Структурная схема преобразователя семисегментного кода

Проектирование принципиальной схемы преобразователя двоичного кода в семисегментный. Синтез логических устройств с несколькими выходами. Блок преобразования двоичного кода в семисегментный. Расчет быстродействия и потребляемой мощности преобразователем.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 07.05.2014
Размер файла 653,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Структурная схема преобразователя семисегментного кода

преобразователь двоичный семисегментный быстродействие

Структурная схема - это условное графическое представление, показывающее количество, номенклатуру блоков устройства, взаимосвязи между блоками и с внешними устройствами.

Рис. 1 Структурная схема

Структурная схема преобразователя семисегментного кода может быть представлена (Рис.1):

1. Входная 4-х значная комбинация - 4-х разрядный двоичный код, поступающий на блок преобразования двоичного кода в семисегментный. 2. Блок преобразования двоичного кода в семисегментный - блок, состоящий из простых логических элементов, который предназначен для преобразования входной информации, представленной в виде двоичного кода, в семисегментный код. 3. Блок индикации - предназначен для отображения состояния регистров цифрового устройства на семисегментном индикаторе.

2. Блок преобразования двоичного кода в семисегментный

Данный блок разрабатывается методом синтеза логических устройств с несколькими выходами, то есть на входе логического устройства есть 4-х значная двоичная комбинация, а на выходе 7-ми значная комбинация (семисегментный код).

Cветодиодный индикатор выполняет функцию отображения цифр «0» - «9» и букв «A» - «F» Имеется семь элементов, расположенных так, как показано на рис. 2.1.1.

Рис. 2.1.1 Семисегментный индикатор

Каждый может светиться либо не светиться, в зависимости от значения соответствующей выходной функции, управляющей его свечением. Если элемент светится, то он находится в состоянии «1», если нет - «0».

При построении таблицы истинности преобразователя семисегментного кода (табл. 2.1.1) были приняты следующие условия: включенному элементу соответствует сигнал лог.1.

Таблица 2.1.1 Таблица истинности преобразователя семисегментного кода

Отображаемые цифры и буквы

Входная комбинация (двоичный код)

Выходная комбинация (семисегментный код)

X3

X2

X1

X0

g

F

e

d

c

b

a

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

0

2

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

3

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

4

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

5

0

1

0

1

1

1

0

1

1

0

1

6

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

7

0

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

8

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

9

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

A

1

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

B

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

C

1

1

0

0

0

1

1

1

0

0

1

D

1

1

0

1

1

0

1

1

1

1

0

F

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

G

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

Синтез данного преобразователя производится с помощью минимизации каждой выходной функции в отдельности методом карт Карно.

При минимизации методом карт Карно нужно стремиться, чтобы число областей было минимальным, а каждая область содержала возможно большее число клеток. Т.к. синтезируемое устройство является устройством с несколькими выходами, то для получения минимальной схемы необходимо в картах Карно построить минимальное число областей, обеспечиваемых покрытие клеток, содержащих 1 во всех семи картах.

Для упрощения синтеза и получения минимальной схемы уменьшаем число единиц в картах Карно и, соответственно увеличиваем число «общих» областей. Для этого инвертируем выходные функции в таблице истинности преобразователя семисегментного кода (табл. 2.1.2).

Таблица 2.1.2 Таблица истинности преобразователя семисегментного кода с инверсными выходами

Отображаемые цифры и буквы

Входная комбинация (двоичный код)

Выходная комбинация (семисегментный код)

X3

X2

X1

X0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

1

2

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

3

0

0

1

1

0

1

1

0

0

0

0

4

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

5

0

1

0

1

0

0

1

0

0

1

0

6

0

1

1

0

0

0

0

0

0

1

0

7

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

8

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

9

1

0

0

1

0

0

1

0

0

0

0

A

1

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

B

1

0

1

1

0

0

0

0

0

1

1

C

1

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

D

1

1

0

1

0

1

0

0

0

0

1

F

1

1

1

0

0

0

0

0

1

1

0

G

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

0

Проанализируем работу преобразователя с помощью временных диаграмм, представленных на рис. 2.1.3.

Рис. 2.1.3

Производим минимизацию каждой выходной функции отдельно методом карт Карно в зависимости от входной комбинации.

Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

0

1

0

1

X3

X3

X3

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

1

1

0

1

X3

X3

X3

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

1

1

1

1

X3

X3

X3

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

0

X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

0

1

0

1

X3

X3

X3

0

1

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

0

0

0

0

X3

X3

X3

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

0

0

0

0

X3

X3

X3

1

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

0

0

0

0

X3

X3

X3

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

После реализации всех функций можно проследить какие логические элементы участвуют в реализации блока преобразования двоичного кода в семисегментный. Для преобразования двоичного кода в семисегментный потребуются четыре элемента НЕ, трех и четырех-входовые элементы И, трех-, четырех-, пяти-входовые элементы ИЛИ-НЕ.

