Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 55
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА ЭЛЕКТРОНИКИ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Пояснительная записка
Преподаватель Швайка
О. Г.
УТВЕРЖДЕНО предметной комиссией « » __________________________ 2004г. Председатель _______________________ З А Д А Н И Е (наименование среднего специального учебного заведения) (фамилия, имя, отчество) Курсовой проект на указанную тему выполняется учащимися техникума в следующем объеме: 1. Пояснительная записка. 1. Общая часть. 1.1. Назначение устройства управления. 1.2. Составление таблицы истинности работы устройства. 1.3. Минимизация логической функции. 1.4. Выбор и обоснование функциональной схемы устройства. 1.5. Синтез электрической принципиальной схемы в базисе И-НЕ. 1.6. Выбор элементной базы проектируемого устройства. 1.7. Описание используемых в схеме ИМС и семисегментного индикатора. 2. Расчетная часть проекта ______________________________________________________ 2.1. Ориентировочный расчет быстродействия и потребляемой мощности устройства управления. 2.2. Расчет вероятности безотказной работы устройства управления и среднего 4. Графическая часть проекта _______________________________________________ Схема электрическая принципиальная. Устройство селективного управления работой семисегментного индикатора. Заключение. Список литературы. Дата выдачи ______________________________ Срок окончания ______________________________ Зав. отделением ______________________________ Преподаватель ______________________________ ВВЕДЕНИЕ
Развитие микроэлектроники способствовало появлению малогабаритных, высоконадежных и экономичных вычислительных устройств на основе цифровых микросхем. Требования увеличения быстродействия и уменьшения мощности потребления вычислительных средств привело к созданию серий цифровых микросхем. Серия представляет собой комплект микросхем, имеющие единое конструктивно – технологическое исполнение. Наиболее широкое распространение в современной аппаратуре получили серии микросхем ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ и схемы на МОП – структурах. ТТЛ схемы появились как результат развития схем ДТЛ в результате замены матрицы диодов многоэмиттерным транзистором. Этот транзистор представляет собой интегральный элемент, объединяющий свойства диодных логических схем и транзисторного усилителя. 1. Общая часть.
1.1. Назначение устройства
На рисунке в виде “черного ящика” показана комбинационная схема (КС) управляющая семисегментным индикатором. На вход схемы подаются различные комбинации двух сигналов X1
, X2
, X3
, X4
(X1
- старший). На индикатор предполагается выводить лишь отдельные цифры из множества шестнадцатеричных цифр. На выходе Y должна быть единица, если соединенный с этим выходом сегмент должен загореться при отображении цифр (для логической схемы). Требуется: 1
. Составить совмещенную таблицу истинности, комплект карт Карно для функции Y, провести совместную минимизацию в СДНФ и записать логические формулы, выражающие Y через X, выполнить преобразование этих формул к виду, обеспечивающему минимально возможную реализацию КС в системе логических элементов ТТЛ серии типа К155 или К555; 2
. Выполнить принципиальную электрическую схему устройства, провести расчет быстродействия и мощности; 3
. Выполнить расчет надежности. 1.2.
Составление таблицы истинности работы устройства
.
Создание таблицы истинности работы устройства по следующему набору комбинаций 1, 2, 3, 4, 7, 8,
B
,
C
,
F
.
N X1 X2 X3 X4 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 3 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 4 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 7 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 B 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 C 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 F 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1.3. Минимизация логической функции.
Составить СДНФ по таблице, построить карты Карно и минимизировать их
.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1.5. Синтез электрической принципиальной схемы в базисе «И-НЕ».
Можно уменьшить количество наименований схем. Это можно сделать путем преобразования с помощью формул: В результате получаем только схемы “И-НЕ” и схемы отрицания Повторяющиеся значения формул СДНФ
1.6. Выбор и обоснование элементной базы.
Для проектирования было предложено выбрать элементы ТТЛ серий 155 и 555. После сравнения характеристик этих двух серий мною была выбрана 555 серия. Потому что: ¾ во-первых, коэффициент разветвления у неё в два раза больше, чем у 155 серии, что в дальнейшем даст возможность не использовать дополнительные резисторы на входе схемы ¾ во-вторых, элементы 555 серии потребляют меньше мощности в отличие от серии 155, так как их максимальное напряжение и сила тока меньше, чем у 155 серии. В 555 серию входят различные логические элементы общим числом 98 наименований. Их назначение заключается в построении узлов ЭВМ и устройств дискретной автоматики с высоким быстродействием и малой потребляемой мощностью. Элементы И – НЕ в 555 серии содержат простые n-p-n транзисторы VT2 – VT4, многоэмиттерный транзистор VT1, а так же резисторы и диоды, количество которых зависит от конкретного элемента. Такая схема обеспечивает возможность работы на большую емкостную нагрузку при высоком быстродействии и помехоустойчивости. В качестве индикатора выбран семисегментный индикатор АЛС320Б, один из немногих индикаторов способный отображать не только цифровую информацию, но и буквенную, что необходимо в проектируемом устройстве. В моей схеме используется следующие микросхемы серии К555: К555ЛА1, К555ЛА2, К555ЛА4, К555ЛН1, К555ЛН2 1.7. Описание используемых в схеме ИМС и семисегментного индикатора.
