Расчет и проектирование цифровых устройств, программирование микропроцессорных устройств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Актуальность курсовой работы: В настоящее время интегральные цифровые микросхемы используются почти во всех областях радиоэлектроники. Особенно широкое применение они получили в вычислительной технике. Электронные устройства нашли широкое применение в различных системах контроля и управления телекоммуникаций. На базе элементов и систем электроники создаются микропроцессорная техника, ЭВМ, роботы, управляющие системы и др.

В электронной измерительной технике и промышленной электронике также велик удельный вес интегральных цифровых микросхем, так как они определяют основные характеристики аппаратуры: быстродействие, надежность, рабочий температурный диапазон, габаритные и массовые
показатели.

Новизна и практическая значимость. Цифровая микроэлектроника развивается, главным образом, по двум направлениям: снижению потребляемой микросхемами мощности, что дает выигрыш в энергопотреблении электронных устройств, и уменьшению времени задержки информационного сигнала, обрабатываемого логической микросхемой, что повышает быстродействие аппаратуры и, в конечном счете, резко влияет на ее производительность.

Оценка современного состояния решаемой проблемы: замена аналоговых систем цифровыми, которые более функциональны и недороги в производстве, а также имеют и другие преимущества.

Цель курсовой работы: приобретение практических навыков расчета и проектирования цифровых устройств, а также приемов программирования микропроцессорных устройств.

Задачи: приобретение навыков проектирования комбинационных и последовательностных цифровых схем, изучение теоретических основ цифровой техники и приемов программирования типового микроконтроллера.

Объект исследования: исходные данные по варианту 1

Задание №1. Резисторы

Старение резисторов проявляется главным образом в изменении сопротивления, которое вызывается структурными изменениями резистивного элемента за счет кристаллизации, окисления и различных электрохимических процессов, а также за счет изменения свойств переходных контактов. Процессы старения ускоряются в условиях повышенных температур, влажности и при электрической нагрузке. Наиболее устойчивыми к действию факторов старения являются проволочные резисторы, а среди непроволочных - тонкослойные металлодиэлектрические и металлоокисные, менее стойкими считаются композиционные лакопленочные. Процессы старения могут изменить сопротивление резистора на несколько процентов.

Собственные шумы резисторов складываются из тепловых шумов и токовых шумов. Уровень шумов измеряется Э.Д.С. шумов.

Возникновение тепловых шумов связано с флуктуационными изменениями объемной концентрации свободных электронов в резистивном элементе, обусловленными их тепловым движением. Тепловые шумы характеризуются непрерывным, практически равномерным спектром. Напряжение тепловых шумов Ет не зависит от материала, а определяется температурой и величиной сопротивления.

Тепловые шумы нельзя исключить или уменьшить, они существуют независимо от тока, протекающего в резисторе. Тепловые шумы определяют шумовые характеристики проволочных резисторов. Высокоомные резисторы могут иметь напряжение тепловых шумов значительно выше шумов усилительных приборов.

При прохождении тока по непроволочному резистору дополнительно возникают токовые шумы. Они обусловлены дискретной структурой резистивного элемента. Интенсивность токовых шумов зависит от проходящего тока. При прохождении электрического тока происходят локальные нагревы, сопровождающиеся разрушением контактов между одними частицами и появлением контактов между другими в результате их спекания, возникновением новых проводящих цепочек. Это вызывает флуктуацию сопротивления и тока и на резисторе появляется шумовая составляющая напряжения. Токовый шум имеет непрерывный спектр, спектральная плотность которого пропорциональна величине 1/f. Поскольку Э.Д.С. шума зависит от тока, то она зависит и от напряжения U, приложенного к резистору:

Частотные свойства резисторов. Полное сопротивление резистора имеет комплексный характер и зависит от частоты. Это вызвано наличием распределенных по длине резистивного элемента емкости и индуктивности, поверхностным эффектом, диэлектрическими потерями в каркасе и покрытиях. Изменяются активные и реактивные составляющие полного сопротивления, и соответственно фазовые сдвиги, создаваемые резистором в электрической цепи.