Таблицы истинности и условно-графические обозначения этих элементов представлены на рис. 2.1.6, где Xi - входные сигналы, Y - выходной сигнал.

Рис. 2.1.6 Таблица истинности и УГО элемента

Блок индикации

Блок индикации предназначен для отображения состояние регистров цифрового устройства. Данный блок состоит из семисегментного индикатора с общими катодами (рис. 2.1.7), т.к. он управляется высоким уровнем сигнала.

Рис. 2.1.7

3. Принципиальная схема

Принципиальную схему разрабатываем на основе функциональной, подбирая для каждого элемента из специальных справочников типономиналы, соответствующие ГОСТу.

Микросхема типа ЛН представляет собой инвертор и реализует функцию НЕ. УГО микросхемы представлено на рис. 3.1.1.

Рис. 3.1.1

Данная ИМС содержит шесть элементов НЕ, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.1.1.

Таблицы 3.1.1 Таблица истинности элемента НЕ

X

Y

0

1

1

0

где Х - входной сигнал,

Y - выходной сигнал.

КР1533ЛИ6

Микросхема типа ЛИ реализует функцию И. УГО микросхемы представлено на рис. 3.2.1.

Рис. 3.2.1

Данная ИМС содержит два четырехвходовых элемента И, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.2.1.

Таблица 3.2.1 Таблица истинности элемента 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

где Xi - входные сигналы,

Y - выходной сигнал.

КР1533ЛИ3

Микросхема типа ЛИ реализует функцию И. УГО микросхемы представлено на рис. 3.3.1.

Рис. 3.3.1

Данная ИМС содержит три трехвходовых элемента И, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.3.1.

Таблица 3.3.1 Таблица истинности элемента 3И.

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

где Xi - входные сигналы,

Y - выходной сигнал.

КР1533ЛЕ4

Микросхема типа ЛЕ реализует функцию ИЛИ-НЕ. УГО микросхемы представлено на рис. 3.4.1.

Рис. 3.4.1

Данная ИМС содержит три трехвходовых элемента ИЛИ-НЕ, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.4.1.

Таблица 3.4.1 Таблица истинности элемента 3ИЛИ-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

где Xi - входные сигналы,

Y - выходной сигнал.

КР531ЛЕ7

Микросхема типа ЛЕ реализует функцию ИЛИ-НЕ. УГО микросхемы представлено на рис. 3.5.1.

Рис. 3.5.1

Данная ИМС содержит два пятивходовых элемента ИЛИ-НЕ, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.5.1.

Таблица 3.5.1 Таблица истинности элемента 5ИЛИ-НЕ

Х1

X1

X2

X3

Y

0

0

0

0

1

*

*

*

*

0

где Xi - входные сигналы,

Y - выходной сигнал.

К155ЛЕ3

Микросхема представляет собой два логических элемента 4ИЛИ-НЕ со стробированием. Если на входе стробирования присутствует низкий уровень, то вывод соответствующего элемента будет переведен в высокий уровень, независимо от состояния других входов. Если на входе стробирования присутствует высокий уровень, то элемент работает как обычный 4ИЛИ-НЕ (рис. 3.6.1).

Рис. 3.6.1

Данная ИМС содержит два пятивходовых элемента ИЛИ-НЕ, в каждом из которых один вход - стробирующий (Е1), и работает в соответствии с таблицей 3.6.1.

Таблица 3.6.1 Таблица истинности элемента 4ИЛИ-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

где Xi - входные сигналы,

Е1 - вход стробирования,

Y - выходной сигнал.

АЛС320Б

Одноразрядный семисегментный цифробуквенный индикатор. Изготавливается на основе структур галлий - фосфор. Данный индикатор имеет зеленый корпус и не имеет цветных точек. УГО данного индикатора представлено на рис. 3.7.1.

Рис. 3.7.1

где a, b, c, d, e, f, g - светодиоды индикатора.

Составленная принципиальная схема представлена в приложении 2.

4. Расчет быстродействия и потребляемой мощности

Спроектированная принципиальная схема объекта сопровождается поверочными расчетами технических характеристик: быстродействия, потребляемой мощности, погрешности и т.д.

В данном курсовом проекте необходимо рассчитать быстродействие и потребляемую мощность.

Расчет потребляемой мощности.

В первом приближении Рсумм рассчитывается как сумма максимальных мощностей, потребляемых микросхемами.

(4.1.1)

Рпот - потребляемая мощность;

Рмахi - максимальная потребляемая мощность ИМС i-го типономинала;

ni- количество ИМС i-го номинала;

M - число различных типономиналов ИМС, входящих в схему.