К555ЛА1
Два логических элемента 4И-НЕ
№ Назначение № Назначение 1 2 3 4 5 6 7 Вход Х1
Вход Х2
Свободный Вход Х3
Вход Х4
Выход Y1
Общий 8 9 10 11 12 13 14 Выход Y2
Вход Х5
Вход Х6
Свободный Вход Х7
Вход Х8
Ucc DIP14
Пластик
Тип микросхемы К555ЛА1 Фирма производитель СНГ Функциональные особенности 2 элемента 4И-НЕ Uпит
5В ± 5% Uпит
(низкого ур-ня) ≤ 0,5В Uпит
(высокого ур-ня) ≥ 2,7В Iпотреб
(низкий ур-нь Uвых
) ≤ 2,2мА Iпотреб
(высокий ур-нь Uвых
) ≤ 0,8мА Iвых
(низкого ур-ня) ≤ |-0.36|мА Iвых
(высокого ур-ня) ≤ 0,02мА P 7,88мВт tзадержки
20нСек Kразвёртки
20 Корпус DIP14 К555ЛА2
Логический элемент 8И-НЕ
№ Назначение № Назначение 1 2 3 4 5 6 7 Вход Х1
Вход Х2
Вход Х3
Вход Х4
Вход Х5
Вход Х6
Общий 8 9 10 11 12 13 14 Выход Y1
Свободный Свободный Вход Х7
Вход Х8
Свободный Ucc DIP14
Пластик
Тип микросхемы К555ЛА2 Фирма производитель СНГ Функциональные особенности элемент 8И-НЕ Uпит
5В ± 5% Uпит
(низкого ур-ня) ≤ 0,5В Uпит
(высокого ур-ня) ≥ 2,7В Iпотреб
(низкий ур-нь Uвых
) ≤ 1,1мА Iпотреб
(высокий ур-нь Uвых
) ≤ 0,5мА Iвых
(низкого ур-ня) ≤ |-0,4|мА Iвых
(высокого ур-ня) ≤ 0,02мА P 4,2мВт tзадержки
35нСек Kразвёртки
20 Корпус DIP14 К555ЛА4
Три логических элемента 3И-НЕ
№ Назначение № Назначение 1 2 3 4 5 6 7 Вход Х1
Вход Х2
Вход Х4
Вход Х5
Вход Х6
Выход Y2
Общий 8 9 10 11 12 13 14 Выход Y3
Вход Х7
Вход Х8
Вход Х9
Выход Y1
Вход Х3
Ucc DIP14
Керамический
Тип микросхемы К555ЛА4 Фирма производитель СНГ Функциональные особенности 3 элемента 3И-НЕ Uпит
5В ± 5% Uпит
(низкого ур-ня) ≤ 0,5В Uпит
(высокого ур-ня) ≥ 2,7В Iпотреб
(низкий ур-нь Uвых
) ≤ 1,2мА Iпотреб
(высокий ур-нь Uвых
) ≤ 0,8мА Iвых
(низкого ур-ня) ≤ |-0.36|мА Iвых
(высокого ур-ня) ≤ 0,02мА P 11,8мВт tзадержки
15нСек Kразвёртки
20 Корпус DIP14 К555ЛН
1
Шесть инверторов
№ Назначение № Назначение 1 2 3 4 5 6 7 Вход Х1
Выход Y1
Вход Х2
Выход Y2
Вход Х3
Выход Y3
Общий 8 9 10 11 12 13 14 Выход Y4
Вход Х4
Выход Y5
Вход Х5
Выход Y6
Вход Х6
Ucc 12
DIP14
Пластик
Тип микросхемы К555ЛН1 Фирма производитель СНГ Функциональные особенности 6 инверторов Uпит
5В ± 5% Uпит
(низкого ур-ня) ≤ 0,5В Uпит
(высокого ур-ня) ≥ 2,7В Iпотреб
(низкий ур-нь Uвых
) ≤ 6,6мА Iпотреб
(высокий ур-нь Uвых
) ≤ 2,4мА Iвых
(низкого ур-ня) ≤ |-0.36|мА Iвых
(высокого ур-ня) ≤ 0,02мА P 23,63мВт Tзадержки
≤ 20нСек Kразвёртки
20 Корпус DIP14 К555ЛН2
Шесть инверторов с открытым коллекторным выходом
№ Назначение № Назначение 1 2 3 4 5 6 7 Вход Х1
Выход Y1
Вход Х2
Выход Y2
Вход Х3
Выход Y3
Общий 8 9 10 11 12 13 14 Выход Y4
Вход Х4
Выход Y5
Вход Х5
Выход Y6
Вход Х6
Ucc 12
DIP14
Пластик
Тип микросхемы К555ЛН2 Фирма производитель СНГ Функциональные особенности 6 инверторов с открытым коллекторным выходом Uпит
5В ± 5% Uпит
(низкого ур-ня) ≤ 0,5В Uпит
(высокого ур-ня) ≥ 2,7В Iпотреб
(низкий ур-нь Uвых
) ≤ 6,6мА Iпотреб
(высокий ур-нь Uвых
) ≤ 2,4мА Iвых
(низкого ур-ня) ≤ |-0.36|мА Iвых
(высокого ур-ня) ≤ 0,02мА P 23,63мВт Tзадержки
