Синтез устройства цифровой динамической индикации

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине “Вычислительная техника”

на тему: «Синтез устройства цифровой динамической индикации»



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ЦИФРОВОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ИНДИКАЦИИ

2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ КОММУТАТОРА

3. СИНТЕЗ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНОГО КОДА В КОД ЦИФРОВОГО ИНДИКАТОРА И ПОДКЛЮЧЕНИЕ СЕМИСЕГМЕНТНЫХ ИНДИКАТОРОВ

4. СИНТЕЗ И ВЫБОР МИКРОСХЕМЫ ДВОИЧНОГО СЧЕТЧИКА

5. СИНТЕЗ И ВЫБОР МИКРОСХЕМЫ ДЕШИФРАТОРА

6. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ЦИФРОВОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ИНДИКАЦИИ

7. СПЕЦИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА ЦИФРОВОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ИНДИКАЦИИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А



ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа по теме: “Синтез устройства цифровой динамической индикации”, является заключительным этапом изучения раздела «Классификация и типовые узлы вычислительной техники» и позволяет продемонстрировать навыки применения методов проектирования устройств на базе цифровых ИМС.

Целями курсовой работы являются:

- систематизация и закрепление теоретических знаний и практических умений по вопросам функционирования элементов и узлов вычислительной техники;

- углубление теоретических знаний при изучении разделов:

Суть статической индикации заключается в постоянном подсвечивании индикатора от одного источника. Недостаток: при статической индикации горят сразу все разряды. Соответственно энергопотребление пропорционально количеству подключаемых разрядов.

Сущность динамической индикации заключается в поочередном включении индикаторов через общую цепь преобразования кода. Подключение индикаторов необходимо производить с частотой f=120 ... 140 Гц, такой частоты достаточно, чтобы не замечать мерцания индикаторов.

Достоинством динамической индикации является экономия преобразователей кода и соединительных проводов, что весьма существенно, если схема динамической цифровой индикации удалена от источника информации. Преимущество данного способа ощутимо при числе разрядов больше 4 ... 6. Схема с динамической индикацией потребляет меньший ток, имеет меньшие габариты и меньшую стоимость. Из цифровых индикаторов более широкое распространение получили семи сегментные индикаторы, у которых изображение состоит из семи сегментных светодиодов



1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ЦИФРОВОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ИНДИКАЦИИ

Структурная схема устройства индикации (ПРИЛОЖЕНИЕ А) обеспечивает динамическую индикацию десятичных цифр на семисегментных полупроводниковых индикаторах.

Ввод информации производится параллельно в двоично-десятичном коде.

Коммутатор (Y1) обеспечивает поочередное подключение входной информации. Следовательно, четырехзарядный двоичный код 8421 поступает на входы преобразователя кода от одного из нескольких источников информации.

Преобразователь кода (Y2) выполняет преобразование двоично-десятичного кода в код семисегментного цифрового индикатора.

Блок управления, состоящий из счётчика (Y3) и дешифратора (Y4), обеспечивает подготовку одного из n индикаторов к высвечиванию информации от соответствующего источника.

Двоичный счетчик (Y3) непрерывно подсчитывает входные тактовые импульсы, подаваемые от генератора (G). Период тактовой частоты выбирают выше разрешающей частоты человеческого глаза, т.е. поочередное подключение индикаторов через общую цепь преобразования кодов осуществляется с частотой.

Коэффициент счета счетчика определяется числом индикаторов,

т.е. N = n.

Код с выходов счётчика (Y3) одновременно подаётся на адресные входы мультиплексоров (Y1) и дешифратора (Y4). Тем самым обеспечивается поочерёдное подключение каждого индикатора к соответствующему источнику информации через мультиплексор и преобразователь кода.

Каждое состояние счетчика (Y3) дешифрирует дешифратор (Y4), подключая при этом соответствующий индикатор.

Число индицируемых цифр представлено количеством индикаторов в схеме и определяет коэффициент пересчета счетчика, кроме того, число выходов (разрядов) счетчика равно числу адресных входов мультиплексора.

2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ КОММУТАТОРА

Коммутатор - это устройство, которое обеспечивает передачу информации из множества входов к единственному выходу, согласно заданному адресу. Устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента.

Mультиплексор -- устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передавать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.

Синтез мультиплексора и выбор ИМС приведем в следующей последовательности:

Определим количество адресных и информационных входов мультиплексора, а также необходимое количество микросхем данного устройства для реализации схемы коммутатора.

Число информационных входов мультиплексора (D) равно числу десятичных разрядов индицируемого параметра, что соответствует числу индикаторов (n). В нашем случае n = 6.

