Синтез устройства управления индикатором

Министерство образования и науки Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого Институт электронных информационных систем Кафедра «Радиосистем»

Курсовой проект по учебной дисциплине «Схемотехника»

СИНТЕЗ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ИНДИКАТОРОМ Студент гр. 8021:

Михайлов И.И.

Преподаватель:

Миллер В.И.

1. Задание на курсовой проект

2. Синтез устройства управления

3. Поиск наилучшего схемного решения

4. 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.

0 1 2 3 4 5 6 7

Рисунок 1

2. 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

По данным таблицы истинности проведем минимизацию функций y_a-y_g. 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 y_a-y_g 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:

3. 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-, КМОПи 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, однои 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 -10^еС 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 — 6 В 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 °С и 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

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).

0 1 2 3 4 5 6 7

Рисунок 5. — Последовательность символов

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.

3. 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.