РОСІЯ
Ханти-Мансійський автономний ОКРУГ
ДЕПАРТАМЕНТ ОСВІТИ І НАУКИ
--------------- ---------
Сургутської ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Інженерно-фізичний факультет
Кафедра Автоматики та комп'ютерних систем
Пояснювальна записка до курсового проекту за фахом
Виконав: студент
211 групи
Пахомов М.В.
Перевірив:
заспівувачем А.В.
Сургут 2004
Зміст
Завдання. 3
Введення. 4
1. Структурна схема перетворювача семисегментний коду. 5
2. Функціональна схема перетворювача семисегментний коду. 6
3. Принципова схема 15
4. Розрахунок швидкодії і споживаної потужності. 21
Висновок. 23
Список літератури. 24
Додаток 1: Функціональна схема ПСК ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 25
Додаток 2: Принципова схема ПСК .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .26
Завдання
Варіант 28
Тема: «Перетворювач семисегментний коду ».
1. Розробити функціональну схему, проаналізувати роботу за допомогою тимчасових діаграм.
2. Вибрати типи ІМС, побудувати принципову схему.
3. Розрахувати тимчасові співвідношення та споживану потужність.
Вихідні дані.
Для відображення стану регістрів цифрового пристроюзастосовуються семисегментний індикатори, які синтезують зображення цифр «0» -
«9» і букв «A» - «F». Необхідно розробити пристрій, що виконуєперетворення двійкового коду в семисегментний, причому включеному сегментувідповідає сигнал лог.1. Накреслення символів наведено на малюнку.
Пристрій має бути реалізовано на логічних елементах.
Основна елементна база ІМС серій ТТЛ і ТТЛШ.
Інші вимоги узгодити з керівником проекту .
Керівник проекту ________________________________
Виконавець ________________________________
Введення.
Завданням даного курсового проекту є проектування пристрою,виконує перетворення двійкового коду в семисегментний. Для успішноговирішення поставленої задачі необхідно процес проектування розділити настадії, а саме: структурний, функціонально-логічне і технічнепроектування.
При структурному проектуванні вибираються, конкретизуються принципипобудови пристрою в цілому. Визначається склад, встановлюються зв'язкивзаємодії між окремими частинами-блоками, формулюються вимоги докожному блоку і виконуваних їм функцій.
Функціонально-логічне проектування спрямоване на пошук і вибірспособів реалізації функцій, покладених на кожен блок. У результатівизначаються типи, номенклатура функціональних вузлів і модулів, що входять дотой чи інший блок, тобто функціональний складу блоків, що утворюютьпристрій.
Технічне проектування являє собою подальшу деталізаціюпроектних рішень: вибираються типи фізичних елементів, на яких будереалізовано пристрій, тобто елементна база; конкретизуютьсятіпономінали елементів і модулів; проводяться розрахунки на забезпеченнязаданих технічних вимог.
Перетворювач семисегментний коду в основному знаходить своєзастосування в цифрових пристроях, зокрема для відображення індикаторамистану регістрів.
1. Структурна схема перетворювача семисегментний коду.
Структурна схема - це умовне графічне подання,що показує кількість, номенклатуру блоків пристрою, взаємозв'язку міжблоками і з зовнішніми пристроями.
Рис.1 Структурна схема.
Структурна схема перетворювача семисегментний коду може бутипредставлена (Рис.1):
1. Вхідна 4-х значний комбінація - 4-х розрядний двійковий код, що надходить на блок перетворення двійкового коду в семисегментний.
2. Блок перетворення двійкового коду в семисегментний - блок, що складається з простих логічних елементів, що призначений для перетворення вхідної інформації, представленої у вигляді двійкового коду, в семисегментний код.
3. Блок індикації - призначений для відображення стану регістрів цифрового пристрою на семисегментний індикаторі.
2. Функціональна схема перетворювача семисегментний коду.
Функціональна схема містить відомості про способи реалізаціїпристроєм заданих функцій. За такою схемою можна визначити, якздійснюються перетворення і які для цього необхідні функціональніелементи. Кожен функціональний елемент містить лише ті входи і виходи,які необхідні для його коректної роботи. Дана схема розробляєтьсяна основі структурної схеми для кожного блоку, в результаті з окремихфункціональних елементів складається загальна функціональна схема об'єкта.
Повна функціональна схема генератора представлена в додатку 1.
2.1. Блок перетворення двійкового коду в семисегментний.
Даний блок розробляється методом синтезу логічних пристроїв зкількома виходами, тобто на вході логічного пристрою є 4-хзначна двійкова комбінація, а на виході 7-ми значно комбінація
(семисегментний код).