Проволочные резисторы отличаются большими значениями распределенных емкости и индуктивности, поэтому их реактивность проявляется уже на частотах в несколько килогерц. Непроволочные резисторы имеют значительно меньшие значения распределенных параметров и могут применяться на частотах в сотни и даже тысячи мегагерц.

Индуктивность резистора определяется конструкцией и размерами резистивного элемента и выводов. Обычно она невелика и погонная индуктивность составляет примерно 3 нГн/см кроме случаев, когда для увеличения сопротивления резистора резистивному слою придается вид спирали. В этом случае погонная индуктивность увеличивается до десятых долей микрогенри на сантиметр. Индуктивность выводов тем меньше, чем они короче и толще. Поэтому высокочастотные резисторы не имеют проволочных выводов, они снабжаются плоскими контактами, расположенными непосредственно на резистивном элементе, контакты впаиваются в соответствующие участки схемы.

Емкость резистора зависит от его формы, размеров, конструкции выводов, от диэлектрической проницаемости материалов каркаса и защитного покрытия. Распространенные типы резисторов обладают погонной емкостью от 0,05 до 0,15 пФ/см. Емкость зависит и от расположения резистора относительно других элементов конструкции.

На частотах выше 1МГц дополнительное уменьшение активной составляющей вызывается диэлектрическими потерями в каркасе и в защитном покрытии. Поэтому каркасы высокочастотных резисторов изготавливают из специальной керамики с малыми величинами диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, не применяют защитное покрытие.

Преобладающее влияние индуктивности проявляется у резисторов имеющих сопротивление ниже 300 Ом. Полное сопротивление увеличивается с ростом частоты до возникновения шунтирующего влияния емкости.

Наименьшее значение реактивности имеют металлодиэлектрические и металлопленочные резисторы. В импульсном режиме через резистор проходят повторяющиеся импульсы тока, мгновенные значения которых могут превышать величины режима непрерывной нагрузки. Паразитные емкости и индуктивности искажают форму импульсов, уменьшают максимальное значение сигнала за счет изменения модуля сопротивления. Импульсная мощность может значительно превышать мощность рассеяния при непрерывной нагрузке. Для нормальной работы резистора необходимо, чтобы средняя мощность не превосходила номинальную мощность резистора. Максимально допустимая длительность импульса ограничивается температурой нагрева резистивного элемента за время действия импульса, т.е. ограничивается допустимой энергией каждого отдельного импульса и средней температурой резистора. Напряжение на резисторе во время импульса не должно превышать напряжение пробоя изоляционных материалов и воздушных зазоров. Резисторы, предназначенные для работы в импульсном режиме, должны обладать высокой степенью однородности резистивного элемента, чтобы исключить локальные перегревы в местах неоднородностей.

Наборы резисторов

Наборы резисторов предназначены для использования в устройствах вычислительной, измерительной техники и другой радиоэлектронной аппаратуре.По функциональному назначению наборы резисторов подразделяют на декодирующие матрицы и последовательные делители напряжения.В декодирующих матрицах значения сопротивлений резисторов изменяются по закону R-2R, R-2R-4R-8R и др.

1.1 Катушки индуктивности

Катушки индуктивности обладают свойством оказывать реактивное сопротивление переменному току при незначительном сопротивлении постоянному току. Совместно с конденсаторами они используются для создания фильтров, осуществляющих частотную селекцию электрических сигналов, а так же для создания элементов задержки сигналов и запоминающих элементов, осуществления связи между цепями через магнитный поток и т.д. В отличие от резисторов и конденсаторов они не являются стандартизованными изделиями, а изготавливаются для конкретных целей и имеют такие параметры, которые необходимы для осуществления тех или иных преобразований электрических сигналов, токов и напряжений. Функционирование катушек индуктивности основано на взаимодействии тока и магнитного потока. Известно, что при изменении магнитного потока Ф в проводнике, находящемся в магнитном поле, возникает ЭДС, определяемая скоростью изменения магнитного потока