При расчете Рмахi необходимо пользоваться формулой:

(4.1.2)

Uпит - напряжение источника питания микросхем (для ИМС серии ТТЛ Uпит=5В).

Iпотi - максимально потребляемый ток ИМС i-го типа.

Максимальная потребляемая мощность для каждой ИМС приведена в таблице 4.1.1.

Таблица 4.1 Таблица мощностей ИМС

ИМС

n

Рмах,мВт

1

КР1533ЛН1

1

12

2

КР1533ЛИ3

2

12

3

КР1533ЛИ6

5

8

4

КР1533ЛЕ4

1

14,5

5

К155ЛЕ3

2

95

6

КР531ЛЕ7

1

185

7

АЛС320Б

1

40

Расчет быстродействия.

Быстродействие относится к динамическим характеристикам ИМС и характеризуется временем задержки распространения сигнала. Временная задержка - период времени с момента поступления сигнала на вход ИМС до времени его появления на выходе.

В схемах, содержащих несколько последовательно включенных ИМС, время задержки распространения сигнала определятся суммой задержки распространения по всем микросхемам (см. формула 4.2.1).

(4.2.1)

где - суммарная задержка в распространении сигнала через n микросхем от входа первой к выходу последней (n-й).

- средняя задержка распространения сигнала для n-й микросхемы:

(4.2.2)

где - задержка распространения сигнала при переходе от уровня логической 1 к уровню логического 0;

- задержка распространения сигнала при переходе от уровня логического 0 к уровню логической 1.

Для ИМС со многими функционально неравнозначными входами и несколькими выходами время задержки распространения по различным входам неодинаковы. При разработки схем необходимо использовать цепи, создающие минимальные задержки.

Для оценки быстродействия следует выбрать цепь наибольшей длины и рассчитать её суммарную задержку .

Типы ИМС и их время задержки, составляющие самую длинную цепь в данном проекте, представлены в таблице 4.2.1.

Таблица 4.2.1 Типы ИМС и время задержки

Элемент

Тип ИМС

Дtзд ,нс

1

D1

КР1533ЛН1

12

2

D2.1

КР1533ЛИ6

18

3

D5.1

К155ЛЕ3

18,5

С помощью формулы 4.2.1 определяется общее время задержки:

(4.2.3)

Заключение

В данном курсовом проекте был разработан преобразователь двоичного кода в семисегментный. В ходе проектирования были получены такие навыки как: 1. Выбор и обоснование принципов построения объекта (структурная схема); 2. Разработка функциональных элементов и анализ их функционирования в соответствии с заданными условиями (функциональная схема); 3. Выбор способа реализации функциональных элементов на реально существующих ИМС (принципиальная схема); 4. Расчет технических показателей объекта. Спроектированное устройство преобразователя двоичного кода в семисегментный соответствует заданным условиям функционирования. Устройство состоит из простейших логических элементов, количество которых не высоко, потребляет мало мощности и имеет незначительное время задержки. Но данное устройство не является удобным, т.к. существуют микросхемы, которые могут производить аналогичные преобразования кодов и по своим характеристикам превосходят данное разработанное устройство.

Список литературы

1. Калабеков Б.А., Цифровые устройства и микропроцессорные системы: Учебник для техникумов связи. - М.: Горячая линия - Телеком, 2000. - 332 с.

2. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине “Цифровая схемотехника” для студентов специальности 210100 “Управление и информатика в технических системах”. Составители: доцент, к.т.н. А.В. Запевалов, Ст. преподаватель Л.Ю. Запевалова. Сургут СурГУ 2000-34 с.

3. Табарина Б.В. Интегральные микросхемы: справочник. - М.: Радио и связь, 1983. - 528 с.

4. Лекции по цифровой схемотехнике.

Приложение 1

Приложение 2

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Разработка схемы преобразователя двоичного кода в код индикатора, ее реализация на базе простых логических элементов и с использованием комбинационных устройств. Получение совершенной дизъюнктивной нормальной формы, основные методы ее минимизации.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 28.12.2012

  • Основные способы реализации преобразователей кодов. Структурная схема преобразователя двоичного кода, описание работы ее составных элементов: DIP-переключателей, семисегментного индикатора с дешифратором. Основы моделирования схемы в среде Quartus II.

    контрольная работа [414,9 K], добавлен 31.07.2010

  • Получение канонической формы представления логических функций. Минимизация совершенной дизъюнктивной нормальной формы функций методами Карно и Кайва. Моделирование схемы преобразователя двоичного кода в код индикатора с помощью Electronics Workbench.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 14.12.2012

  • Сферы применения цифровых устройств и цифровых методов. Преобразование одного кода в другой с помощью преобразователей кодов. Структурная схема устройства, его основные узлы. Синтез схем формирования входного двоичного кода и его преобразования.