Для візуалізації чисел потрібні індикатори, що відображають цифри взвичної для людини формі, найчастіше це цифри десяткового ішістнадцятковій систем числення.
Найпростішим з світлодіодних індикаторів, що виконують функціївідображення вище названих чисел і деяких інших символів єсемисегментний індикатор. Є сім елементів, розташованих так, якпоказано на рис. 2.1.1.
Рис. 2.1.1.
Кожен може світитися або не світитися, в залежності від значеннявідповідної вихідний функції, що управляє його світлом. Викликаючисвітіння елементів в певних комбінаціях, можна отримати зображенняцифр «0» - «9» і букв «A» - «F» (мал. 2.1.2).
Рис. 2.1.2.
При побудові таблиці істинності перетворювача семисегментний коду
(табл. 2.1.1) були прийняті наступні умови: включеному елементувідповідає сигнал лог.1.
Таблиця 2.1.1.
Таблиця істинності перетворювача семисегментний коду.
| Відобра | Вхідна комбінація | Вихідна комбінація (семисегментний код) |
| ажаем | (двійковий код) | |
| ті | | |
| цифри | | |
| і | | |
| букви | | |
| | 0 | 1 | 0 | 1 | |
| X0 | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| X0 | | | | | |
| | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| | 0 | 0 | 1 | 0 | |
| | 0 | 0 | 0 | 1 | |
| X2 X2 | |
| X2 | |
Після виділення областей отримаємо таку функцію
Карта Карно для функції:
| |
| X1 X1 |
| | 1 | 1 | 0 | 1 | |
| X0 | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| X0 | | | | | |
| | 0 | 0 | 1 | 0 | |
| | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| | 1 | 0 | 0 | 0 | |
| X2 X2 | |
| X2 | |
Після виділення областей отримаємо таку функцію
Карта Карно для функції:
| |
| X1 X1 |
| | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| X0 | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| X0 | | | | | |
| | 0 | 0 | 0 | 1 | |
| | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| | 0 | 0 | 1 | 0 | |
| X2 X2 | |
| X2 | |
Після виділення областей отримаємо таку функцію
Карта Карно для функції:
| |
| X1 X1 |
| | 0 | 1 | 0 | 1 | |
| X0 | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| X0 | | | | | |
| | 0 | 1 | 0 | 0 | |
| | 1 | 0 | 0 | 0 | |
| | 0 | 0 | 1 | 0 | |
| X2 X2 | |
| X2 | |
Після виділення областей отримаємо таку функцію
Карта Карно для функції:
| |
| X1 X1 |
| | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| X0 | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| X0 | | | | | |
| | 0 | 1 | 0 | 0 | |
| | 0 | 1 | 1 | 0 | |
| | 1 | 0 | 0 | 0 | |
| X2 X2 | |
| X2 | |
Після виділення областей отримаємо таку функцію
Карта Карно для функції:
| |
| X1 X1 |
| | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| X0 | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| X0 | | | | | |
| | 1 | 1 | 0 | 0 | |
| | 0 | 1 | 1 | 0 | |
| | 0 | 1 | 0 | 0 | |
| X2 X2 | |
| X2 | |
Після виділення областей отримаємо таку функцію
Карта Карно для функції:
| |
| X1 X1 |
| | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| X0 | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| | | | | | |
| | | | | | X3 |
| X0 | | | | | |
| | 1 | 0 | 1 | 0 | |
| | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| | 0 | 0 | 1 | 0 | |
| X2 X2 | |
| X2 | |
Після виділення областей отримаємо таку функцію
Після реалізації всіх функцій можна простежити які логічніелементи беруть участь у реалізації блоку перетворення двійкового коду всемисегментний. Для перетворення двійкового коду в семисегментнийбудуть потрібні чотири елементи НЕ, трьох і чотирьох-входові елементи І, три-,чотирьох-, п'яти-входові елементи АБО-НЕ.
Таблиці істинності і умовно-графічні позначення цих елементівпредставлені на рис. 2.1.6, де Xi - вхідні сигнали, Y - вихідний сигнал.
| Xi | Y |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
| X1 | X2 | X3 | Y |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
а)
б)
| X1 | X2 | X3 | X4 | Y |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| X1 | X2 | X3 | Y |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
г)
| X1 | X2 | X3 | X4 | X5 | Y |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| * | * | * | * | * | 0 |
в)
д)
| X1 | X2 | X3 | X4 | Y | < br>| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
е)
Рис. 2.1.6. - Таблиця істинності та УДО елементи: а) НЕ; б) 3И; в) 4И;г) 3ІЛІ-НЕ; д) 5ІЛІ-НЕ; е) 4ІЛІ-НЕ.
2.2. Блок індикації.
