Содержание
1. Задание на курсовой проект
. Синтез устройства управления
. Поиск наилучшего схемного решения
. Выбор ИМС для реализации синтеза устройства управления семисегментным индикатором
Вывод
Список литературы
1.
Задание на курсовой проект
Организовать функционирование двоичного счетчика на 8 состояний, тактируемого последовательностью импульсов.
Синтезировать устройство управления семисегментным индикатором с общим катодом, которое обеспечивает высвечивание заданной последовательности символов в зависимости от состояния счетчика.
1 2 3 4 5 6 7
Рисунок 1
Синтез устройства управления
Используем семисегментный индикатор, для каждого составим функцию, которая описывает его состояние в зависимости от состояния счетчика. На рисунке 2 показана схема расположения сегментов в индикаторе и их условное обозначение.
Рисунок 2. - Схема расположения сегментов индикатора и их условное обозначение
По условию задания составим таблицу истинности отражающую работу устройства управления.
Таблица 1. - Таблица истинности устройства управления
| j | A | B | C | ya | yb | yc | yd | ye | yf | yg |
| 0 1 2 3 4 5 6 7 | 0 0 0 0 1 1 1 1 | 0 0 1 1 0 0 1 1 | 0 1 0 1 0 1 0 1 | 1 1 0 Æ 1 0 0 0 | 1 1 1 Æ 1 1 0 0 | 1 0 1 Æ 0 1 0 1 | 1 1 0 Æ 0 1 0 1 | 0 1 0 Æ 1 1 0 1 | 0 0 1 Æ 0 1 0 1 | 1 1 1 Æ 1 0 0 1 |
По данным таблицы истинности проведем минимизацию функций ya-yg. Для этого воспользуемся методом диаграмм Вейча. С их помощью получаются МДНФ функции.
При склеивании блоков в диаграммах Вейча пользуемся следующим принципом: число склеиваемых блоков должно быть минимальным, а число наборов входящих в этот блок максимальным. Исходя из этого правила, неопределенность определяется в «1» или «0».
Полученные диаграммы Вейча для функций ya-yg выглядят следующим образом
Подставляем на третьем наборе 0 и получаем функцию:
Подставляем на третьем наборе 1 и получаем функцию:
Подставляем на третьем наборе 0 и получаем функцию:
Подставляем на третьем наборе 1 и получаем функцию:
Подставляем на третьем наборе 1 и получаем функцию:
Подставляем на третьем наборе 1 и получаем функцию:
Подставляем на третьем наборе 1 и получаем функцию:
Составив диаграммы Вейча, мы получили следующие МДНФ функции:
Поиск наилучшего схемного решения
Правильно сделанное схемное решение определяет размеры будущего изделия, его технологичность. Одним их распространенных базисов в интегральной схемотехнике является базис И-ИЛИ-НЕ, так как с помощью него можно записать любую сложную функцию в виде СДНФ и СКНФ. Для перехода к избыточному базису требуется исключить какую либо функцию. Например в И, ИЛИ, НЕ можно исключить функцию И или ИЛИ. Это потребует дополнительных расчетов, а следовательно и времени.
На основе проведенных расчетов можно принять решение о построении устройства на базисе И-ИЛИ-НЕ.
4.
Выбор ИМС для реализации синтеза устройства управления семисегментным индикатором
управление индикатор счетчик микросхема
В зависимости от технологии изготовления ИС подразделяются на серии, различающиеся физическими параметрами базовых элементов, также числом и функциональным назначением входящих в их состав микросхем. В настоящее время разработано несколько десятков технологий изготовления ИС. Наиболее широкое применение находят ИС изготовляемые по ТТЛ-, КМОП- и n-МОП-технологии. Каждая технология непрерывно совершенствуется с целью увеличения быстродействия ИС, уменьшения потребляемой мощности и увеличение степени интеграции - числа элементов, размещаемых на кристалле заданной площади.[2]
Для выбора и сравнения серий микросхем возьмём серии 1533 и 1554 так как это наиболее новые серии и они имеют наиболее совершенные параметры и характеристики.
