Разработка модуля ввода/вывода на базе плис

Структурная схема разрабатываемого модуля представлена на рисунке 9.

Рис. 9 Структурная схема модуля

 

 

В структурной схеме модуля можно выделить следующие компоненты:

· ПЛИС (DD1) - ЕРМ3128АТС144-10

· ЦАП (DD18) - AD7538

· АЦП (DD19) - MAX1263

· ОГР (DD2-DD9, DD11-DD17) - K293ЛП6Р, К293ЛП1

Разработанная принципиальная схема представлена на чертеже КП-2068998-А1-09-00.00.000.Э3 ISA модуль ввода / вывода информации на базе ПЛИС.

Программирование ПЛИС осуществляется через JTAG интерфейс с помощью программатора Byte Blaster (X3). Микросхема питается от напряжения 3,3 В. Для преобразования напряжения используется преобразователь напряжения NCP1117.

Данные на входы i[15..1] ПЛИС поступают с разъема ХР2.1через ОГР (DD2-DD9), с разъема ХР2.3 на входы Cr+ и Cr- и с разъема ISA на входа D[8..1], A[16..1], IOR, IOW, RESET. С выходов o[14..1] ПЛИС данные через ОГР подаются на разъем ХР2.2. С выходов Ddac[14.1] данные подаются на входы ЦАП.

MultiVolt интерфейс позволяет ядру микросхемы работать при 3.3 В, а контактам Ввода/Вывода быть совместимыми с 5.0В, 3.3В и 2.5В. Если контакты VCCIO подключены к 3,3 В источнику питания, то высокий выходной уровень будет 3,3 В и будет совместим с 3,3 и 5,0 В системами [10]. Напряжение высокого уровня подаваемое на входа DAC (DD18) - 2.4 В, напряжение низкого уровня - 0,8 В.

Управление элементами осуществляется аналогично управлению представленному на принципиальной схеме КП-2068998-А1-09-00.00.000.Э3.

 

 

РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ

Нагрузочные резисторы R1-R14 предназначены для ограничения тока, протекающего через светодиоды оптопар D25-D31 от источника V_CC=+5B. В соответствии с документацией на оптопару К293ЛП6Р [2] ток протекающий через светодиод оптопары I_VD= 10 мА, при этом падение напряжения на нем, определяемое по вольтамперной характеристике [4], составляет U_VD=1,4 B. Для микросхемы КР1533ИР23 U₀=0,4 В [1]. Индикация включенного состояния оптопар выполняется светодиодами VD1-VD14 АЛ307А. При токе I_VD= 10 мА напряжение U_VD1=2 B

Значение нагрузочного резистора определяется по формуле [5]:

Ом (1)

Определим мощность, рассеиваемую на резисторе:

Вт (2)

По результатам расчетов выбираем резисторы R1-R14 из ряда E24 [6]:

МЛТ 0,063 – 120 Ом ± 5 %

Нагрузочные резисторы R15-R28 предназначены для ограничения тока, протекающего через светодиоды оптопар D32-D38 от источника V_DD=+24B. В соответствии с документацией на оптопару К293ЛП6Р [2] ток протекающий через светодиод оптопары I_VD= 10 мА, при этом падение напряжения на нем, определяемое по вольтамперной характеристике [4], составляет U_VD=1,4 B. Значение нагрузочного резистора определяется по формуле [5]:

Ом (3)

Определим мощность, рассеиваемую на резисторе:

Вт (4)

По результатам расчетов выбираем резисторы R15-R28 из ряда E24 [6]:

МЛТ – 0,25Вт – 2,4 кОм ± 5 %

Нагрузочный резистор R29 предназначен для ограничения тока, протекающего через светодиод оптопары D39 от источника V_DD=+24B. В соответствии с документацией на оптопару К293ЛП1 [2] ток протекающий через светодиод оптопары I_VD= 10 мА, при этом падение напряжения на нем, определяемое по вольтамперной характеристике [4], составляет U_VD=1,4 B.

