Десяткове-двійковий суматор

Введення.

В даний час інтегральні мікросхеми (ІМС) широко застосовуються врадіоелектронної апаратури, в обчислювальних пристроях, пристрояхавтоматики і т.д. Цифрові методи та цифрові пристрої, реалізовані наінтегральних мікросхемах різного ступеня інтеграції, в тому числі намікропроцесорних засобах, мають широкі перспективи використання вцифрових системах передачі і розподілу інформації, в телевізійній,радіомовної та іншої апаратури зв'язку. Сучасний етап розвиткунауково - технічного процесу характеризується широкими застосуваннямелектроніки та мікроелектроніки в усіх сферах життєдіяльності людини.
Важливу при цьому зіграло поява і швидке вдосконалення ІМС --основної елементної бази сучасної електроніки. З впровадженням ІМСзначно знизилася собівартість радіоелектронних приладів, вони сталибільш доступними і більш компактними і розширилося впровадженнярадіоелектроніки у розвиток науки і техніки.

На відміну від цифрових пристроїв деякі імпульсні пристрої,наприклад формувачі і генератори імпульсів різної форми вироблятисерійно у вигляді інтегральних схем (ІС) економічно невигідно. Перспективнийінший шлях - побудова імпульсних пристроїв на ІС широкого застосування т.ена логічних елементах, операційних підсилювачі та інших ІС спільно знавісними елементами. Це сприяє уніфікації елементної бази,еффетівному використання та комплексної мініатюризації радіоелектронноїапаратури - висока надійність, малі габарити і маса, низька вартість іспоживана потужність.

1. Загальна частина.

1.1. Призначення арифметично - логічних інтегральних схем.

Арифметичні - логічні інтегральні мікросхеми, єневід'ємною частиною мікроелектронних цифрових обчислювальних пристроїв іпризначені для виконання арифметичних і логічних операцій надчислами, представленими в двійковому, двійковій - десятковому та інших кодах.
Для виконання арифметичних операцій АЛУ будують на суматора.

Суматор називається пристрій, що виконує арифметичне складаннядвох чисел, представлених сигналами на його входах. При необхідностісуматори за допомогою деяких допоміжних операцій (зсуву числа,звернення коду числа) можуть виконувати алгебраїчне додавання, віднімання,множення, ділення, порівняння та інші дії з числами.

1.2. Класифікація суматори.

суматори класифікуються за такими ознаками.

За основи системи обчислення чисел, з якими оперує суматор (двійкові, двійковій-десяткові та інші).

За способом обробки багаторозрядних чисел. Передача числа з одногоЕЦОМ місця в інше може виконуватися послідовно або паралельно. Упристроях послідовного дії цифри якого - або числа, починаючи змолодшого розряду, послідовно передаються в канал, що володіє ємністю водну цифру. У пристроях паралельного дії всі цифри числа передаютьсяодночасно, тому ємність каналу повинна бути N цифр. У такомупристрої передача всього числа здійснюється за такий же час як упослідовного одна цифра. Підсумовування може так само здійснюватисяпослідовно - паралельно і паралельно - послідовно.

За способом організації ланцюгів переносу.

За способом організації процесу підсумовування однорозрядною що підсумовуєсхеми (комбінаційний або накопичує типи).

1.3. Вибір та обгрунтування функціональної схеми.

Послідовно - паралельний тип суматора. (Дивись малюнок 1)

Кількість однорозрядних підсумкових схем у такому суматорі меншекількості розрядів у сумміруемих числах. Ці схеми з'єднані між собою вланцюжок в порядку послідовного зростання розрядів. На входисуматора надходить група цифр молодших розрядів доданків, причому перенесенняутворюється на вході старшої однорозрядною що підсумовує схеми, запам'ятовуєтьсявідповідним пристроєм. Потім на входи суматора надходить наступнагрупа доданків. Одночасно на відповідний вхід молодшоїоднорозрядною що підсумовує схеми надходить перенесення, який зберігається взапам'ятовує схемою.

Елементна база.

В якості елементної бази для побудови арифметичного пристроювикористані ІМС серії К155ТМ2, К155ІР1, К155ІМ1.

К155ТМ2.