Серия 1533
Маломощные быстродействующие цифровые интегральные микросхемы серии КР1533 предназначены для организации высокоскоростного обмена и обработки цифровой информации, временного и электрического согласования сигналов в вычислительных системах. Микросхемы серии КР1533 по сравнению с известными сериями логических ТТЛ микросхем обладают минимальным значением произведения быстродействия на рассеиваемую мощность.
Зарубежным аналогом является серия 5М74LS5хххх фирмы Техas Instruments (США).
Микросхемы изготавливаются по усовершенствованной эпитаксиально-планарной технологии с диодами Шоттки и окисной изоляцией, одно- и двухуровневой метархаизированной разводкой на основе ПБ1-Т1/У-А181.
Конструктивно микросхемы серии КР1533 выполнены в 14-, 16-, 20- и 24-выводных стандартных пластмассовых корпусах типа 201.14-1, 238.16-1, 2140.20-8, 2142.24-2. [3]
Технические характеристики:
Напряжение питания 5,0 В ±10%
Задержка 4 нс
Мощность потребления 1 мВт
Тактовая частота до 70 МГц
Выходной ток нагрузки низкого уровня до 24 мА
Выходной ток нагрузки высокого уровня до -15 мА
Гарантированные статические и динамические характеристики при емкости нагрузки 50 пФ в диапазоне температур от -10еС до +70°С и напряжений питания 5 В±10%
Устойчивость к статическому электричеству до 200 В
Широкий набор типономиналов микросхем
Серия 1554
Быстродействующие цифровые логические КМОП микросхемы серии КР1554 предназначены для использования в высокопроизводительных системах обработки информации широкого применения. Высокое быстродействие в сочетании с низкой потребляемой мощностью и большой нагрузочной способностью, широкий набор интерфейсных микросхем серии КР1554 позволяют создавать вычислительные устройства и устройства цифровой автоматики с качественно новыми характеристиками и высокими технико-экономическими показателями.
Микросхемы изготавливаются по КМОП технологии с окисной изоляцией, двухуровневой металлизацией, поликремневым затвором шириной 1,4 мкм. Конструктивно микросхемы оформлены в пластмассовые корпуса типа П1Р с шагом 2,5 мм, с количеством выводов от 14 до 24 и стандартным расположением выводов "питание", "земля".
Зарубежный аналог - серия 74АСххх "FАСТ" фирмы "NATIONAL" (США). [3]
Технические характеристики:
Стандартные КМОП входные и выходные уровни сигналов
Диапазон напряжений питания 2В - 6В
Задержка 3,5 нс
Тактовая частота до 150 МГц
Большой выходной ток нагрузки низкого и высокого уровней 24 мА
Гарантированные характеристики в диапазоне температур от -45°С до +55 °Си напряжений питания 5В±10%, 3,3±0,ЗВ
Высокая устойчивость к статическому электричеству.
Сравнительные характеристики основных параметров ТТЛШ и КМОП серий представлены в таблице 2. [3]
Таблица 2
| Наименование параметра | Обозначение | КР1533 | КР1554 | Единица измерения |
| Технология | ТТЛШ | КМОП | ||
| Аналог | 74ALS | 74AC | ||
| Диапазон напряжения питания | Ucc | 5±10% | 2.0-6.0 | В |
| Диапазон температур | T | -10÷+70 | -40÷+85 | ºС |
| Входное напряжение | UIH | 2.0 | 3.15 | В |
| UIL | 0.8 | 1.35 | В | |
| Выходное напряжение | UOH | 2.7 | Ucc-0.1 | В |
| UOL | 0.5 | 0.1 | В | |
| Входной ток | IIH | +0.1 | мкА | |
| IIL | -400 | -0.1 | мкА | |
| Выходной ток | IOH | -0.4 | -24 | мА |
| IOL | 8.0 | мА |
Высокое быстродействие в сочетании с низкой потребляемой мощностью и большой нагрузочной способностью, широкий набор логических и интерфейсных микросхем серии КР1533 позволяет создавать вычислительные устройства цифровой автоматики с качественно новыми характеристиками и высокими технико-экономическими показателями.
