Разработка сканирующей матрицы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Введение

матрица сканирующий схема счетчик

Еще в V веке до нашей эры древние люди начали использовать для счета специальные доски - абак. В 1642 году французский ученый Блез Паскаль создал первую механическую счетную машину "паскалины", которая могла складывать и вычитать числа. В 1670 году немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц создал свою счетную машину, которая позволяла не только складывать и вычитать, но и умножать и делить числа. Эта машина стала прототипом будущих арифмометров. В 1801 году французский изобретатель Ж. М. Жаккара впервые использовал перфокарты для управления автоматическим ткацким станком.

В 1823 году Чарльз Бэббидж (Англия) изобрел первую автоматическую счетную машину с программным управлением, структура которой подобна структуре современного ПК. "Аналитическая" машина Чарльза Бэббидж предусматривала три основных части: "склад" для хранения чисел, набираются с помощью зубчатых колес, управление операциями с помощью перфокарт с записанной программой. С машиной Бебиджа связано зарождение программирования. первый програмисткои стала леди Ада Лавлейс. Идеи Бэббидж воплотились в принципах фон Неймана построения универсальной ЭВМ, сформулированные им 1945 году. В 1946 была продемонстрировали первая ЭВМ, электронная вычислительная машина, реализованная на электронных лампах.

Американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX века - электромеханических реле - смог построить на одном из заводов фирмы IBM такую ??машину под названием "Марк-1". Еще ранее идеи Бэббиджа переоткрытия немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 году построил аналогичную машину. К этому времени потребность в автоматизации вычислений (в том числе для военных нужд - баллистики, криптографии и т.д.) стала настолько велика, что над созданием машин типа построенных Эйкен и Цузе одновременно работало несколько групп исследователей. Начиная с 1943 года группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Эккерта в США начала конструировать подобную машину уже на основе электронных ламп, а не реле. Их машина, названная ENIAC, работала в тысячу раз быстрее, чем "Марк-1", однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней отсоединять нужным образом провода. Чтобы упростить процесс задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. В 1945 году к работе был привлечен английский математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. В своем докладе Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен компьютер для того, чтобы он был универсальным и эффективным устройством для обработки информации. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принцыпы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 году Джон фон Нейман. Компьютеры - это, по сути, универсальные арифмометры. Они берут наборы чисел, анализируют их, опираясь на другую информацию, после чего посылают в каналы вывода новый набор данных.

По самой своей сути компьютеры могут служить эффективно управлять средствами. Получив, например, информацию (в числовой форме) о производственном процессе, они могут сравнить ее с другими данными и исходя из этого, выдать сообщение о необходимости того или иного изменения в производственном процессе, например о снижении температуры химической реакции. Превращение компьютера в повседневный "рабочий инструмент" предоставило в распоряжение промышленных предприятий эффективное средство управления. Это позволило составлять программы (аналогичные набора инструкций в Аналитической машине Бэббиджа) для выполнения конкретных операций согласно информации, поступающей на компьютер из многих других участков предприятия. Дальнейшее развитие всех отраслей экономики напрямую связан с внедрением эффективных автоматизированных систем управления, важнейшей частью которых является система связи для обмена информацией, а также устройства ее хранения и обработки.

Передача, хранение и обработка информации имеют место не только при использовании технических устройств. Обычный разговор представляет собой обмен информацией. Генетическая информация, «записана» в структуре хромосом клетки, передается при ее распределении и содержит «команды», управляющие программой развития всего организма. По нервным волокнам передается информация от органам чувств к мозгу и от мозга к исполнительным органам. Все вопросы, связанные с передачей информации в природе и обществе, охватывает статистическая теория связи.

В создании и развитии современной теории связи большую роль сыграли отечественные ученые. Академик А.Н. Колмогоров и А.Я. Хинчин разработали необходимый для нее математический аппарат. Академик В.А. Котельников в работах «О пропускную способность« эфира »и проволоки в электросвязи» (1933 г.) и «Теория потенциальной помехоустойчивости» (1946 г.) сформулировал и доказал теоремы, является основой теории передачи сигналов.

Важную роль в становлении современной теории передачи информации сыграл К. Шен нон (США), опубликовал в 1948 году свою основополагающую работу «Математическая теория связи». Из других зарубежных ученых, многое сделали для создания и развития теории связи, следует, прежде вспомнить Х. Найквиста, Н. Винера, Д. Мидлтон, К. Хелстрома и др.