Значение нагрузочного резистора определяется по формуле [5]:

Ом (5)

Определим мощность, рассеиваемую на резисторе:

Вт (6)

По результатам расчетов выбираем резистор R29 из ряда E24 [6]:

МЛТ – 0,25Вт – 2,4 кОм ± 5 %

Резисторы R31 – R34, входящие в состав схемы подключения ЦАП D22, заданы производителем в документации на ЦАП [7]:

R31=20 Ом, R32=20 Ом, R33=1000 Ом, R34=47000 Ом;

Определим мощность, рассеиваемую на резисторах:

Вт (9)

Вт (10)

Вт (11)

Вт (12)

По результатам расчетов выбираем резисторы R31- R34 из ряда E24 [6]:

МЛТ – 0,25Вт – 20 Ом ± 5 %

МЛТ – 0,25Вт – 20 Ом ± 5 %

МЛТ – 0,25Вт – 1000 Ом ± 5 %

МЛТ – 0,063Вт – 47000 Ом ± 5 %

Резистор R37 ограничивают входной ток от источника питания V_CC=5B, подключенного к входу управления микросхем DD40.

Значение нагрузочного резистора определяется по формуле [1]:

1625000 Ом = 1.1 кОм

Определим мощность, рассеиваемую на резисторе:

Вт

По результатам расчетов выбираем резистор R37 из ряда E24 [6]:

МЛТ – 0,063Вт – 1.1 кОм ± 5 %

Резисторы R40-R43 ограничивают входной ток от источника питания V_CC=5B, подключенного к входу управления микросхем DD15-DD18.

Значение нагрузочного резистора определяется по формуле [1]:

1625000 Ом = 227 Ом

Определим мощность, рассеиваемую на резисторе:

Вт

По результатам расчетов выбираем резисторы R40-R43 из ряда E24 [6]:

МЛТ – 0,125Вт – 240 Ом ± 5 %

Емкость керамических конденсаторов C2, C8, C9, входящих в состав схемы подключения ЦАП D22, задана производителем в документации на ЦАП [7]:

С2=33 пФ; С8, С9=0,1 мкФ,

Выбираем керамический конденсатор С2 из ряда Е24 [6]:

К10 – 17Б – 5B – 33 пФ ± 5 %

Выбираем керамические конденсаторы С8, С9 из ряда Е24 [6]:

К10 – 17Б – 5B – 0,1 мкФ ± 5 %

Емкость электролитического конденсатора C1, входящего в состав схемы подключения ЦАП D22, задана производителем в документации на ЦАП [7]:

С1=4,7 мкФ

Выбираем электролитический конденсатор С1 из ряда Е24 [6]:

К53 – 4 – 6.3В – 4,7 мкФ ± 5 %

Резисторы R35, R36, входящие в состав схемы подключения АЦП D21, заданы производителем в документации на АЦП [8]:

R35=3000 Ом, R36=5.1 Ом;

Определим мощность, рассеиваемую на резисторах:

Вт (13)

Вт (14)

По результатам расчетов выбираем резисторы R35- R36 из ряда E24 [6]:

МЛТ – 0,063Вт – 3000 Ом ± 5 %

МЛТ – 0,063Вт – 5.1 Ом ± 5 %

Емкость конденсаторов С3, С5– С7 входящих в состав схемы подключения АЦП D21 задана производителем в документации на АЦП [8]:

С3, С5, С7 =0.1 мкФ, С6=4.7 мкФ

Выбираем керамические конденсаторы С3, С5, C7 из ряда Е24 [6]

К10 – 17Б – 5B – 0.1 мкФ ± 5 %

Выбираем керамический конденсатор С6 из ряда Е24 [6]

К10 – 17Б – 5B – 4,7 мкФ ± 5 %

Емкость электролитического конденсатора C4, входящего в состав схемы подключения АЦП D22, задана производителем в документации на АЦП [8]:

С4=4,7 мкФ

Выбираем электролитический конденсатор С2 из ряда Е24[6]:

К53 – 4 – 6,3В – 4,7 мкФ ± 5 %