Поэтому при подключении к проводнику источника постоянного напряжения ток в нем устанавливается не сразу, так как в момент включения изменяется магнитный поток и в проводе индуцируется ЭДС, препятствующая нарастанию тока, а спустя некоторое время, когда магнитный поток перестает изменяться. Если же к проводнику подключен источник переменного напряжения, то ток и магнитный поток будут изменяться непрерывно и наводимая в проводнике ЭДС будет препятствовать протеканию переменного тока, что эквивалентно увеличению сопротивления проводника. Чем выше частота изменения напряжения, приложенного к проводнику, тем больше величина ЭДС, наводимая в нем, следовательно, тем больше сопротивление, оказываемое проводником протекающему току. Это сопротивление XL не связано с потерями энергии, поэтому является реактивным. При изменении тока по синусоидальному закону наводимая ЭДС будет равна

Она пропорциональна частоте, а коэффициентом пропорциональности является индуктивность L. Следовательно, индуктивность характеризует способность проводника оказывать сопротивление переменному току.

Индуктивность короткого проводника (мкГн) определяется его размерами:

где l -длина провода в см,

d - диаметр провода в см.

Если провод намотан на каркас, то образуется катушка индуктивности. В этом случае магнитный поток концентрируется и величина индуктивности возрастает.

Конструкции катушек индуктивности

Конструкционной основой катушки индуктивности является диэлектрический каркас, на который наматывается провод в виде спирали. Обмотка может быть как однослойной, так и многослойной. В некоторых случаях многослойная обмотка делается секционированной. В интегральных схемах применяются плоские спиральные катушки индуктивности .Для увеличения индуктивности применяют магнитные сердечники. Помещенный внутрь катушки сердечник концентрирует магнитное поле и тем самым увеличивает ее индуктивность. Перемещением сердечника внутри каркаса можно изменяп, индуктивность. Они могут иметь либо замкнутый магнитопровод, либо разомкнутый (тип С Б - б). Для изменения индуктивности служит подстроечный цилиндрический сердечник 1. Помимо цилиндрических и броневых сердечников применяют торроидальные (кольцевые) сердечники. На высоких частотах (десятки-сотни МГц) применяют подстроечные цилиндрические сердечники из диамагнетиков (латунь, медь). При введении этих сердечников внутрь катушки индуктивность уменьшается.В катушках индуктивности, работающих на низких в качестве сердечников используют пермаллои. При этом рается из тонких пластин толщиной 0,002-0,1мм.Для уменьшения влияния электромагнитного поля катушки на другие элементы схемы, а также для уменьшения влияния внешних полей на катушку индуктивности, ее располагают внутри металлического экрана.

Индуктивность является основным параметром катушки индуктивности. Ее величина (мкГн) определяется соотношением

L=L0W2 D.10-3

где W - число витков,

D - диаметр катушки в см,

L0 - коэффициент, зависящий от отношения длины катушки / к ее диаметру О.

Для однослойных катушек величина L0 определяется соотношением

Полученное значение округляется до ближайшего стандартного значения и выбирается марка провода с диаметром dиз

Контурные катушки индуктивности. Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность. В диапазоне длинных и средних волн эти катушки многослойные, как правило, с намоткой типа "универсаль". Для повышения добротности применяют многожильные провода типа "литцендрат". Для изменения индуктивности применяют цилиндрические сердечники из альсифера или карбонильного железа.

В диапазоне коротких и ультракоротких волн используются однослойные катушки с индуктивностью порядка единиц микрогенри и добротностью порядка 50 - 100. Число витков таких катушек не превышает одного-двух десятков, диаметр каркаса 10 - 20 мм. В качестве каркасов используют керамику, полиэтилен и полистирол. Для уменьшения собственной емкости применяют ребристые каркасы. Обмотка выполняется одножильным медным проводом диаметром около 1 мм. На УКВ применяют бескаркасные катушки из неизолированного провода.

