерезисными свойствами. Введение гистерезиса в работу компаратора несколько снижает точность сравнения, однако делает его невосприимчивым к шумам и помехам. Гистерезис достигается включением более высокого опорного напряжения, когда напряжение изменяется от низкого к высокому уровню по сравнению со значением, используемым, когда напряжение изменяется от высокого к низкому уровню. При этом высокое значение опорного напряжения называется верхним порогом срабатывания, а низкое - нижним порогом срабатывания. Это достигается путем введения положительной обратной связи. Многоразрядные компараторы

Рассмотрим в качестве примера четырехразрядный цифровой компаратор серии К555СП1, восемь входов которого служат для подключения двух четырехразрядных слов: А0. А3, В0. B3, подлежащих сравнению. Управляющие входыI(А> В),(А = В) и I(А < В) могут быть использованы для наращивания разрядности компаратора. Предусмотрены три выхода результата сравнения: А> В, А = В и А<В.

Первый раздел (восемь верхних строк таблицы) определяет тот случай работы компаратора, когда подлежащие сравнению четырехразрядные слова не равны друг другу. При этом сигналы на входах наращивания разрядности как реакция на сигналы более младших разрядов сравниваемых слов никакого влияния на результат сравнения не оказывают.

 

1.4 Реализация компаратора на уровне
схемотехники

На основе компараторов можно собрать множество релейных и иных схем, малая часть которых будет представлена ниже.

Градиентное реле находится в режиме ожидания сигнала. При изменении напряжения на делителе R1 —датчик на одном из входов компаратора напряжение изменяется мгновенно, на дру­гом — изменение напряжения во времени происходит с задерж­кой, обусловленной наличием RC-цепочки Для срабатывания компаратора достаточно, чтобы разница напряже­ний между его входами составила несколько мВ. Если считать, что заряд (или разряд) конденсатора происходит по, линейному закону, то при изменении сопротивления датчика градиентное реле сработает в момент времени. При дальнейшей стабилизации сопротивления датчика или возвращения его к ис­ходному уровню на входах компаратора вновь устанавливается состояние равновесия, градиентное реле выключается.

Ниже приведены практические примеры применения гради­ентных реле.

Градиентное фотореле. Индикатор изменения освещенно­сти предназначен для использования в телевизионных охранных системах и не требует вмешательства в их работу. Чув­ствительным элементом индикатора является фотодиод VD3. Фо­тодиод направляют на участок телевизионного экрана, наиболее критичный к условиям охраны.

При неизменной освещенности на телевизионном экране рабочая точка компаратора DA1 (К554САЗ) устанавливается ав­томатически: напряжение с делителя R1, VD3 через диоды VD1 и VD2 подается на входы компаратора DA1. В силу равенства этих напряжений чувствительность компаратора близка к предельной, и даже небольшая разность напряжений при изменении сопро­тивления фотодатчика (VD3) вызовет срабатывание исполнитель­ного устройства (светодиод HL1, реле К1, управляющее системой тревожной сигнализации).

 

 

Основная часть