    реферат [719,9 K], добавлен 10.02.2012

  • Разработка преобразователя двоичного кода на базе элементов 2И и его расчет с простым инвертором по максимальным значениям входного и выходного тока для уровня логического нуля. Построение двоичного счётчика со схемой гашения на базе синхронного триггера.

    курсовая работа [753,2 K], добавлен 26.02.2013

  • Системы радио и проводной связи, цифровые устройства. Схема формирования входного двоичного кода, преобразования кодов и управления. Индикация выходного двоичного кода, состоящая из светодиодов. Схема индикации десятичного эквивалента преобразуемого кода.

    курсовая работа [857,0 K], добавлен 10.02.2012

  • Минимизация логических функций метом карт Карно и Квайна, их реализация на релейно-контактных и логических элементах. Синтез комбинационных схем с несколькими выходами; временная диаграмма, представляющая функцию; разработка схемы преобразователя кода.

    контрольная работа [1,9 M], добавлен 08.01.2011

  • Нахождение двоичного циклического кода Хэмминга, обеспечивающего передачу сообщений в системе связи с заданной вероятностью выдачи ложного сообщения. Структурная схема алгоритма расчета кода, листинг программы. Функциональные схемы кодера и декодера.

    курсовая работа [713,7 K], добавлен 11.02.2011

  • Анализ разработки преобразователя кода из прямого двоичного и циклического кода Джонсона. Описание функций и синтеза структуры устройства и функциональных узлов. Изучение проектирования регистра памяти, мультиплексора, сдвигового регистра и счетчика.

    практическая работа [261,7 K], добавлен 08.03.2012

  • Разработка микропроцессорной системы для контроля и индикации параметров изменяющегося по случайному закону 8-ми разрядного двоичного кода. Проектирование принципиальной схемы микроконтроллера, описание работы схемы. Разработка блок-схемы программы.

    курсовая работа [752,4 K], добавлен 10.01.2013

  • Описание модели упрощения обработки поступающего сигнала. Структурная схема преобразователя аналоговой информации. Расчет принципиальной схемы устройства: блок интегрирования, генератор прямоугольных импульсов, источник напряжения и усилитель мощности.

    курсовая работа [254,0 K], добавлен 22.12.2012

  • Генерация четырехбитного кода цифр. Составление таблицы истинности для четырех входных переменных. Генераторы импульсов на логических элементах. Разрядность двоичного параллельного цифрового кода. Формирование последовательности номера телефона.

    курсовая работа [857,1 K], добавлен 08.03.2016

  • Процедура аналого-цифрового преобразования непрерывных сигналов. Анализ преобразователей последовательных кодов в параллельный. Преобразователи с распределителями импульсов. Разработка преобразователя пятнадцатиразрядного последовательного кода.

    курсовая работа [441,5 K], добавлен 09.12.2011

  • Составление таблицы истинности работы устройства. Минимизация логической функции. Синтез электрической принципиальной схемы, управляющей семисегментным индикатором. Расчёт потребляемой мощности, вероятности безотказной работы и времени наработки на отказ.

    курсовая работа [1020,3 K], добавлен 06.01.2014

  • Составление таблицы переключений и функций переходов, составление карт Карно для функций выходов преобразователя кода. Выбор элементов для реализации счетчика, расчет максимальной задержки прохождения сигнала и допустимой частоты следования импульсов.

    курсовая работа [196,7 K], добавлен 08.03.2011

  • Описание принципа действия принципиальной электрической схемы устройства. Расчет параметров теплового режима блока и выбор радиаторов для охлаждения полупроводниковых приборов. Монтаж аппаратуры на печатных платах. Порядок сборки и эксплуатации.

    курсовая работа [135,4 K], добавлен 16.05.2017

  • Проектирование цифрового устройства преобразующего входные комбинации двоичного кода в управляющие сигналы семисегментного индикатора с помощью метода карт Карно. Построение прибора в программе "Electronics Workbench 5.12" на элементах "И", "ИЛИ", "НЕ".

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.02.2016

  • Основные структуры, характеристики и методы контроля интегральных микросхем АЦП. Разработка структурной схемы аналого-цифрового преобразователя. Описание схемы электрической принципиальной. Расчет надежности, быстродействия и потребляемой мощности.

    курсовая работа [261,8 K], добавлен 09.02.2012

  • Разработка блок-схемы и программы работы микропроцессорного устройства для контроля и индикации параметров, изменяющихся по случайному закону 8-разрядного двоичного кода. Разработка принципиальной схемы функционирования устройства в среде САПР P-CAD.

    курсовая работа [709,6 K], добавлен 24.05.2015

  • Структурная схема преобразователя, расчет и выбор элементов силовой части схемы. Выбор и описание системы управления частотным преобразователем. Синтез и описание функциональной схемы работы системы управления. Особенности моделирования силовой части.

    курсовая работа [6,2 M], добавлен 28.01.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.