Цифровое устройство, осуществляющее генерацию пятиразрядного кода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Ускорение научно-технического прогресса, развитие автоматизации процессов производства требует постоянного совершенствования систем сбора и переработки информации. Наиболее успешно это решается при выполнении операций с величинами, представленными в дискретном (цифровом) виде.

К основным преимуществам обработки дискретной информации следует отнести высокую точность, большое быстродействие и хорошую помехозащищенность, в чем немалую роль сыграл опыт разработки средств цифровой вычислительной техники. Последнее относится не только к результатам, полученным на выходе цифровых приборов, но и ко многим узлам собственно аналого-цифровых преобразователей (АЦП), представляющих типичные элементы и устройства ЭВМ.

Следует отметить также и то, что в настоящее время в связи со снижением стоимости элементов и узлов цифровой и вычислительной техники наметилась тенденция ещё более широкого введения этих элементов в состав измерительных устройств с цифровым выходом, вплоть до применения процессоров, устройств отображения и т.п. Положительные свойства с многодекадным цифровым отсчетом известны давно и в случаях, когда необходима высокая точность измерения при большом линейном диапазоне, применялись приборы подобного типа (например, мосты и компенсаторы постоянного тока). При этом, однако, логические операции в измерительном процессе выполнялись оператором.

Современные цифровые приборы отличаются большой степенью автоматизации измерительного процесса, высоким быстродействием и удобством передачи результатов измерения на расстоянии, что особенно важно при непосредственной передаче информации в ЭВМ, работающие в режиме реального масштаба времени, например, в системе автоматического управления технологическим процессом. Автоматические цифровые приборы также широко применяют при выполнении лабораторных и цеховых измерений с участием оператора; при этом повышается удобство и производительность измерений, а также исключается субъективная погрешность отсчета, связанная с использованием стрелочных приборов.

Схемотехническая реализация всего многообразия цифровых ИС осуществляется на основе логических элементов (Л.Э.), которые представляют собой логические электронные схемы, выполняющие элементарные логические функции (конъюнкцию, дизъюнкцию, инверсию, запоминание и др.)

При проектировании ЭВМ и ЦИП используется та или иная система ЛЭ, отвечающая требованиям функциональной полноты и обеспечивающая техническую реализацию достаточно сложных логических цепей, согласованность уровней входных и выходных сигналов, общность эксплуатационных свойств, типизацию функциональных схем и конструкций ЦИП и ЭВМ. код генерация резистр язык

Существует большое разнообразие систем логических элементов в зависимости от типа логической схемы (диодно-транзисторная логика, транзисторно-транзисторная логика, эмиттерно-связанная логика и др.), физических принципов построения активных приборов (биполярные полевые, тоннельные), от типа информационных сигналов (потенциальные, импульсные, импульсно - потенциальные), от способа передачи информации от одного ЛЭ к другому (синхронные, асинхронные). Однако, несмотря на все это, ЛЭ характеризуется некоторыми общими свойствами и параметрами, выделяющими их в самостоятельный класс электронных схем, работающих по качественному признаку да - нет.

1. Постановка задачи

1) Составить таблицу истинности для пяти входных переменных A, B, C, D, E. В правой части таблицы должно быть n столбцов F1, F2, F3,…Fn-1, где n- число букв название улицы, Fn- последняя буква улицы. В каждом из n столбцов правой части 1 будет только в одной строке, соответствующей двоичному коду порядкового номера этой буквы русского алфавита. Нет букв Л и Ъ.

2) Разработать схему генератора импульсов с частотой повторения 360 кГц с нестабильностью частоты 1%. Разработать схему устройства на ТТЛ микросхемах.

3) К выходу генератора импульсов подключить счетчик с числом разрядов, равным 5 + log 2n.

4) К выходам разрядов счетчика подключить n схем совпадения кодов, обеспечивающих формирование импульсов записи в моменты совпадения кодов младших пяти разрядов кода букв с интервалом времени, соответствующим каждой букве фамилии.

5) По каждому из этих n импульсов записи произвести запись пятиразрядного двоичного кода каждой буквы фамилии студента в соответствующий регистр памяти.

6) Для проверки знаний студентов первоначально таблицу истинности преобразовать, объединив в одном столбце правой части таблицы все единицы всех столбцов первоначальной правой части таблицы. По такой преобразованной таблице истинности заполнить карту Карно, произвести минимизировано и записать минимизированное булево выражение.

