Структура программы, моделирующей цифровой вольтметр

Моделирующая программа состоит из одного блока (Бл1), включающего один подблок (ПБл1) из 15-ти схем (Сх1-15) для преобразования кодов, и 14-ти схем (ПСх 16-29) измерительной части, входящих в иерархическую структуру, изображенную на Рис. 3.

Рис. 3. Структура программы, моделирующей цифровой вольтметр

Элементы моделирующей программы - «Аналог ПР7», и «В код 1-2-4-5», «Дешифратор», «В код индикации» и «Усилитель» введены в программу «Вольтметр 10В (учебный)» многократным дублированием соответствующего первого файла, а каждому из остальных элементов моделирующей программы соответствует свой уникальный файл. Имя каждого файла соответствует наименованию моделирующего блока, подблока или схемы.

Схемотехника цифрового вольтметра

Нумерация блока, подблока, схем и микросхем отражает последовательность создания моделирующей программы цифрового вольтметра.

Первой разработана и отлажена индикаторная часть, далее – измерительная часть, а завершала разработку отладка взаимодействия этих частей между собой и с отдельными элементами управления и сигнализации.

Индикаторная часть модели цифрового вольтметра.

Бл1 «Преобразователь кодов» - блок комбинационных цифровых устройств, осуществляющих формирование заданного выходного кода в момент появления на входе этого блока преобразуемой кодовой комбинации.

Бл1 построен по принципу поэтапного преобразования кодов и изображен на Рис. 2.

ПБл1 -входящий в Бл1 подблок содержит три типовых блока (ТБл1-3), аналогичных отечественной микросхеме К155ПР7 или иностранной микросхемы SN185N, предназначенных для преобразования двоичного кода в двоично-десятичный код.

Логика преобразования входного весового кода в другой весовой код, реализованная микросхемой К155ПР7 заключается в том, чтобы сумма весов входного кода (значений его единичных разрядов) равнялась сумме весов выходного кода (значений своих единичных разрядов). Например, если входной код имеет вес 32+16+8+4 = 60, т.е. единичными являются 5-й, 4-й, 3-й и 2-й разряды входного числового кода, то выходной код, равный ему по весу, будет 40+20 = 60.

Для иллюстрации возможности дальнейшего наращивания разрядности преобразуемого кода в схеме ПБл1, изображенной на Рис. 2, показаны входы и выходы, в которых нет необходимости для реализации цифрового вольтметра с пределом измерения 10В и с погрешностью измерения 0.05В. Ненужные для этого входы – заземлены, а выходы – не используются. Следовательно, часть из 90-ста логических микросхем в ПБл1 реально не используется.

Для преобразования исходного семиразрядного двоичного числового кода в двоично-десятичный код единиц, десятков и сотен необходимы три такие схемы.

Аналоги ПР7 (ТБл1-3) – представляют из себя одинаковые схемы – аналоги микросхемы К155ПР7, каждая из которых собрана на пяти логических схемах, преобразующих четырехразрядный двоичный весовой код в весовой код 1-2-4-5.

То есть, для реализации ПБл1 используется 15-ть таких схем пронумерованных от Сх1 до Сх15.

Дешифраторы (Сх16-18).

Используются три одинаковых схемы неполного дешифратора с инверсными выходами для входного четырехразрядного двоичного весового кода. Дешифрируются только двоичные коды десятичных цифр от 0 до 9.

Дешифраторы является первой частью преобразования двоичных кодов цифр в коды индикации.

Шифраторы в код индикации (Сх19-21).

Эти элементы представляет собой вторую часть преобразователя двоичных кодов цифр в коды индикации. Логика шифрации зависит от вида используемого знакосинтезирующего индикатора для изображения цифр.

Каждый шифратор этой модели цифрового вольтметра имеет 7-мь выходов в соответствии с входами управления сегментами используемого семисегментного индикатора (HL1-HL3), имеющими общий заземленный катод. Зажигание каждого сегмента от А доG производится уровнем логической 1.

Усилители (Сх22-24).

Усилители предназначены для обеспечения тока 5mA, минимально необходимого для свечения каждого сегмента индикатора. Кроме того, усилители позволяют переводить все выходы усилителя в третье (Z) состояние, что позволяет, при необходимости, отключать индикацию цифрового вольтметра.

Измерительная часть прототипа цифрового вольтметра.

Генератор импульсов (Сх25).

Эта часть цифрового вольтметра включает в себя не только автогенератор исходных импульсов, но и триггерные формирователи импульсов, а также элементы, обеспечивающие сигналы постоянного высокого логического уровня (Лог1.1 и Лог1.2), необходимые для работы других устройств цифрового вольтметра.

Счетчик импульсов (Сх26).

В модели цифрового вольтметра используется семиразрядный асинхронный суммирующий счетчик с последовательным переносом.

Семь разрядов минимально обеспечивают заданную дискретность измерений входного напряжения 0.1В при заданном максимальном значении этого напряжения 10В, поскольку счетчик должен обеспечить 10В/0.1В = 100 показаний, а у используемого семиразрядного счетчика возможно 2⁷- 1 = 127 показаний.

Выходные линии счетчика пронумерованы весовым кодом его показаний.

Регистр (Сх27).

Семиразрядный параллельный регистр является входной частью ЦАП, поэтому его выходы одновременно подают сигналы и на его резисторную часть.

Этот регистр предназначен для хранения кодов показаний счетчика.

Резисторы ЦАП(Сх28).

Резисторная схема, которая является выходной частью ЦАП, построена по принципу резисторной матрицы R-2R.

Матрица резисторов состоит из 15-ти резисторов двух номиналов. Семь входных сигналов логических уровней (D), поступающие с регистра по шине ПрКд, формируют на выходе «А2» напряжение, величина которого зависит от количества этих сигналов, имеющих уровень логической 1, а также от двоичного веса каждого из таких сигналов.

1 234