ІМС серії К155ТМ2 (Рис1) містять два незалежних D-тригера маютьзагальний ланцюг харчування

У кожного тригера є входи D, S і R, а так само компліментарні виходи
Q і Q. Входи R і S - асинхронні, тому що вони працюють незалежно відсигналу на тактовій вході. Напруга живлення +5 В подається на контакт 14, ахарчування 0В на контакт 7.

Параметри та експлуатаційні дані ІМС К155ТМ2 наведені в таблиці 1.

Рис1.

таблиця1
| Параметри | Значення |
| | |
| I0вх | 16 |
| мА | |
| | 0,04 |
| I1вх | |
| мА | 2,4 |
| | |
| U0вих мА | 0,4 |
| | |
| U1вих мА | 5 |
| | |
| U харчування | |

Кантакт 1, 2, 3, 4, 10,11, 12, 13 - входи.

Контакти 5, 6, 8, 9 - виходи.

5 - загальний.

14 - харчування.

Для захисту схеми від електричних перешкод на виходи харчування ставитьсяелектролітичний конденсатор К-53-14-1, 6В-6, 8 мкФ. Для захисту віднизькочастотних перешкод, між контактами живлення і заземлення, ставлятьсякерамічні конденсатори типу КМ-5б-Н90-0, 047 мкФ.

Електричні характеристики конденсаторів.

К-53-14-1, 6в-6, 8мкФ

КМ-5б-Н90-0, 47мкФ

2. Спеціальна частина.

2.1. Опис роботи принципової схеми.

На входи А та В суматора (ДД3) послідовно починаючи з молодшогорозряду подаються числа з чотирирозрядний регістрів (ДД1 і ДД2).
Отримана сума з виходу суматора записується в регістр (ДД4).
Отриманий в результаті перенесення записується Д - тригером (ДД5), звиходу якого він надходить на вхід вхідного перенесення суматора, дляскладання його з наступними розрядами.

2.2.Расчет параметрів.

2.2.1.Расчет споживання потужність.

ТИП ІМС | I споживання mВт | P споживання mВт | | До 155 ТМ 2 | 31.5
| 157.5 | | До 155 ІМ 1 | 80 | 400 | | До 155 ИР 1 | 82 | 410 | | Споживанапотужність.

2.2.2.Расчет швидкодії.

2.2.3 Розрахунок надійності.

Надійність - це властивість об'єкту виконувати задані функції, зберігаючизначення експлуатаційних параметрів у допустимих приделах відповідно довстановленими нормами його експлуатації, ремонту, технічного обслуговуванняі транспортування.

Розрахунок параметрів надійності ведеться у два етапи:

1. Попередній розрахунок надійності вироби проводять на етапіескізного проектування. У результаті попереднього розрахункувизначаються всі основні параметри: а) Інтенсивність відмови виробів. Визначається за формулою 9.

Де N - число групи "компонентів надійності", що мають різні інтенсивності відмов.

io - інтенсивність відмови елементів у i - ой групі. ni - кількість елементів у i - ої групи.

б) Час напрацювання на відмову визначається за формулою 10.

в) Імовірність безвідмовної роботи визначається за формулою 11.

де t - час роботи виробу.

У таблиці 8 наведені показники надійності виробів.

ТАБЛИЦЯ 8
| Група елементів | Інтенсивність | Кількість | io |
| | Атказа 1/час | елементів | ni 1/час |
| | | 1/час | |
| | | | |
| ІМС. | 0.01.10-5 | 4 | 0.04. 10-5 |
| Конденсатори: | | 3 | |
| а) Керамічні. | 0.062. 10-5 | 2 | 0.124. 10-5 |
| б) Електролітичні. | 0.035. 10-5 | 1 | 0.035. 10-5 |
| Контактні розлучення. | 0.02. 10-5 | 6 | 0.12. 10-5 |
| Пайка. | 0.01. 10-5 | 41 | 0.41. 10-5 |
| Друкована плата. | 0.1. 10-5 | 1 | 0.1. 10-5 |

За формулою 9 отримаємо інтенсивність відмов для всього виробу:

За формулою 10 визначимо час напрацювання на відмову:

За формулою 11 визначимо ймовірність безвідмовної роботи для 100 годин,
1000 годин і 10000 годин.

