Реферат: Устройство селективного управления работой семисегментного индикатора
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА ЭЛЕКТРОНИКИ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Пояснительная записка
/>Тема: УСТРОЙСТВОСЕЛЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ
/>СЕМИСЕГМЕНТНОГО ИНДЕКАТОРА
/>КП 2201 453К
Преподаватель Швайка О.Г.
/> <td/> <td/> <td/> /> /> <td/> />
/>Учащийся БляхманЕ.С.
УТВЕРЖДЕНО
предметной комиссией
« » __________________________ 2004г.
Председатель _______________________
З А Д А Н И Е/>/>/>на курсовое проектированиепо курсу ЭЦВМ и МП
/>учащемуся БляхманЕ.С. IV курса 453-К группы
/> СПИШЭ техникума
(наименование среднего специального учебного заведения)
/>
(фамилия, имя, отчество)
/>/>Тема задания Устройствоселективного управления работой семисегментного индикатора
Курсовой проект на указанную тему выполняется учащимисятехникума в следующем объеме:
1. Пояснительная записка.
/> Введение.
1. Общая часть.
/>
1.1. Назначениеустройства управления.
/>
1.2. Составление таблицыистинности работы устройства.
/>
1.3. Минимизация логическойфункции.
/>
1.4. Выбор и обоснованиефункциональной схемы устройства.
/>
1.5. Синтез электрическойпринципиальной схемы в базисе И-НЕ.
/>
1.6. Выбор элементной базыпроектируемого устройства.
/>
1.7. Описание используемых всхеме ИМС и семисегментного индикатора.
/>
2. Расчетнаячасть проекта ______________________________________________________
2.1. Ориентировочный расчет быстродействия и потребляемой мощности устройства
/>
управления.
/> <td/> /> /> /> /> />2.2. Расчет вероятности безотказной работы устройства управления и среднего
/>
/>временинаработки на отказ.
/> <td/> /> /> /> /> /> /> /> />4. Графическая часть проекта _______________________________________________
Схема электрическая принципиальная.
/> <td/> /> /> /> /> /> /> /> />Устройство селективногоуправления работой семисегментного индикатора.
/>
Заключение.
/>
Список литературы.
/>
Дата выдачи ______________________________
Срок окончания ______________________________
Зав. отделением ______________________________
Преподаватель ______________________________
ВВЕДЕНИЕ
Развитиемикроэлектроники способствовало появлению малогабаритных, высоконадежных иэкономичных вычислительных устройств на основе цифровых микросхем. Требованияувеличения быстродействия и уменьшения мощности потребления вычислительныхсредств привело к созданию серий цифровых микросхем. Серия представляет собойкомплект микросхем, имеющие единое конструктивно – технологическое исполнение.Наиболее широкое распространение в современной аппаратуре получили сериимикросхем ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ и схемы на МОП – структурах.
ТТЛ схемыпоявились как результат развития схем ДТЛ в результате замены матрицы диодовмногоэмиттерным транзистором. Этот транзистор представляет собой интегральныйэлемент, объединяющий свойства диодных логических схем и транзисторногоусилителя.
1. Общая часть.
1.1. Назначение устройства
/> <td/> />На рисунке ввиде “черного ящика” показана комбинационная схема (КС) управляющаясемисегментным индикатором. На вход схемы подаются различные комбинации двухсигналов X1, X2, X3, X4 (X1 — старший). На индикатор предполагается выводитьлишь отдельные цифры из множества шестнадцатеричных цифр. На выходе Y должна быть единица, если соединенный с этим выходомсегмент 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 записатьлогические формулы, выражающие Y через X, выполнить преобразование этих формул к виду,обеспечивающему минимально возможную реализацию КС в системе логическихэлементов ТТЛ серии типа К155 или К555;
2.Выполнить принципиальную электрическую схему устройства, провести расчетбыстродействия и мощности;
3.Выполнить расчет надежности.
1.2. Составление таблицы истинности работы устройства.
Создание таблицы истинностиработы устройствапо 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 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 7 1 1 1 1 1 1 8 1 1 1 1 1 1 1 1 B 1 1 1 1 1 1 1 1 C 1 1 1 1 1 1 F 1 1 1 1 1 1 1 11.3. Минимизация логической функции.
Составить СДНФ потаблице, построить карты Карно и минимизировать их.
/>/>/>/>
<p/>
/>
/>
/>
/>
/>
1
1
/>
1
/>
1
1
/>
1
/>/>
<p/>
/>
/>
/>
/>
/>
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 схемыустройства.
/> />
/>
1.5. Синтез электрическойпринципиальной схемы
в базисе «И-НЕ».