Число адресных входов (А) определяется из соотношения:

n 2А, где А - число разрядов адреса (т.е. число адресных входов). Так, для n = 6 - число адресных входов равно 3 (А0, А1,A2 ).

Число мультиплексоров равняется числу разрядов индуцируемого числа десятичной цифры.

Число мультиплексоров равняется числу разрядов индуцируемого числа десятичной цифры.

Приведем УГО требуемого мультиплексора (см. рис. 2.1).

Рис. 2.1 УГО мультиплексора.

Приведем таблицу истинности выбранного мультиплексора (см. табл.2.1).

Таблица 2.1

Адресные входы	Выход
A2	А1	А0	Q
0	0	0	D0
0	0	1	D1
0	1	0	D2
0	1	1	D3
1	0	0	D4
1	0	1	D5

Запишем логическую функцию для выхода Q мультиплексора в СДНФ.



Рис. 2.2 Логическая схема мультиплексора

Осуществите выбор ИМС мультиплексора, приведите ее УГО и описание (см. рис. 2.3).

УГО КП1533КП7. Рис. 2.3

Мультиплексор КП1533КП7.

- вход разрешения;

D0-D7 - информационные входы;

A0-A2 - адресные входы;

2.7 Выполним построение полной схемы коммутатора, используя УГО выбранной ИМС, с принятым обозначением и нумерацией выводов (см. рис. 2.4).

Рис. 2.4 Функциональная схема коммутатора.



3. СИНТЕЗ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНОГО КОДА В КОД ЦИФРОВОГО ИНДИКАТОРА И ПОДКЛЮЧЕНИЕ СЕМИСЕГМЕНТНЫХ ИНДИКАТОРОВ

Преобразователи кода-это устройство, предназначенное для преобразование одного кода в другой. Преобразователи кодов служат для перевода одной формы числа в другую. Их входные и выходные переменные однозначно связаны между собой. Эту связь можно задать таблицами переключений или логическими функциями.

Индикатор обеспечивает визуальное отображение информации воспринимаемое человеком в удобном для наблюдения виде.

Осуществим синтез преобразователя кода для семисегментного индикатора в следующей последовательности:

Согласно заданию, подключаем полупроводниковый светодиодный индикатор типа АЛС324Б.

Приведем его УГО (см. рис. 3.1). Светодиод АЛС324Б имеет общий анод - вход S, на который необходимо подать уровень лог.1.Для высвечивания какого-либо сегмента на соответствующий вход подается уровень лог.0, для его гашения - лог.1.

Рис. 3.1 УГО полупроводникового светодиодного индикатора.

Приведем рисунок семи сегментов с их обозначениями и изображение индицируемых цифр (0-9) (см. рис. 3.2).

Рис. 3.2 Обозначение сегментов.



Таблица 3.1

Индуц. цифра	Входные сигналы	Выходные сигналы
	X8	X4	X2	X1	A	B	C	D	E	F	G
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
1	0	0	0	1	1	0	0	1	1	1	1
2	0	0	1	0	0	0	1	0	0	1	0
3	0	0	1	1	0	0	0	0	1	1	0
4	0	1	0	0	1	0	0	1	1	0	0
5	0	1	0	1	0	1	0	0	1	0	0
6	0	1	1	0	0	1	0	0	0	0	0
7	0	1	1	1	0	0	0	1	1	1	1
8	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
9	1	0	0	1	0	0	0	0	1	0	0

Далее необходимо записать систему логических уравнений для выходных функций и по ним построить логическую схему преобразователя. Однако эти уравнения не будут иметь минимальной формы, поэтому для построения рациональной схемы преобразователя необходимо выполнить минимизацию выходных функций методом карт Карно.

При заполнении карты необходимо учесть следующее. Поскольку минимизируются выходные функции, а преобразователь кода имеет семь выходов, то количество логических уравнений в системе и соответственно карт Карно будет равно семи. Координатами клеток служат значения аргументов, т.е. входных сигналов, поэтому необходима карта для четырех аргументов; в самой клетке записывается значение функции (выхода).

Заполним карты Карно для каждого выхода преобразователя (для каждого сегмента A - G)

Сегмент А.	Сегмент B.	Сегмент C.
0	0	0	1		0	0	1	0		0	0	0	0
*	*	*	0		*	*	*	0		*	*	*	0
*	*	*	0		*	*	*	0		*	*	*	0
0	0	1	0		0	1	0	0		1	0	0	0
Сегмент D.	Сегмент E.	Сегмент F.
0	1	0	1		1	1	1	1		1	1	0	1
*	*	*	0		*	*	*	1		*	*	*	0
*	*	*	0		*	*	*	0		*	*	*	0
0	0	1	0		0	0	1	0		1	0	0	0
Сегмент G.
0	1	0	1
*	*	*	0
*	*	*	0
0	0	0	1

Рис. Карты Карно

пишем систему минимизированных уравнений для выходных функций преобразователя (МДФ). И выполним преобразование полученных логических уравнений в минимальный базис.