2. Таблица истинности

Таблица русского алфавита при кодировании каждой буквы её порядковым номером будет иметь вид (не используются буквы Ё и Ъ):

Таблица 1

Таблица истинности для пяти входных переменных А, В, C, D,E имеет вид:

Таблица 2

Таким образом, получим, что улица "Дружба" (N=6) будет кодироваться в соответствии с таблицей:

Таблица 3

3. Разработка схемы генератора импульсов

В соответствии с заданием на курсовую работу необходимо разработать генератор импульсов с частотой повторения 360 кГц с нестабильностью частоты 1%.

Условное обозначение и таблица состояний микросхемы 155 АГ3 приведены на рис. 1 и рис. 2.

Рис. 1. Условное обозначение микросхемы 155 АГ3

Рис. 2. Таблица состояний микросхемы 155 АГ3

В одном корпусе 155 АГ3 два одновибратора, которые отличаются от 155 АГ1 отсутствием одного триггера Шмита и внутреннего резистора, а также повторный запуск то время, пока не закончилось формирование выходного импульса; при этом длительность выходного импульса увеличивается на интервал времени между первым и последующим запусками. Это называется перезапуском.

В соответствии с рядом Е6 выбираем значения R 330 Ом.

Переходная ёмкость С рассчитывается из условия:

,

Значит

В соответствии с заданным соотношением выберем значение ёмкости С2 равное 1,5 нФ.

По справочнику [1] выбираем:

R - МЛТ 0,125 300 Ом ±1%;

С - К10-17-2 - 30 В - 1,5 нФ ± 1%

4. Разработка схемы формирователя двоичного кода

В качестве МС счётчика выберем К155ИЕ19, которая содержит два одинаковых четырехразрядных двоичных счетчика с индивидуальной синхронизацией и сбросом.

Рис. 3. Условное обозначение и цоколёвка ИС К155ИЕ19

14 - питание

7 - общий

Каждый из четырехразрядных счетчиков имеет инверсный динамический вход синхронизации С, инверсный статический вход сброса R и четыре выхода Q.

Если на вход сброса R подать напряжение высокого уровня, то счетчик по всем выходам устанавливается в нулевое состояние (низкий уровень напряжения). Когда на вход R подано напряжение низкого уровня, то с приходом на вход С отрицательного перепада (спада) тактового импульса начнется режим отсчета.

В таблице 4 показаны состояния выходов в зависимости от числа входных импульсов.

Таблица 4

Рис. 4. Функциональная схема ИС К155ИЕ19

Для того чтобы два четырёхразрядных счётчика преобразовать в один восьмиразрядный соединим выход старшего разряда младшего счетчика со счётным входом второго.

Рис. 5. Восьмиразрядный двоичный счетчик

С выходов нашего счетчика будет сниматься двоичный код, младшие пять разрядов которого кодируют букву фамилии студента.

К инверсному входу сброса счетчиков подключим RC цепочку, которая будет сбрасывать счетчик в ноль при включении питания. Для надёжного сброса необходимо, чтобы постоянная времени RC равнялась 100 мс. Выберем значение сопротивления R = 1 кОм, тогда

.

По справочнику [1] выбираем:

R3 - МЛТ 0,125 1 кОм ±1%;

С4 - К50-31 100 мкФ 40 В ±1%.

5. Разработка схемы совпадения

К пяти младшим разрядам счетчика импульсов подключается схема совпадения. Схема совпадения предназначена для формирования импульсов по которым будет разрешена запись данных в регистры памяти. Разрешающие импульсы будут формироваться в моменты времени, когда код выдаваемый счетчиком будет совпадать с кодом буквы в фамилии. Число схем совпадения будет равно числу неповторяющихся букв в фамилии студента. Таким образом схема совпадения нужна для выделения из последовательностей комбинаций кодов, выдаваемых счетчиком кодов, соответствующих букве в фамилии студента.

Схема совпадения представляет собой неполный матричный дешифратор, с соответствующих выходов которого подаются импульсы на регистры.

В качестве ИС дешифратора в схеме совпадения используется 155ИД7.

Рис. 6. Условное обозначение и цоколёвка ИС 155ИД7

16 - питание

8 - общий

Микросхема ИД7 - двоично-десятичный дешифратор-демультиплексор, преобразующий трех разрядный код в напряжение низкого уровня, появляющегося на одном из восьми выходов Y0…Y7.

Ниже приведена таблица истинности, в которой приведены зависимости выходного кода дешифратора от кода на его входе.