Блок індикації призначений для відображення стан регістрівцифрового пристрою. Даний блок складається з семисегментний індикатора ззагальними катодом (рис. 2.1.7), тому що він управляється високим рівнем сигналу.
Рис. 2.1.7.
3. Принципова схема
Принципову схему розробляємо на основі функціональної, підбираючидля кожного елемента зі спеціальних довідників тіпономінали,відповідні ГОСТу.
1. КР1533ЛН1
Мікросхема типу ЛН являє собою инвертор і реалізує функцію НЕ.
УДО мікросхеми представлено на рис. 3.1.1.
Рис. 3.1.1.
Дана ІМС містить шість елементів НЕ, кожен з яких працює ввідповідно до таблиці 3.1.1.
Таблиці 3.1.1.
Таблиця істинності елемента НЕ
| X | Y |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
де Х - вхідний сигнал,
Y - вихідний сигнал.
2. КР1533ЛІ6
Мікросхема типу ЧИ реалізує функцію І. УДО мікросхеми представлено нарис. 3.2.1.
Рис. 3.2.1.
Дана ІМС містить два четирехвходових елемента І, кожен з якихпрацює відповідно до таблиці 3.2.1.
Таблиця 3.2.1.
Таблиця істинності елемента 4И.
| X1 | X2 | X3 | X4 | Y |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
де Xi - вхідні сигнали,
Y - вихідний сигнал.
3. КР1533ЛІ3
Мікросхема типу ЧИ реалізує функцію І. УДО мікросхеми представлено нарис. 3.3.1.
Рис. 3.3.1.
Дана ІМС містить три трехвходових елемента І, кожен з якихпрацює відповідно до таблиці 3.3.1.
Таблиця 3.3.1.
Таблиця істинності елемента 3И.
| X1 | X2 | X3 | Y | < br>| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
де Xi - вхідні сигнали,
Y - вихідний сигнал.
4. КР1533ЛЕ4
Мікросхема типу ЛЕ реалізує функцію АБО-НЕ. УДО мікросхемипредставлено на рис. 3.4.1.
Рис. 3.4.1.
Дана ІМС містить три трехвходових елемента АБО-НЕ, кожен зяких працює відповідно до таблиці 3.4.1.
Таблиця 3.4.1.
Таблиця істинності елемента 3ІЛІ-НЕ.
| X1 | X2 | X3 | Y |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
де Xi - вхідні сигнали,
Y - вихідний сигнал.
5. КР531ЛЕ7
Мікросхема типу ЛЕ реалізує функцію АБО-НЕ. УДО мікросхемипредставлено на рис. 3.5.1.
Рис. 3.5.1.
Дана ІМС містить два пятівходових елемента АБО-НЕ, кожен зяких працює відповідно до таблиці 3.5.1.
Таблиця 3.5.1.
Таблиця істинності елемента 5ІЛІ-НЕ.
| Х1 | X1 | X2 | X3 | Y |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| * | * | * | * | 0 |
де Xi - вхідні сигнали,
Y - вихідний сигнал.
6. К155ЛЕ3
Мікросхема представляє собою два логічних елемента 4ІЛІ-НЕ зстробування. Якщо на вході стробування присутній низький рівень, товисновок відповідного елемента буде переведений у високий рівень,незалежно від стану інших входів. Якщо на вході стробуванняприсутній високий рівень, то елемент працює як звичайний 4ІЛІ-НЕ (рис.
3.6.1).
Рис. 3.6.1.
Дана ІМС містить два пятівходових елемента АБО-НЕ, в кожному зяких один вхід - стробірующій (Е1), і працює відповідно до таблиці
3.6.1.
Таблиця 3.6.1.
Таблиця істинності елемента 4ІЛІ-НЕ.
| E1 | Х1 | X1 | X2 | X3 | Y |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | * | * | * | * | 1 |
де Xi - вхідні сигнали,
Е1 - вхід стробування,
Y - вихідний сигнал.
7. АЛС320Б
однорозрядних семисегментний ціфробуквенний індикатор. Виготовляєтьсяна основі структур галій - фосфор. Цей індикатор має зелений корпус іне має кольорових крапок. УДО даного індикатора представлено на рис. 3.7.1.
Рис. 3.7.1.
де a, b, c, d, e, f, g - світлодіоди індикатора.
Складена принципова схема представлена у додатку 2.
Розрахунок швидкодії і споживаної потужності.
Спроектована принципова схема об'єкта супроводжуєтьсяповірочним розрахунками технічних характеристик: швидкодії,споживаної потужності, похибки і т.д.
В даному курсовому проекті необхідно розрахувати швидкодія іспоживану потужність.
8. Розрахунок споживаної потужності.
У першому наближенні Рсумм розраховується як сума максимальнихпотужностей, які споживаються мікросхемами.