Выполним построение логической схемы преобразователя с подключением заданного количества индикаторов (см. рис.3.3).

Рис. 3.3 Логическая схема преобразователя.

4. СИНТЕЗ И ВЫБОР МИКРОСХЕМЫ ДВОИЧНОГО СЧЕТЧИКА

Двоичный счетчик в устройстве цифровой индикации принимает импульсы от тактового генератора и фиксирует число этих импульсов с передачей на входы дешифратора. Двоичный код поступающий от счетчика является адресом для мультиплексоров, а также фиксируется дешифратором для подключения нужного индикатора. Коэффициент счета при этом равен числу индикаторов. Частота тактовых импульсов определяется по количеству индикаторов, т.к. для включения одного индикатора требуется частота выше 50 Гц, то для того что бы человеческий глаз не замечал мелькания при переключении индикаторов частота определяется по формуле F=50n(Гц)=300Гц коммутатор индикатор микросхема дешифратор

Выберем счетчик, приведем его УГО (см. рис. 4.1) и описание. Составим таблицу состояний (см. табл. 4.1) и приведем диаграмму состояний счетчика с N= 6 (см. рис. 4.2).

Рис. 4.1 УГО счетчика К155ИЕ5описание привести

Таблица состояний счетчика. Таблица 4.1

Входной импульс	Двоичный код на выходах
	Q8	Q4	Q2	Q1
0	0	0	0	0
1	0	0	0	1
2	0	0	1	0
3	0	0	1	1
4	0	1	0	0
5	0	1	0	1
6	0	0	0	0



Рис. 4.2 Диаграмма состояний счетчика.

Выбираем микросхему требуемого двоичного счетчика. Для обеспечения заданного коэффициента счета N = 6 необходимо, чтобы при появлении на выходах двоичного кода 0110 = 6 все триггеры счётчика сбросились в лог.0 (0000). Для этого следует ввести цепь обратной связи с выходов счётчика 2 и 4 с которых уровень лог.1 поступит на вход сброса R (рис.4.3).

Рис. 4.3 Ограничение коэффициента счета ИМС счетчика.



5. СИНТЕЗ И ВЫБОР МИКРОСХЕМЫ ДЕШИФРАТОРА

Дешифратор в разрабатываемой схеме формирует номер (адрес) подключаемого индикатора. Сигнал с выхода дешифратора является управляющим для индикатора, поэтому подключение выходов дешифратора осуществляется ко входу управления S каждого индикатора.

Приведем УГО требуемого дешифратора (см. рис. 5.1).

Рис. 5.1 УГО дешифратора

При синтезе дешифратора для обратного преобразования двоичных комбинаций в десятичный номер индикатора необходимо составить таблицу истинности (табл. 5.1).

При составлении таблицы следует учесть, что в таблице число выходов равно заданному числу n (число индикаторов).

Таблица истинности дешифратора. Таблица 5.1

Двоичные входы Десят.выходы
X4	X2	X1	Yn
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	2
0	1	1	3
1	0	0	4
1	0	1	5

Далее следует записать логические уравнения в СДНФ для каждого выхода дешифратора в полном базисе И-ИЛИ-НЕ и по полученным уравнениям построить логическую схему (см. рис. 5.2).

= * *

Рис. 5.2 Логическая схема дешифратора в базисе И-ИЛИ-НЕ.

Для оптимальной реализации схемы дешифратора логические уравнения и приведенную схему приведем в минимальном базисе И-НЕ (см. рис. 5.3).

Рис. 5.3 Логическая схема дешифратора в базисе И -НЕ.

Выполним выбор микросхемы дешифратора, приведем условное графическое обозначение (см. рис. 5.4) и краткое описание ИМС.

Рис. 5.4 Дешифратор К155ИД1

1,2,4,8, - входы двоичной информации;

0-9 - выходы;

Выходы ИМС дешифратора подключим к каждому индикатору (см. рис.5.5).



Рис. 5.5

6. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ЦИФРОВОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ИНДИКАЦИИ

В схеме используется четыре мультиплексора КР15533КП7, которые коммутируют на входы преобразователя четверки разрядов 2/10 кода входной индицируемой информации.

Количество информационных входов определяется количеством индицируемых разрядов, т.е. равно количеству индикаторов. Число индикаторов равно шести.