P (100) = 0.9991

P (1000) = 0.9917

P (10000) = 0.9209 < p> 2. Остаточний розрахунок надійності.

Ведеться на етапі технііческого проектування. Формули для розрахункупоказників ті ж, але слід враховувати електричний режим роботи схеми іумови експлуатації, вібрації і т.д.

В рамках курсового проекту для врахування впливу режиму роботирозраховується коефіцієнт нагрускі Кн за формулою 12, а температурнийкоефіцієнт береться рівний 1. Коефіцієнт навантаження для ІМС визначається занавантажувальної здатності (через коефіцієнт розгалуження).

де Кр.р - коефіцієнт розгалуження робочий
(обчислюється).

Кр.н - коефіцієнт розгалуження намінальний.

Для конденсаторів коефіцієнт навантаження через напругу за формулою 13.

У таблиці 9 наведені паказателі надійності всього виробу

ТАБЛИЦЯ 9
| ІМС | Інтенсивність | Кн | io. |
| | Відмови | | ni. Кн |
| | | | |
| К155ТМ2. | 0.01. 10-5 | 0.1 | 0.001. |
| К155ІМ1. | 0.01. 10-5 | 0.1 | 10-5 |
| К155ІР1. |. 10-5 | 0.5 | 0.001. |
| К155ІР1. | 0.01. 10-5 | 0.5 | 10-5 |
| К155ІР1. | 0.01. 10-5 | 0.5 | 0.05. |
| Кероміческій конденсатор. | 0.062. 10-5 | 1 | 10-5 |
| Електролітичні конденсатори | 0.035. 10-5 | 1 | 0.05. |
| Плата. | 0.1. 10-5 | 1 | 10-5 |
| Контактні роз'єми. | 0.02. 10-5 | 1 | 0.05. |
| Пайка. | 0.01. 10-5 | 1 | 10-5 |
| | | | 0.062. |
| | | | 10-5 |
| | | | 0.035. |
| | | | 10-5 |
| | | | 0.1. 10-5 |
| | | | |
| | | | 0.02. |
| | | | 10-5 |
| | | | 0.01. |
| | | | 10-5 |

= 0.0887. 10-5 1/час.

= 149925,03 годину.

P (100) = 0.9991

P (1000) = 0.9912

P (10000) = 0.9156

2.4 Конструкційний розрахунок друкованої плати.

На рис.6 показана двостороння друкована плата з металізованимиотворами.

Рис 6 d - діаметр отвору. dкп - діаметр контактної площадки.

S - відстань між контактними майданчиками або контактної майданчиком іпровідником. t - ширина друкованого провідника.

H - ширина друкованої плати.

Діаметр металізованих монтажних отворів, вибирається в залежностівід діаметру вставляється в нього виходу і від товщини ПП.

У схемі два різних види діаметрів висновків. У ІМС і керамічнихконденсаторів діаметри висновків складають 0.5мм.

У електричного конденсатора діаметр висновків становить 0.6мм.

Для забезпечення високої якості пайки і надійності з'єднання,різниця діаметрів висновків і металізованого отвори не повинно бутибільше 0.4 мм.

При розробці конструкції ПП вирішують завдання розміщення елементів на ПП,трасування друкованих провідників, вибору методу виготовлення ПП.

2.4.1 Розрахунок геометричних розмірів.

Вибираємо ПП другого класу. Розрахунок геометричних розмірів ПП по осі
X:

Lx = x1 + x2 + lx + tx (nx. 1)

Розмір ПП по осі Y:

Ly = y1 + y2 + ly + ty (ny. 1)

Крок розміщення ІМС по осі X: tx = Lx + rx R

Крок розміщення ІМС по осі Y: ty = Ly + ry R

де: x1 та x2 - крайові технологічні поля. y1 і y2 - крайові захисні поля.

Lx та Ly - довжина і ширина ІМС. nx і ny - число ІМС в ряду по осях "X" та "Y". rx і ry - кількість кроків по осях "X" та "Y".

Формула для розрахунку прокладки у вузькому місці необхідної кількостіпровідників.

Ширина друкованого провідника вибирається з належної показників:

0.45 у вільних місцях плати

0.40 у вузьких місцях плати.

-----------------------

Лист

Изм

№ докум.

Подп.

Дата

КП 2201.99.31.03 ЕЗ