1.2 Конденсаторы, их назначение и устройство

Заряд и разряд конденсатора. Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрические заряды. Простейшим конденсатором являются две металлические пластины (электроды), разделенные каким-либо диэлектриком. Конденсатор 2 можно зарядить, если соединить его электроды с источником 1 электрической энергии постоянного тока.

При заряде конденсатора свободные электроны, имеющиеся на одном из его электродов, устремляются к положительному полюсу источника, вследствие чего этот электрод становится положительно заряженным. Электроны с отрицательного полюса источника устремляются ко второму электроду и создают на нем избыток электронов, поэтому он становится отрицательно заряженным. В результате протекания зарядного тока i3 на обоих электродах конденсатора образуются равные, но противоположные по знаку заряды и между ними возникает электрическое поле, создающее между электродами конденсатора определенную разность потенциалов. Когда эта разность потенциалов станет равной напряжению источника тока, движение электронов в цепи конденсатора, т. е. прохождение по ней тока i3 прекращается. Этот момент соответствует окончанию процесса заряда конденсатора.

При отключении от источника конденсатор способен длительное время сохранять накопленные электрические заряды. Заряженный конденсатор является источником электрической энергии, имеющим некоторую э. д. с.. Если соединить электроды заряженного конденсатора каким-либо проводником, то конденсатор начнет разряжаться. При этом по цепи пойдет ток iр разряда конденсатора. Начнет уменьшаться и разность потенциалов между электродами, т.е. конденсатор будет отдавать накопленную электрическую энергию во внешнюю цепь. В тот момент, когда количество свободных электронов на каждом электроде конденсатора станет одинаковым, электрическое поле между электродами исчезнет и ток станет равным нулю. Это означает, что произошел полный разряд конденсатора, т.е. он отдал накопленную им электрическую энергию.

Емкость конденсатора. Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрические заряды характеризуется его емкостью. Чем больше емкость конденсатора, тем больше накопленный им заряд, так же как с увеличением вместимости сосуда или газового баллона увеличивается объем жидкости или газа в нем.

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф). Емкостью в 1 Ф обладает конденсатор, у которого при сообщении заряда в 1 Кл разность потенциалов возрастает на 1 В. В практике преимущественно пользуются более мелкими единицами: микрофарадой (1 мкФ=10-6 Ф), пикофарадой (1 пФ = 10-12 мкФ).

Емкость конденсатора зависит от формы и размеров его электродов, их взаимного расположения и свойств диэлектрика, разделяющего электроды. Различают плоские конденсаторы, электродами которых служат плоские параллельные пластины, и цилиндрические.

Свойствами конденсатора обладают не только специально изготовленные на заводе устройства, но и любые два проводника, разделенные диэлектриком. Емкость их оказывает существенное влияние на работу электротехнических установок при переменном токе. Например, конденсаторами с определенной емкостью являются два электрических провода, провод и земля, жилы электрического кабеля, жилы и металлическая оболочка кабеля.

Устройство конденсаторов и их применение в технике. В зависимости от применяемого диэлектрика конденсаторы бывают бумажными, слюдяными, воздушными. Используя в качестве диэлектрика вместо воздуха слюду, бумагу, керамику и другие материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, удается при тех же размерах конденсатора увеличить в несколько раз его емкость. Для того чтобы увеличить площади электродов конденсатора, его делают обычно многослойным.

В электротехнических установках переменного тока обычно применяют силовые конденсаторы. В них электродами служат длинные полосы из алюминиевой, свинцовой или медной фольги, разделенные несколькими слоями специальной (конденсаторной) бумаги, пропитанной нефтяными маслами или синтетическими пропитывающими жидкостями. Ленты фольги 2 и бумаги 1 сматывают в рулоны, сушат, пропитывают парафином и помещают в виде одной или нескольких секций в металлический или картонный корпус. Необходимое рабочее напряжение конденсатора обеспечивается последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединениями отдельных секций.