Существенной особенностью серии КР 1533 является наличие интерфейсных и буферных микросхем, обладающих повышенной нагрузочной способностью по выходу в состоянии высокого и низкого уровня и меньшей, в сравнении с серией КР 1531, мощностью потребления при практически сравнимом быстродействии. Микросхемы серии КР1533, имеющие функциональные аналоги в других сериях, совпадают с ними в части разводки выводов в корпусе. Это позволяет проводить полную замену микросхем серий К555, К533, К155, КР1531 и добиваться уменьшения размеров блоков питания, уменьшения рассеиваемой мощности и повышения надежности.
Микросхемы серии КР 1554 обладая всеми преимуществами КМОП микросхем, превзошли новейшие серии ТТЛ ИС по быстродействию и нагрузочной способности по выходу, что позволит разработчикам аппаратуры существенно улучшить технические и технико-экономические характеристики разрабатываемых изделий.[3]
Выбор ИМС осуществляется обычно по нескольким критериям:
· помехоустойчивость;
· потребляемая мощность;
· коэффициент нагрузочной способности по входу и выходу;
· быстродействие;
· стоимость;
Исходя из анализа приходим к следующему выбору: для синтеза схемы используем серию 1554, т.к у этой серии высокая надежность и помехоустойчивость, небольшое входное сопротивление. Остальные параметры схем серий отличаются незначительно.
Для реализации операции И воспользуемся элементом КР1554ЛИ1.
Операцию ИЛИ реализуем на микросхеме КР1554ЛЛ1.
Операцию НЕ реализуем на микросхеме КР1554ЛН1
Операцию ИЛИ-НЕ реализуем на микросхеме КР1554ЛЕ4
В качестве счётчика используем микросхему КР1554ИЕ7.
Для индикации выходных сигналов используется знаковый арсенид-фосфид-галиевый индикатор АЛС324А с общим катодом, красного цвета свечения в пластмассовом корпусе.
Индикатор имеет семь элементов и децимальную точку, излучающие свет при подаче прямого тока. Размер цифры 7,5 мм. Масса не более 2 г.
Рисунок 3. - Принципиальная электрическая схема индикатора АЛС324А
Рисунок 4. - Соответствие между сегментами индикатора и буквенными обозначениями
Электрические и световые параметры индикатора АЛС324А
Постоянное прямое напряжение на каждом элементе - 2,5 В.
Сила света при прямом токе 20 Ма
Обратное напряжение - 5 В.
Постоянный прямой ток через элемент - 25 мА.
Рассеиваемая мощность - 500 мВт.
Вывод
В ходе курсовой работы организовано функционирование двоичного счетчика на 8 состояний, а также синтезировано устройство управления индикатором, который обеспечивает высвечивание следующей последовательности символов, в зависимости от состояний счетчика (рисунок 5).
1 2 3 4 5 6 7
Рисунок 5. - Последовательность символов
Список литературы
1. J.H. Jansen. Курс цифровой электроники. Том 2 - проектирование устройств на цифровых ИС. / Под ред. П.П. Олефиренко. Москва. «Мир» 1987 г.
2. Нефедов А.В. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги». Справочник - 1997 г.
. Петровский И.И., Прибыльский А.В. «Справочник логические ИС КР1533 КР1554» часть 1 - изд. «Бином» 1993 г. - 495 с.
4 Пухальский Г.И. «Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах.» Справочник. // Радио и связь. 1990 г.
5. Эрл Д. Гейтс. «Введение в электронику». - Ростов-на-Дону. «Феникс». 1998 г.