Таблица 5

Дешифрация происходит тогда, когда на входах Е2 и Е3 (см. рис. 7) действует напряжение низкого уровня, а на входе Е1 - высокого. При других сочетаниях уровней на входах разрешения Еi на всех выходах будет напряжение высокого уровня.

Так как число разрядов в коде фамилии равно пяти используем две ИС дешифратора.

Для формирования неполного матричного дешифратора необходимо к выходам ИС дешифраторов подключить семь (количество неповторяющихся букв в фамилии) ЛЭ 2ИЛИ-НЕ, в качестве которых используем ИС 155ЛЕ1.

Микросхема типа ЛЕ выполняет логическую функцию mИЛИ-НЕ, где m - число входов. Каждый из корпусов ИС типа ЛЕ содержит от 2 до 4 логических элементов.

Выходы ЛЭ 2 ИЛИ-НЕ соединяются с входом разрешения записи последующих регистров.

Рис. 7. Функциональная схема ИС 155ИД7

Рис. 8. Условное обозначение и цоколёвка ИС 155ЛЕ1

14 - питание

7 - общий

6. Регистры памяти

Для запоминания кодов соответствующих буквам фамилии студента будем использовать ИС регистров памяти. Таким образом, необходимое количество ИС регистров памяти будет равно количеству неповторяющихся букв в фамилии студента. Выпускаемые промышленностью ИС регистров памяти имеют число разрядов, кратное степени числа два, поэтому все неиспользуемые разряды мы просто заземлим.

В качестве ИС регистров памяти будем использовать 155ИР27:

Рис. 9. Условное обозначение и цоколёвка ИС 155ИР27

20 - питание

10 - общий

Микросхема 155ИР27 - восьмиразрядный регистр. Регистр имеет синхронный тактовый вход С, вывод 11, а также синхронный вход разрешения параллельной загрузки V.

Если на вход V подано напряжение низкого уровня, то данные со входов D0…D7 загружаются в регистр (см. табл. 6). На входе эти данные появятся одновременно с приходом положительного перепада тактового импульса на вход С. Когда на входе V действует напряжение высокого уровня, то обеспечивается режим хранения информации.

Таблица 5

Рис. 10. Функциональная схема 155ИР27

7. Минимизация булева выражения

Используя данные, полученные в пункте I, запишем булево выражение для пяти входных переменных:

Тогда карты Карно для данной функции будут выглядеть следующим образом:

Минимизированное булево выражение:

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта в соответствии с заданием было разработано цифровое устройство, осуществляющее генерацию пятиразрядного кода, соответствующего номерам букв неполного алфавита русского языка и вывод последовательности кодов в соответствии с наименованием и количеством букв названии улицы.

При проектировании были выбраны следующие элементы:

1) Резисторы МЛТ, как наиболее дешевые и распространенные;

2) Конденсаторы серий К10 и К50, а что касается подстроечного, то предпочтение было отдано КТ4-28, его диапазон емкости соответствует заданному условию;

3) ИС были взяты 155-ой. 155-ая серия ИС обладает широким функциональным рядом, имеет повышенное быстродействие, обусловленное применением технологии Шотки, относительно невысокую потребляемую мощность.

При проектировании схемы делался акцент на использование минимального числа корпусов микросхем и максимально полное их использование. Работа выполнена в полном объеме без отклонений от условия задания.

Полученная схема не несет смысловой нагрузки, следовательно, практическое применение вероятнее всего исключено. Работа выполнялась в чисто учебных целях.

Литература

1. Акимов Н.Н., Ващуков Е.П., Прохоренко В.А., Ходоренок Ю.П. "Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА". Справочник. - Мн., Беларусь, 1994.

2. Мальцев П.П., Долидзе Н.С., Михалева Л.З. "Цифровые интегральные схемы". Справочник. - Москва, 1994.

3. Янсен Й. Курс цифровой электроники: В 4-х т. Т. 1. Основы цифровой электроники на ИС. Пер. с голланд.- М.: Мир, 1987.- 334 с.; ил.

4. Цифровые интегральные микросхемы: Справ. / Богданович М. И., Грель И.Н., Прохоренко В.А., Шалимо B.B. - Мн.: Беларусь. 1991. - 493 с.

5. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990. - 304 с.

6. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - 2-ое изд., исправленное. - М.: Радио и связь, 1989. - 352 с.

7. Храбров Е.А. "Основы цифровой электроники: Практическое пособие по курсу "Электронные цепи дискретного действия" для студентов специальности 36.04.02 "Промышленная электроника". - Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого, 2004. - 78 с.

Размещено на Allbest.ru