Всякий конденсатор характеризуется не только значением емкости, но и значением напряжения, которое выдерживает его диэлектрик. При слишком больших напряжениях электроны диэлектрика отрываются от атомов, диэлектрик начинает проводить ток и металлические электроды конденсатора замыкаются накоротко (конденсатор пробивается). Напряжение, при котором это происходит, называют пробивным. Напряжение, при котором конденсатор может надежно работать неограниченно долгое время, называют рабочим. Оно в несколько раз меньше пробивного.

Конденсаторы широко применяют в системах энергоснабжения промышленных предприятий и электрифицированных железных дорог для улучшения использования электрической энергии при переменном токе. На э.п.с. и тепловозах конденсаторы используют для сглаживания пульсирующего тока, получаемого от выпрямителей и импульсных прерывателей, борьбы с искрением контактов электрических аппаратов и с радиопомехами, в системах управления полупроводниковыми преобразователями, а также для создания симметричного трехфазного напряжения, требуемого для питания электродвигателей вспомогательных машин. В радиотехнике конденсаторы служат для создания высокочастотных электромагнитных колебаний, разделения электрических цепей постоянного и переменного тока и др.

В цепях постоянного тока часто устанавливают электролитические конденсаторы. Их изготовляют из двух скатанных в рулон тонких алюминиевых лент 3 и 5, между которыми проложена бумага 4, пропитанная специальным электролитом (раствор борной кислоты с аммиаком в глицерине). Алюминиевую ленту 3 покрывают тонкой пленкой окиси алюминия; эта пленка образует диэлектрик, обладающий высокой диэлектрической проницаемостью. Электродами конденсатора служат лента 3, покрытая окисной пленкой, и электролит; вторая лента 5 предназначена лишь для создания электрического контакта с электролитом. Конденсатор помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.

При включении электролитического конденсатора в цепь постоянного тока необходимо строго соблюдать полярность его полюсов; электрод, покрытый окисной пленкой, должен быть соединен с положительным полюсом источника тока. При неправильном включении диэлектрик пробивается. По этой причине электролитические конденсаторы нельзя включать в цепи переменного тока. Их нельзя также использовать в устройствах, работающих при высоких напряжениях, так как окисная пленка имеет сравнительно небольшую электрическую прочность.

В радиотехнических устройствах применяют также конденсаторы переменной емкости. Такой конденсатор состоит из двух групп пластин: неподвижных 2 и подвижных 3, разделенных воздушными промежутками. Подвижные пластины могут перемещаться относительно неподвижных; при повороте оси 1 конденсатора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин, а следовательно, и емкость конденсатора.

При подключении цепи R-C к источнику постоянного тока и при разряде конденсатора на резистор также возникает переходный процесс с апериодическим изменением тока i и напряжения uc. При подключении к источнику постоянного тока цепи R-C выключателем В1 происходит заряд конденсатора. В начальный момент зарядный ток

Iнач=U /R

Но по мере накопления зарядов на электродах конденсатора напряжение его и с будет возрастать, а ток уменьшаться. Если сопротивление R мало, то в начальный момент подключения конденсатора возникает большой скачок тока, значительно превышающий номинальный ток данной цепи. При разряде конденсатора на резистор R напряжение на конденсаторе uс и ток i постепенно уменьшаются до нуля.Скорость изменения тока i и напряжения ис при переходном процессе отделяется постоянной времени

T = RC

Чем больше R и С, тем медленнее происходит заряд конденсатора.

Процессы заряда и разряда конденсатора широко используют в электронике и автоматике. С помощью их получают периодаческие несинусоидальные колебания, называемыерелаксационными, и, в частности, пилообразное напряжение, необходимое для работы систем управления тиристорами, осциллографов и других устройств. Для получения пилообразного напряжения периодически подключают конденсатор к источнику питания, а затем к разрядному резистору. Периоды Т1 и T2, соответствующие заряду и разряду конденсатора, определяются постоянными времени цепей заряда Т3 и разряда Тр, т. е. сопротивлениями резисторов, включенных в эти цепи.