Адреса коммутируемых входов формируются двоичным счетчиком К155ИЕ5 c помощью внешнего генератора прямоугольных импульсов, причем со скважностью, равной Q = 6 и частотой f = 50 Гц, при которой каждый индикатор будет «мигать» с частотой 300 Гц, не воспринимаемой человеческим глазом.

При этом в исходном состоянии задается адрес нулевых входов мультиплексоров и на их выходах устанавливаются разряды единиц, которые в десятичном коде должны индицироваться вторым индикатором единиц.

Поэтому к выходам счетчика еще подсоединен дешифратор KP155ИД1 с инверсными выходами, т.к. в схеме используются полупроводниковые индикаторы с общим анодом типа АЛС324Б. Если на анод (вход S) подан лог.1, то при подаче на входы управления a-h комбинации, индикатор будет индицировать в десятичном коде число. соответствующее этой комбинации. Если на вход S подан уровень лог 0, то независимо от того подана ли на входы комбинация или нет высвечивания числа не произойдет.

Принцип работы ЦДИ рассмотрим на примере.

Необходимо “высветить” первую цифру измеряемого параметра (разряда сотен), согласно заданному условию:

От источника информации число “2” в виде двоично-десятичной комбинации 1110 поразрядно установится на информационных входах D3 каждого мультиплексора КР15533КП7.

На выходах счетчика АЛС324Б установлено состояние (010). Следовательно, на адресных входах мультиплексоров КР15533КП7 (А0 ,А1,А2) установится комбинация 010.

В результате информация с входов D3 передается на выходы Q мультиплексоров.

Двоично-десятичный код1110 поступает на вход преобразователя.

Дешифратор установит уровень лог.0 на своем втором выходе (на остальных выходах - лог.1), который поступит на вход разрешения второго индикатора АЛС324Б.

Преобразователь кода на выходах установит комбинацию, позволяющую второму индикатору высветить число (цифра 2).

С приходом следующего входного импульса от генератора G счетчик зафиксирует состояние 111. Этот двоичный код поступает на адресные входы мультиплексоров КР1533КП7 и подключает разряды цифры тысяч со входов D4 мультиплексоров КР1533КП7 к выходам Q.

Цифра тысяч в двоично-десятичном коде поступает на входы преобразователя, выходные сигналы которого поступают на входы всех индикаторов АЛС324Б, но т.к. уровень лог 0 установится на третьем выходе дешифратора, который подключен к индикатору тысяч, разрешение на работу будет дано именно второму индикатору.

Таким образом, индикаторы АЛС324Б в схеме работают поочередно, причем синхронно с подключением мультиплексорами КР15533КП7 соответствующих разрядов индицируемой информации.

Так как обычные счетчики имеют циклический коэффициент N=15, и если в схеме используется количество индикаторов, меньше 15, то для уменьшения времени ожидания окончания цикла, необходимо коэффициент счетчика ограничить так, чтобы после последнего индикатора сразу разрешение было подано снова первому.

№ индикатора	1
Цифра	2

Спецификация элементов электрической принципиальной схемы УЦДИ.

Спецификация элементов

УЦДИ. Схема принципиальная электрическая.

Таблица

Позиционное обозначение	Наименование	Количество	Примечание



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсового проекта, мы закрепили свои теоретические знания и практические умения по вопросам функционирования элементов и узлов вычислительной техники.

Так же сформировал практические навыки синтеза, анализа при проектировании схем комбинационных и последовательностных цифровых устройств;



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Бойт К. Цифровая электроника: Учебник.- М.: Техносфера ,2007.

2. Букреев И.А. Горячев В.И., Мансуров Б.Э. Микроэлектронные схема

цифровых устройств: Учебник, - М.:Техносфера ,2009.

3. Костров Б.Н., Ручкин В.Н. Архитектура микропроцессорных систем:

Учебное пособие,- М.: Диалог Мифи,2007.

4. Кузин В.А., Жаворонков М.А. Микропроцессорная техника:-М.:

Академия,2008г.

5. Мышляева И.М. Цифровая схемотехника: Учебник.-.: Академия 2007.

6. Таненбаум Э. Архитектура компьютера: Учебное пособие.-C-П.: Питер 2010.

ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ:

1. Виртуальная лаборатория цифровых устройств СИБГУТИ-www.labfor.ru

2. Портал <<Проектирование микропроцессорных систем (учебные и справочные материалы) - www.karelia.ru

3. Портал электронные учебников и лабораторного практикума

<<Интегральные микросхемы>> - www.ifmo.ru



ПРИЛОЖЕНИЕ А

Структурная схема устройства цифровой динамической индикации.



Размещено на Allbest.ru

...