Без знания основ теории передачи сигналов невозможны создание новых совершенных систем связи и их эксплуатация. Поэтому ее изучение является неотъемлемой частью теоретической подготовки инженеров связи.

1. Разработка сканирующей матрицы

Программируемые логические матрицы

Известно, что хранимаю в ПЗУ информация представляет собой набор нулей и единиц. С небольшой долей ошибки можно узнать, что в процентном соотношении кол-во нулей и единиц в таблице прошивок между собой равны, однако в случае, когда количество нулей больше чем единиц, целесообразней использовать программируемые логические матрицы (ПЛМ). Для построения ПЛМ анализируется состояние таблицы и составляется для каждого y_i уравнение ДНФ. В дальнейшем полученная система уравнений реализуется в виде логического устройства, как и в случае КЦУ.

В общем случае программируемая логическая матрица (ПЛМ) представляют собой логическую схему для преобразования комбинаций X=x₁x₂...x_n входного двоичного кода в соответствующие комбинации Y=y₁y₂...y_m выходного двоичного кода. Правило преобразования кодов задается обычно таблицей истинности. Разряды выходного кода y₁y₂...y_m могут рассматриваться как система булевых функций от двоичных переменных x₁x₂...x_n. Программируемая логическая матрица реализует систему булевых функций, представленных в минимальной дизъюнктивной нормальной форме.

Она представляет собой матрицы М₁ и М₂. На матрицу М₁ поступают прямые значения входных сигналов x_i; входной слой инверторов образует их инверсные значения. На горизонтальных шинах матрицы М₁ образуются импликанты входных переменных F_k:

Благодаря тому, что вертикальные шины соединены с соответствующими горизонтальными шинами посредством диодов (эти соединения на рисунке обозначены точками в местах пересечения шин). Если какой-либо вход x_i (или его инверсия) не имеет соединения с k-й горизонтальной шиной, то это означает, что данный вход не участвует в образовании конъюнкции F_k (например, конъюнкция F₂ безразлична к значениям переменных x₂ и x₅).

Сигналы F_k являются входными в матрицу M₂, реализующую дизъюнкцию импликант, т. е. на выходе матрицы M₂ реализуется система функций y₁y₂y₃y₄, где сигналы переменных y₁-y₄ образуются благодаря соединению посредством транзисторов соответствующих вертикальных и горизонтальных шин в матрице M₂. Разработка ПЛМ осуществляется в несколько этапов с использованием ЭВМ для автоматизации трудоемких процессов проектирования. С помощью ЭВМ, например, успешно решается задача минимизации логических уравнений, получаемых первоначально из исходных таблиц истинности в совершенной дизъюнктивной нормальной форме. После минимизации получается табличное изображение матриц M₁ и M₂ , которое затем служит для автоматизированного изготовления фотошаблонов (масок).

В микропроцессорной технике ПЛМ наиболее широко используются для реализации микропрограммных устройств управления.

По способу программирования, т. е. по способу выполнения межсоединений шин в матрицах, различают ПЛМ: 1) программируемые в процессе изготовления; 2) программируемые пользователем.

В ПЛМ первого типа информация заносится в матрицы путем подключения элементов к шинам благодаря металлизации нужных участков схемы, что выполняется с помощью фотошаблона (маски). Никаких изменений пользователь в этом случае в ходе эксплуатации ПЛМ сделать не может.Подобным способом изготовляются ПЛМ, встраиваемые в МП БИС, а также автономные ПЛМ стандартного микропрограммного обеспечения.

ПЛМ второго типа поставляются незапрограммированными, и их функциональная ориентация производится пользователем с помощью специального оборудования, причем существуют ПЛМ с однократной записью информации и репрограммируемые ПЛМ, в которых записанная информация может быть стерта ультрафиолетовым или рентгеновским лучом.

Программируемые вентильные матрицы

Другой тип архитектуры ПЛИС - программируемые вентильные матрицы (ПВМ), состоящие из логических блоков (ЛБ) и коммутирующих путей - программируемых матриц соединений. Логические блоки таких ПЛИС состоят из одного или нескольких относительно простых логических элементов, в основе которых лежит таблица перекодировки (ТП, Look-up table - LUT), программируемый мультиплексор, D-триггер, а также цепи управления.