1.3 Тензорезисторы

Тензорезисторы предназначены для измерения напряжений возникающих на поверхности различных деталей. С помощью тензорезисторов можно измерять степень сжатия и растяжения, скручивания, изгиба. При известном модуле Юнга и профиле изделия можно расчитать прикладываемые к изделию силы.

Один активный тензорезистор, двухпроводная схема подключения. Применима при малых изменениях температуры. Без термокомпенсации. x1 выход. Изгиб также влияет на измерения.

Отношение между деформацией и выходным напряжением

Выход тензометрических мостовых схем представлен в единицах деформации (ме) или в выходном напряжении (мВ/В илимВ/В) относительно напряжения питания моста. Эти величины соотносятся согласно следующей формуле:

e0 = (E/4)·Ks·е0

Для малых деформаций используют фольговыетензорезисторы.

Для больших деформаций используют проволочныетензорезисторы.

1.4 Трансформатор

Трансформамтор -- электрический аппарат, имеющий две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения - электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

Режимы работы трансформатора

1. Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого хода можно определить КПДтрансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в стали.

2. Нагрузочный режим. Этот режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепи трансформатора. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

3. Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. С его помощью можно определить потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора. Это учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор -- трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

Трансформатор тока

Трансформамтортомка -- трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение -- для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации.Вторичная обмотка токового трансформатора должна быть надёжно замкнута на низкоомную нагрузку измерительного прибора или накоротко. При случайном или умышленном разрыве цепи возникает скачок напряжения, опасный для изоляции, окружающих электроприборов и жизни техперсонала!

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения -- трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение -- преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепяхРЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор -- это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса[12]. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Разделительный трансформатор -- трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.[13] Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

Пик-трансформатор

Пик-трансформатор -- трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Задание № 2. Перевести из одной системы счисления в другую

2.1 Переведите числа, представленные в шестнадцатеричной системе счисления в десятичную систему

2.2 Переведите двоичные числа в восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления:

2.3 Переведите восьмеричные числа в двоичную систему

2.4 Преобразуйте шестнадцатеричные числа в двоичные

2.5 Подберите двоичные эквиваленты для следующих десятичных чисел

139:2=69 (1)

69:2=34 (1)

34:2=17 (0)

17:2=8 (1)

8:2=4 (0)

4:2=2 (0)

2:2=(1) (0)

2.6 Преобразуйте двоичные числа в десятичные

2.7 Преобразуйте следующие десятичные числа в двоичные, восьмеричные и шестнадцатеричные

100:2=50(0)

50:2=25 (0)

25:2=12 (1)

12:2=6 (0)

6:2=3 (0)

3:2=(1) (1)

100:8=12 (4)

12:8=(1) (4)

100:16=(6) (4)

Задание № 3. Арифметические операции

3.1 Выполнить арифметические операции двоичных чисел

3.2 Преобразуйте десятичные числа в код 8421 BCD и выполните их сложение: 27 + 36

00100111+00110110=01011101

01011101+00000110=11100011

3.3 Используя метод дополнительного кода выполнить арифметические операции чисел со знаком: (+13) + (-7)=6

2)11111000+1=11111001

00001101+11111001 = (1)00000110

0110=6

Задание № 4. Булева алгебра

4.1 Упросить следующие выражения с применением теорем булевой алгебры

4.2 По заданному выражению построить таблицу истинности и упростить выражение, применяя карту Карно

