РЕФЕРАТЫ ПО РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕРеферат: Устройство селективного управления работой семисегментного индикатораСАНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА ЭЛЕКТРОНИКИ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Пояснительная 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 Е на 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. 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 1. Ориентировочный расчет быстродействия и потребляемой мощности устройства управления. 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. [pic 1 1 ] [pic1 ] [pic1 1 ] [pic1 ] [pic[pic[pic[pic ] ] ] ] [pic 1 1 ] [pic ] [pic1 1 1 ] [pic1 ] [pic[pic[pic[pic ] ] ] ] [pic 1 1 1 ] [pic ] [pic 1 1 ] [pic ] [pic[pic[pic[pic ] ] ] ] [pic 1 1 ] [pic ] [pic1 1 1 ] [pic1 ] [pic[pic[pic[pic ] ] ] ] [pic 1 1 ] [pic ] [pic 1 1 ] [pic1 ] [pic[pic[pic[pic ] ] ] ] [pic 1 1 ] [pic ] [pic1 1 ] [pic1 ] [pic[pic[pic[pic ] ] ] ] [pic 1 1 ] [pic1 ] [pic1 1 1 ] [pic ] 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: . 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 . 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 выв. выв. 1 Вход Х1 8 Выход Y2 2 Вход Х2 9 Вход Х5 3 Свободный 10 Вход Х6 4 Вход Х3 11 Свободный 5 Вход Х4 12 Вход Х7 6 Выход Y1 13 Вход Х8 7 Общий 14 Ucc DIP14 Пластик Тип микросхемы К555ЛА1 Фирма производитель СНГ Функциональные особенности2 элемента 4И-НЕ Uпит 5В ± 5% Uпит (низкого ур-ня) ? 0,5В Uпит (высокого ур-ня) ? 2,7В Iпотреб (низкий ур-нь ? 2,2мА Uвых) Iпотреб (высокий ур-нь ? 0,8мА Uвых) Iвых (низкого ур-ня) ? -0.36мА Iвых (высокого ур-ня) ? 0,02мА P 7,88мВт tзадержки 20нСек Kразвёртки 20 Корпус DIP14 К555ЛА2 Логический элемент 8И-НЕ № Назначение№ Назначение выв. выв. 1 Вход Х1 8 Выход Y1 2 Вход Х2 9 Свободный 3 Вход Х3 10 Свободный 4 Вход Х4 11 Вход Х7 5 Вход Х5 12 Вход Х8 6 Вход Х6 13 Свободный 7 Общий 14 Ucc DIP14 Пластик Тип микросхемы К555ЛА2 Фирма производитель СНГ Функциональные особенностиэлемент 8И-НЕ Uпит 5В ± 5% Uпит (низкого ур-ня) ? 0,5В Uпит (высокого ур-ня) ? 2,7В Iпотреб (низкий ур-нь ? 1,1мА Uвых) Iпотреб (высокий ур-нь ? 0,5мА Uвых) Iвых (низкого ур-ня) ? -0,4мА Iвых (высокого ур-ня) ? 0,02мА P 4,2мВт tзадержки 35нСек Kразвёртки 20 Корпус DIP14 К555ЛА4 Три логических элемента 3И-НЕ № Назначение№ Назначение выв. выв. 1 Вход Х1 8 Выход Y3 2 Вход Х2 9 Вход Х7 3 Вход Х4 10 Вход Х8 4 Вход Х5 11 Вход Х9 5 Вход Х6 12 Выход Y1 6 Выход Y2 13 Вход Х3 7 Общий 14 Ucc DIP14 Керамический Тип микросхемы К555ЛА4 Фирма производитель СНГ Функциональные особенности3 элемента 3И-НЕ Uпит 5В ± 5% Uпит (низкого ур-ня) ? 0,5В Uпит (высокого ур-ня) ? 2,7В Iпотреб (низкий ур-нь ? 1,2мА Uвых) Iпотреб (высокий ур-нь ? 0,8мА Uвых) Iвых (низкого ур-ня) ? -0.36мА Iвых (высокого ур-ня) ? 0,02мА P 11,8мВт tзадержки 15нСек Kразвёртки 20 Корпус DIP14 К555ЛН1 Шесть инверторов № Назначение№ Назначение выв. выв. 1 Вход Х1 8 Выход Y4 2 Выход Y1 9 Вход Х4 3 Вход Х2 10 Выход Y5 4 Выход Y2 11 Вход Х5 5 Вход Х3 12 Выход Y6 6 Выход Y3 13 Вход Х6 7 Общий 14 Ucc DIP14 Пластик Тип микросхемы К555ЛН1 Фирма производитель СНГ Функциональные 6 инверторов особенности Uпит 5В ± 5% Uпит (низкого ур-ня) ? 0,5В Uпит (высокого ур-ня) ? 2,7В Iпотреб (низкий ур-нь ? 6,6мА Uвых) Iпотреб (высокий ур-нь ? 2,4мА Uвых) Iвых (низкого ур-ня) ? -0.36мА Iвых (высокого ур-ня) ? 0,02мА P 23,63мВт Tзадержки ? 20нСек Kразвёртки 20 Корпус DIP14 К555ЛН2 Шесть инверторов с открытым коллекторным выходом № Назначение№ Назначение выв. выв. 1 Вход Х1 8 Выход Y4 2 Выход Y1 9 Вход Х4 3 Вход Х2 10 Выход Y5 4 Выход Y2 11 Вход Х5 5 Вход Х3 12 Выход Y6 6 Выход Y3 13 Вход Х6 7 Общий 14 Ucc DIP14 Пластик Тип микросхемы К555ЛН2 Фирма производитель СНГ Функциональные 6 инверторов с открытым коллекторным особенности выходом Uпит 5В ± 5% Uпит (низкого ур-ня) ? 0,5В Uпит (высокого ур-ня) ? 2,7В Iпотреб (низкий ур-нь ? 6,6мА Uвых) Iпотреб (высокий ур-нь ? 2,4мА Uвых) Iвых (низкого ур-ня) ? -0.36мА 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, 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. Наименее Обозначение на схеме Кол-во элементов (о 10-6 Режим работы Усл. раб. К( Коэф. а (i =a(к(((о 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. -- X1 X2 X3 X4 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 2 4 3 1 7 5 6 1 1 Y7 & & & & & Y6 & & & 1 Y5 & & & 1 Y3 & & & & 1 Y4 & & & 1 Y2 & & & 1 Y1 & & & & & 2 1 & & & 1 2 4 5 9 10 12 13 8 6 1 & 2 3 4 8 6 5 11 12 & 1 2 13 4 6 11 12 5 8 & & 10 9 3 1 2 13 4 6 11 5 8 10 9 3 & & & & & 12 13 4 6 11 5 8 10 9 3 & & & & & 12 На основе карт Карно составлена следующая функциональная схема. |