≤ 32нСек Kразвёртки
20 Корпус DIP14 ИНДИКАТОР ЦИФРОВОЙ
АЛС320Б
Название АЛС320Б Цвет свечения зеленый Н, мм 5 М 1 Lmin, нм 555 Lmax, нм 565 Iv, мДж 0.15 при Iпр, мА 10 Uпр max(Uпр max имп), В 3 Uобр max(Uобр max имп), В 5 Iпр max(Iпр max имп), мА 12 Iпр и max, мА 60 при tи, мс 1 при Q 12 Т,°С -60…+70 2. Расчетная часть
2.1. Расчет быстродействия и потребляемой мощности устройства
· Расчет номиналов резисторов
Из расчетов видно, что сопротивление равно 758 Ом, а его наминал, · Расчет быстродействия
Таким образом, из расчета, время задержки составляет 127 нс. · Расчет мощности
Таким образом, из расчета я получил потребляемую мощность равную 402,88 мВт 2.2. Расчет вероятности безотказной работы устройства и Наименее Обозначение Кол-во lо
10-6
Режим работы Усл. раб. Коэф. li
=a×кl
×lо
10-6
10-6
Кн
tс
Резисторы R1
1 1 1 50 1,6 2,7 4,32 4,32 R2-8
7 0,4 1,728 12,096 ИМС DD1
-DD10
10 0,1 1 50 1 2,7 0,27 2,7 ИМС (К555ЛН2) DD11
-DD12
2 0,08 1 50 1 2,7 0,216 0,432 Индикатор VD 7 5 1 50 1,6 2,7 21,6 151,2 1. Прикидочный расчет 2. Ориентировочный расчет 3. Окончательный расчет Графическая часть проекта.
Заключение.
В курсовом проекте я разработал электрическую принципиальную схему управления семисегментного индикатора. Изначально, по заданию, составив таблицы истинности и минимизировав логическую функцию, получили те сигналы, которые поступят непосредственно на индикатор (пройдя предварительную инверсию). Преобразовав полученные формулы и выделив повторяющиеся блоки, оптимизировал работу схемы. В ней используются микросхемы серии К555, т.к. они являются более новыми, чем серия К155, а также рассчитывались номинал резисторов, быстродействие, потребляемая мощность и вероятность безотказной работы устройства. Значение прикидочного расчета больше, так как при его расчете было взято максимальное значение коэффициента интенсивности отказов, а в ориентировочном расчете для каждого элемента свое. Из-за этой разницы в ориентировочном расчете увеличилось P(t) и Tср.
Список литературы.
1. «Справочник по интегральным микросхемам» Тарабин; Москва 1981г. 2. «Цифровые интегральные микросхемы» Богданович М.И., Грель И.Н., Похоренко В.А., Шалимо В.В.; Минск, Беларусь 1991г. 3. Конспект по предмету «Конструирование ЭВМ» преподаватель – Пушницкая И.В. 4. Конспект по предмету «Типовые элементы и устройства цифровой техники» преподаватель – Золотарев И.В., Тихонов Б.Н. 5. методическая указания к выполнению курсового проекта по предмету «Электронные цифровые вычислительные машины и микропроцессоры» Пушницкая И.В., Чечурина А.В. Ленинград 1990г. 6. Методические рекомендации по оформлению курсовых и дипломных проектов Лагутина Н.И.; Ленинград 1987г. 7. «Справочник по полупроводниковых электронных приборов» Иванов В.И. 8. «Справочник интегральных микросхем» Нефедов 9. «Импульсные и цифровые устройства» Браммер Ю.А., Пащук И.Н. |