Таблица 1 - Таблица истинности

0	0	0	0	1	1	1	0	0	0	0	0
0	0	0	1	1	1	1	0	0	0	0	0
0	0	1	0	1	1	0	0	0	0	0	0
0	0	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0
0	1	0	0	1	0	1	0	1	0	1	1
0	1	0	1	1	0	1	0	1	0	1	1
0	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0
0	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0
1	0	0	1	0	1	1	0	0	0	0	1
1	0	1	0	0	1	0	1	0	0	0	0
1	0	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0
1	1	0	0	0	0	1	0	0	0	1	1
1	1	0	1	0	0	1	0	0	0	1	1
1	1	1	0	0	0	0	0	0	1	0	1
1	1	1	1	0	0	0	0	0	1	0	1

4.3 По карте Карно составьте булевы выражения в виде канонической суммы минтермов и канонического произведения макстермов

Произведение макстермов

Задание № 5. Проектирование комбинационных логических схем

5.1 Для выражения, полученного в задании 4.2, построить комбинационную логическую схему, используя элемент И-НЕ на два входа

Рисунок 1. Логическая схема с применением элемента И-НЕ на 2 входа

5.2 Для выражения, полученного в задании 4.2, построить комбинационную логическую схему, используя элемент ИЛИ-НЕ на два входа



Рисунок 2. Логическая схема с применением элемента ИЛИ-НЕ на два входа

5.3 Используя таблицу истинности, полученную в задании 4.2, постройте схему мультиплексора "1 из 8"

Таблица 2 - Таблица истинности

Номер строки	Входы	Выход Y
	D	C	B	A
0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	0
2	0	0	1	0	1
3	0	0	1	1	0
4	0	1	0	0	1
5	0	1	0	1	1
6	0	1	1	0	1
7	0	1	1	1	1
8	1	0	0	0	0
9	1	0	0	1	0
10	1	0	1	0	1
11	1	0	1	1	0
12	1	1	0	0	1
13	1	1	0	1	0
14	1	1	1	0	1
15	1	1	1	1	0
№	D	C	B	A	Y
0	0	0	0	0	0
8	1	0	0	0	0

№	D	C	B	A	Y
1	0	0	0	1	0
9	1	0	0	1	1

№	D	C	B	A	Y
2	0	0	1	0	0
10	1	0	1	0	0

№	D	C	B	A	Y
3	0	0	1	1	1
11	1	0	1	1	0

№	D	C	B	A	Y
4	0	1	0	0	0
12	1	1	0	0	1

№	D	C	B	A	Y
5	0	1	0	1	0
13	1	1	0	1	1

№	D	C	B	A	Y
6	0	1	1	0	1
14	1	1	1	0	0

№	D	C	B	A	Y
7	0	1	1	1	1
15	1	1	1	1	0

Рисунок 3. Мультиплексор селектор данных "1 из 8"

Задание № 6. Проектирование последовательностных логических схем

Вычитающие счетчики

В некоторых цифровых системах возникают необходимость счета в обратном направлении (9, 8, 7, 6, …….) счетчики которые считают от больших чисел с меньшим называются вычитающими счетчиками, или счетчиками обратного действия. Схема вычитающего счетчика напоминает схему счетчика прямого действие единственное отличие состоит в способе "переноса" сигнала от триггера Т1 к триггеру Т2, и от триггера Т2 к триггеру Т3. В счетчике прямого действия синхронизирующий вход каждого триггера связан с прямым выходом предыдущего триггера, а в вычитающем счетчике синхронизирующий вход каждого триггера связан с инверсным выходом предыдущего триггера. Перед началом счета в обратном направлении предусмотрена предварительная его установка.

Таблица 3. Счетная последовательность для вычитающего счетчика по модулю 8

Номер тактового импульса	Двоичная счетная последовательность	Десятичные числа
	С	В	А
0	1	1	1	7
1	1	1	0	6
2	1	0	1	5
3	1	0	0	4
4	0	1	1	3
5	0	1	0	2
6	0	0	1	1
7	0	0	0	0
8	1	1	1	7
9	1	1	0	6



Рисунок 4. Асинхронный трехразрядный вычитающий счетчик по модулю 8

Задание № 7. Микропроцессоры

Пример 2.1. Исходные данные находятся в ОЗУ по адресам $90..$94. Произвольные значения чисел должны быть занесены в эти ячейки под управлением программы. Затем эти числа должны быть перемещены в другую область ОЗУ по адресам $A0..$A4.