Можно уменьшить количествонаименований схем. Это можно сделать путем преобразования с помощью формул:
/>
/>
В результатеполучаем только схемы “И-НЕ” и схемы отрицания
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Повторяющиесязначения формул СДНФ
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
1.6. Выбор и обоснование элементной базы.
Для проектированиябыло предложено выбрать элементы ТТЛ серий 155 и 555. После сравненияхарактеристик этих двух серий мною была выбрана 555 серия.
Потому что:
¾ во-первых, коэффициент разветвления у неё в два раза больше, чему 155 серии, что в дальнейшем даст возможность не использовать дополнительныерезисторы на входе схемы
¾ во-вторых, элементы 555 серии потребляют меньше мощности вотличие от серии 155, так как их максимальное напряжение и сила тока меньше,чем у 155 серии.
В 555 сериювходят различные логические элементы общим числом 98 наименований. Ихназначение заключается в построении узлов ЭВМ и устройств дискретной автоматикис 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 идиоды, количество которых зависит от конкретного элемента. Такая схемаобеспечивает возможность работы на большую емкостную нагрузку при высокомбыстродействии и помехоустойчивости.
В качествеиндикатора выбран семисегментный индикатор АЛС320Б, один из немногихиндикаторов способный отображать не только цифровую информацию, но и буквенную,что необходимо в проектируемом устройстве.
В моей схемеиспользуется следующие микросхемы серии К555:
К555ЛА1,К555ЛА2, К555ЛА4, К555ЛН1, К555ЛН2
1.7. Описаниеиспользуемых в схеме ИМС и семисегментного индикатора.
К555ЛА1
Два логических элемента 4И-НЕ
№
выв.
№
выв.
1
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
/> <td/> <td/> <td/> /> <td/> /> /> /> />DIP14
Пластик
/> <td/> />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.
№
выв.
1
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
/> <td/> <td/> <td/> /> <td/> /> /> /> />DIP14
Пластик
/> <td/> />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.
№
выв.
1
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
/> <td/> <td/> <td/> /> <td/> /> /> /> />DIP14
Керамический
/> <td/> />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.
№
выв.
1
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
/>
/> <td/> <td/> <td/> />12
/> <td/> /> />DIP14
Пластик
/> <td/> />
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.
№
выв.
1
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
/>
/> <td/> <td/> <td/> />12
/> <td/> /> />DIP14
Пластик
/> <td/> />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
/> <td/> <td/> <td/> <td/> <td/> <td/> <td/> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> <td/> <td/> /> /> />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 мощностиустройства
· Расчет номиналов резисторов
/>
/>
/>
Из расчетов видно, что сопротивлениеравно 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 составляет127 нс.
· Расчет мощности
/>
/>/>
/>
/>
/>
Таким образом, из расчета я получилпотребляемую мощность
равную 402,88 мВт
2.2. Расчет вероятности безотказной работы устройстваи
среднего времени наработки на отказ.
Обозначение
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.
/> <td/> />
Заключение.
В курсовомпроекте я разработал электрическую принципиальную схему управлениясемисегментного индикатора.
Изначально, позаданию, составив таблицы истинности и минимизировав логическую функцию,получили те сигналы, которые поступят непосредственно на индикатор (пройдяпредварительную инверсию). Преобразовав полученные формулы и выделивповторяющиеся блоки, оптимизировал работу схемы. В ней используются микросхемысерии К555, т.к. они являются более новыми, чем серия К155, а такжерассчитывались номинал резисторов, быстродействие, потребляемая мощность ивероятность безотказной работы устройства.
Значениеприкидочного расчета больше, так как при его расчете было взято максимальноезначение коэффициента интенсивности отказов, а в ориентировочном расчете длякаждого элемента свое. Из-за этой разницы в ориентировочном расчете увеличилосьP(t) и Tср.
Список литературы.
1. «Справочник по интегральныммикросхемам» Тарабин; Москва 1981г.
2. «Цифровые интегральныемикросхемы» 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 «Типовыеэлементы и устройства цифровой техники» преподаватель – Золотарев И.В., ТихоновБ.Н.
5. методическая указания квыполнению курсового проекта по предмету «Электронные цифровые вычислительныемашины и микропроцессоры» Пушницкая И.В., Чечурина А.В.
Ленинград 1990г.
6. Методические рекомендации пооформлению курсовых и дипломных проектов Лагутина Н.И.; Ленинград 1987г.
7. «Справочник пополупроводниковых электронных приборов» Иванов В.И.
8. «Справочник интегральныхмикросхем» Нефедов
9. «Импульсные и цифровыеустройства» Браммер Ю.А., Пащук И.Н.