(4.1.1)
Рпот - споживана потужність;
Рмахi - максимальна споживана потужність ІМС i-го тіпономінала;
ni-кількість ІМС i-го номіналу;
M - кількість різних тіпономіналов ІМС, що входять у схему. < p> При розрахунку Рмахi необхідно користуватися формулою:
(4.1.2)
Uпіт - напруга джерела живлення мікросхем (ІМС для серії ТТЛ Uпіт = 5В) .
Iпотi - максимально струм споживання ІМС i-го типу.
Максимальна споживана потужність для кожної ІМС наведена в таблиці
4.1.1.
Таблиця 4.1.1.
Таблиця потужностей ІМС.
| № | ІМС | n | Рмах, мВт |
| 1 | КР1533ЛН1 | 1 | 12 |
| 2 | КР1533ЛІ3 | 2 | 12 |
| 3 | КР1533ЛІ6 | 5 | 8 |
| 4 | КР1533ЛЕ4 | 1 | 14,5 |
| 5 | К155ЛЕ3 | 2 | 95 |
| 6 | КР531ЛЕ7 | 1 | 185 |
| 7 | АЛС320Б | 1 | 40 |
(4.1.3)
9. Розрахунок швидкодії.
Швидкодія відноситься до динамічних характеристик ІМС іхарактеризується часом затримки розповсюдження сигналу. Тимчасовазатримка - період часу з моменту надходження сигналу на вхід ІМС дочасу його появи на виході.
У схемах, що містять кілька послідовно включених ІМС, часзатримки поширення сигналу визначаться сумою затримкирозповсюдження по всіх мікросхем (див. формула 4.2.1).
(4.2.1) де - сумарна затримка у поширенні сигналу через nмікросхем від входу першого до виходу останньої (n-й).
- середня затримка розповсюдження сигналу для n-й мікросхеми:
(4.2.2) де - затримка розповсюдження сигналу при переході від рівнялогічної 1 до рівня логічного 0;
- затримка розповсюдження сигналу при переході від рівнялогічного 0 до рівня логічної 1.
Для ІМС з багатьма функціонально нерівнозначних входами і декількомавиходами час затримки розповсюдження по різних входів неоднакові.
При розробці схем необхідно використовувати ланцюги, що створюють мінімальнізатримки.
Для оцінки швидкодії слід вибрати ланцюг найбільшої довжини ірозрахувати її сумарну затримку.
Типи ІМС і їхній час затримки, що становлять найдовшу ланцюг на даномупроекті, представлені в таблиці 4.2.1.
Таблиця 4.2.1
Типи ІМС і час затримки.
| № | Елемент | Тип ІМС |? Tзд |
| | | |, Нс |
| 1 | D1 | КР1533ЛН1 | 12 |
| 2 | D2.1 | КР1533ЛІ6 | 18 |
| +3 | D5.1 | К155ЛЕ3 | 18,5 |
За допомогою формули 4.2.1 визначається загальний час затримки:
(4.2.3)
Висновок.
В даному курсовому проекті було розроблено перетворювач двійковогокоду в семисегментний. В ході проектування були отримані такі навичкияк:
Вибір і обгрунтування принципів побудови об'єкту (структурна схема);
Розробка функціональних елементів і аналіз їх функціонування у відповідності з заданими умовами (функціональна схема);
Вибір способу реалізації функціональних елементів на реально існуючих ІМС (принципова схема);
Розрахунок технічних показників об'єкта.
Спроектоване пристрій перетворювача двійкового коду всемисегментний відповідає заданим умовам функціонування. Пристрійскладається з найпростіших логічних елементів, кількість яких не високо,споживає мало потужності і має незначний час затримки. Але данепристрій не є зручним, тому що існують мікросхеми, які можутьпроводити аналогічні перетворення кодів і за своїми характеристикамиперевершують даний розроблений пристрій.
Список літератури.
1. Калабеков Б.А., Цифрові пристро?? ва і мікропроцесорні системи: Підручник для технікумів зв'язку. - М.: Горячая линия - Телеком, 2000. - 332 с.
2. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни
"Цифрова схемотехніка" для студентів спеціальності 210100 "Управління та інформатика в технічних системах". Укладачі: доцент, к.т.н. А.В.
заспівувачем, Ст. викладач Л.Ю. Запевалова. Сургут Сурги 2000-34 с.
3. Табаріна Б.В. Інтегральні мікросхеми: довідник. - М.: Радіо і зв'язок,
1983. - 528 с.
4. Лекції по цифровій схемотехніці.
-----------------------< br>Вхідна 4-х значний сполучення
Блок індикації
Блок перетворення вання двійковій-го коду в семи-сегментний
