Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА ЭЛЕКТРОНИКИ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТПояснительная записка
Тема: УСТРОЙСТВО СЕЛЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ
СЕМИСЕГМЕНТНОГО ИНДЕКАТОРА
КП 2201 453К
Преподаватель Швайка О. Г.
Учащийся Бляхман Е.С.
УТВЕРЖДЕНО
предметной комиссией
« » __________________________ 2004г.
Председатель _______________________
З А Д А Н И Ена курсовое проектирование по курсу ЭЦВМ и МП
учащемуся Бляхман Е.С. IV курса 453-К группы
СПИШЭ техникума
(наименование среднего специального учебного заведения)
(фамилия, имя, отчество)
Тема задания Устройство селективного управления работой семисегментного индикатора
Курсовой проект на указанную тему выполняется учащимися техникума в следующем объеме:
1. Пояснительная записка.
Введение.
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
времени наработки на отказ.
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 01.3. 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
1.4. Выбор и обоснование функциональной схемы устройства.
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
№ выв.
Назначение№ выв.
Назначение1
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)
≤ 0,5ВUпит (высокого ур-ня)
≥ 2,7ВIпотреб (низкий ур-нь Uвых)
≤ 2,2мАIпотреб (высокий ур-нь Uвых)
≤ 0,8мАIвых (низкого ур-ня)
≤ |-0.36|мАIвых (высокого ур-ня)
≤ 0,02мА P 7,88мВтtзадержки
20нСекKразвёртки
20 Корпус DIP14К555ЛА2
Логический элемент 8И-НЕ
№ выв.
Назначение№ выв.
Назначение1
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)
≤ 0,5ВUпит (высокого ур-ня)
≥ 2,7ВIпотреб (низкий ур-нь Uвых)
≤ 1,1мАIпотреб (высокий ур-нь Uвых)
≤ 0,5мАIвых (низкого ур-ня)
≤ |-0,4|мАIвых (высокого ур-ня)
≤ 0,02мА P 4,2мВтtзадержки
35нСекKразвёртки
20 Корпус DIP14К555ЛА4
Три логических элемента 3И-НЕ
№ выв.
Назначение№ выв.
Назначение1
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)
≤ 0,5ВUпит (высокого ур-ня)
≥ 2,7ВIпотреб (низкий ур-нь Uвых)
≤ 1,2мАIпотреб (высокий ур-нь Uвых)
≤ 0,8мАIвых (низкого ур-ня)
≤ |-0.36|мАIвых (высокого ур-ня)
≤ 0,02мА P 11,8мВтtзадержки
15нСекKразвёртки
20 Корпус DIP14К555ЛН1
Шесть инверторов
№ выв.
Назначение№ выв.
Назначение1
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)
≤ 0,5ВUпит (высокого ур-ня)
≥ 2,7ВIпотреб (низкий ур-нь Uвых)
≤ 6,6мАIпотреб (высокий ур-нь Uвых)
≤ 2,4мАIвых (низкого ур-ня)
≤ |-0.36|мАIвых (высокого ур-ня)
≤ 0,02мА P 23,63мВтTзадержки
≤ 20нСекKразвёртки
20 Корпус DIP14К555ЛН2
Шесть инверторов с открытым коллекторным выходом
№ выв.
Назначение№ выв.
Назначение1
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)
≤ 0,5ВUпит (высокого ур-ня)
≥ 2,7ВIпотреб (низкий ур-нь Uвых)
≤ 6,6мАIпотреб (высокий ур-нь Uвых)
≤ 2,4мАIвых (низкого ур-ня)
≤ |-0.36|мАIвых (высокого ур-ня)
≤ 0,02мА P 23,63мВтTзадержки
≤ 32нСекKразвёртки
20 Корпус DIP14ИНДИКАТОР 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, равен 1 кОм. Сопротивление индикатора равно 167 Ом, а его наминал, равен 250 Ом.
· 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 среднего времени наработки на отказ.
НаименееОбозначение на схеме
Кол-во элементов
lо
10-6
Режим работыУсл. раб. Кl
Коэф. а
li =a×кl×lо
10-6
10-6
Кн
tс
РезисторыR1
1 1 1 50 1,6 2,7 4,32 4,32R2-8
7 0,4 1,728 12,096 ИМСDD1-DD10
10 0,1 1 50 1 2,7 0,27 2,7ИМС
(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 21,6 151,21. 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.