Для начала решим задачу самым простым методом, используя непосредственную и прямую адресацию.

RamStart EQU $0000; Назначается адрес для первой ячейки ОЗУ.

RomStart EQU $E000; Назначается начальный адрес прикладной программы.

StartVector EQU $FFFE ;Назначается адрес для вектора начального запуска.

INITRG EQU $0011 ;Назначается адрес регистра, отвечающего за; начальный адрес области регистров специальных; функций.

С помощью команд EQU именам присваиваются; значения. По сути это всё-таки псевдокоманды, т.к. они не выполняют реальных действий в программе.

ORG RomStart

EX_2_1_1: LDAA #$08; Установка начального адреса области регистров STAA INITRG; специальных функций в $0800.

LDAA #$40 Загрузить в аккумулятор A число $40. Использована; непосредственная адресация.

STAA $90;Переместить число из A в ячейку памяти с адресом; $90. Использована прямая адресация.

LDAA #$29

STAA $91

LDAA #29

STAA $92

LDAA #%01010011

STAA $93

LDAA #$AC

STAA $94 Загрузка ячеек ОЗУ начальными значениями; закончена. Приступим к перемещению данных из одной области памяти в другую.

LDAB $90; Загрузить данные из ячейки $90 в аккумулятор B.

STAB $A0; Загрузить данные из B в ячейку памяти с адресом $A0.

LDAB $91

STAB $A1

LDAB $92

STAB $A2

LDAB $93

STAB $A3

LDAB $94

STAB $A4

JMP *; Бесконечный переход по адресу текущей команды.

ORG StartVector

DC.W EX_2_1_1

Рисунок 5. Построение программы с помощью языка ассемблера



Рисунок 6. Построение программы с помощью языка ассемблера

алгебра математический проектирование

Заключение

В данной курсовой работе приобрели навыки расчета цифровых устройств.

Были выполнены расчеты согласно выбранному варианту. А именно выполнены расчеты: Перевод из одной системы счисления в другую, арифметические операции, булева алгебра, Проектирование комбинационных логических схем.

А также рассмотрены цифровые интегральные микросхемы, их свойства и область применения.

Литература

1. Прянишников В.А.: Электроника: Полный курс лекций. - Спб.: Корона принт., 2004. - 415 с.[5]

2. Гусев В.Г., Гусев М.Ю. Электроника. - М.: Высш. Школа, 1991. - 495.

3. Осадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника. - М.: Радио и связь, 2002. - 768 с.[6]

4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство - М.: Мир. - 2000. - 512 с.[2]

5. Пейтон А.Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: Бином, 1994. - 352 с.

6. Фолкнеберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС. - Мир, 1985. - 572 с.[4]

7. Алексеенко А.Г. и др. Применение аналоговых ИС. - М.: Радио и связь. 1980. - 324 с.

8. Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.: Энергоатомиздат, 1985.

9. Токхайм Р. Основы цифровой электроники. - М.: Мир:, 1986.

10. Токхайм Р. Микропроцессоры. Курс и упражнения: - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 336 с.[1]

11. Китаев Ю.В. Конспекты по курсу "Электроника и МП", 2005.

12. Криштавович А.К., Трифонюк В.В. Основы промышленной электроники. - М.: Высшая школа, 1985.

13. Инков А.М. Компьютерные технологии решения задач автоматизации. Часть 1. - Шымкент: ЮКГУ, 2002.

14. Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Цифровые устройства. - М., 2004. - 426.

15. Ратхор Т.С. Цифровые измерения. Методы и схемотехника. - М., 2004. - 376 с.[7]

16. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. - Спб., 2003. - 480 с.

Размещено на Allbest.ru

...