Разработка блок-схемы сканирующей матрицы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Принцип работы клавиатуры следующий:

На одну из линий порта выдается логический «0», а на остальные линии «1». Затем происходит считывание с линий столбцов. Если фиксируется «0», его позиция соответствует номеру столбца нажатой клавиши и вместе с номером текущей строки он используется для определения кода нажатой клавиши. Если на всех входах «1», процедура сканирования продолжается для следующей строки.

Первая процедура производит однократное обращение к матрице клавиш для определения, Нажата ли хотя бы одна из клавиш. Вторая осуществляет циклический опрос клавиатуры до тех пор, пока не будет нажата (а часто и освобождена) клавиша. Будучи встроена в основную программу, вторая процедура блокирует процесс управления объектом на время ожидания нажатия клавиши, а потому обращение к ней осуществляется только при обнаружении нажатой клавиши процедурой опроса состояния клавиатуры.

Линии порта 1 используются для сканирования, а линии порта 2 - для опроса матрицы клавиш. Каждая клавиша в такой матрице имеет свой номер, соответствующий ее местоположению. На цифровые клавиши нанесены обозначения, соответствующие их кодам (от 0 по B).

Для программного ввода информации с клавиатур характерен один недостаток, а именно - срабатывание по отпусканию клавиши, а не по нажатию. Однако при кратковременных нажатиях клавиш этот эффект не имеет особого значения.

Частная процедура сканирования служит для обнаружения нажатой клавиши и последующей ее идентификации. Процедура сводится к поочередному обнулению каждой из линий сканирования и опросу линий возврата. В порт 1 выдается байт сканирования (БС), содержащий 0 только в одном бите. Если на пересечении линии сканирования и линии возврата находится нажатая клавиша, то в соответствующем бите байта возврата (БВ), принимаемого в порт 2, будет находиться 0.

Последовательность байтов сканирования представляет собой код "бегущий нуль"; формирование очередного байта сканирования осуществляется путем сдвига его предыдущего значения. Направление сдвига определяет последовательность опроса клавиш. Если при полном цикле сканирования не было обнаружено нажатой клавиши, то процедура сканирования повторяется сначала.

Оператор проверки нажатой клавиши реализуется тем, что клавиши, подключенные к каждой линии сканирования, анализируются последовательно. Если после анализа каждой клавиши осуществлять прибавление единицы к счетчику, то процедуру сканирования можно совместить с процедурой идентификации нажатой клавиши.

2. Специальная часть

Принципиальная-функциональная схема:

Сканирующая матрица состоит из:

Генератор импульсов К155АГ1 (1 шт.);

Счетчик К155ИЕ5 (2 шт.);

Дешифратор К155ИЕ5 (1шт.);

Мультиплексор К155ИД3 (1шт.);

D-триггер ТМ2 (1шт.);

Т-триггер (1 шт.);

Дешифратор К514ИД1 (2шт.);

Схема семисегментного индикатора АЛС333Б (1 шт.).

Генератор импульсов К155АГ1

Генератор импульсов на двух элементах И-НЕ, например, К155ЛА3. Вместо елементов И-НЕ могут быть использованы элементы ИЛИ-НЕ или инверторы.Для получения постоянной генерации сопротивления резистора должно быть меньше 470 Ом.Может использоватся в качестве задающего генератора.

Условное графическое обозначение К155ИЕ5

1 - выход;

2,8,12,13 - свободные;

3,4,5 - входы;

6 - выход;

7 - общий;

9,10,11 - для подключения времязадающей цепи;

14 - напряжение питание;

Электрические параметры

Счетчик

Микросхемы представляет собой двоичный счетчик. Каждая ИС состоит из четырех JK-триггеров,образуя счетчик делитель на 2 и 8. Установочные входы обеспечивают прекращение счета и одновременно возвращают все триггеры в состояние низкого уровня (на входы R0(1) и R0(2) подается высокий уровень).

Выход Q1 не соединен с последующими триггерами.

Если ИС используется как четырехразрядный двоичный счетчик, то счетные импульсы подаются на С1, а если как трехразрядный - то на вход С2. Корпус К155ИЕ5 типа 201.14-1, КМ155ИД5 типа 201.14-8.

Условное графическое обозначение

1 - вход счетный С2;

2 - вход установки 0 R0(1);

3 - вход установки 0 R0(2);

4,6,7,13 - свободные;

5 - напряжение питания +U_п;

8 - выход Q3;

9 - выход Q2;

10 - общий;

11 - выход Q4;

12 - выход Q1;

14 - вход счетный C1;

Функциональная схема

Электрические параметры

Предельно допустимые режимы эксплуатации