Разработка управляющего устройства с жесткой логикой

Выбор структурной схемы цифрового устройства. Разработка схемы формирования кодов. Определение булевых функций и их минимизация. Определение числа логических элементов и триггеров. Расчет и описание работы схем генератора импульсов и начальной установки.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 28.03.2016
Размер файла 445,4 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/

Содержание

Введение

Задание

1. Выбор структурной схемы

2. Разработка схемы формирования кодов

2.1 Составление таблицы истинности

2.2 Определение булевых функций и их минимизация

2.3 Проверка правильности работы схемы формирователя

2.4 Определение числа логических элементов и триггеров

3. Расчет схемы генератора импульсов

4. Расчет схем начальной установки

5. Описание принципа работы схемы

Приложение 1. Схема автомата

Приложение 2. Спецификация

Задание

на курсовую работу по дисциплине

«Аналоговая и цифровая электроника»

ТЕМА: Разработка управляющего устройства с жесткой логикой

Разработать схему памяти, преобразователь кодов, схему начальных установок, генератор импульса.

ЦЕЛЬ КУРСОВОЙ РАБОТЫ: закрепить и углубить теоретические знания по дисциплине, а также дать навыки в разработке цифровых устройств на современной элементной базе.

Исходные данные

Вариант

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

4

5

15

0

9

11

6

10

8

1

Серия ИМС - 134. Разрешенные элементы: ЛА3, ЛА4, ТМ2, ft,=2,1МГц.

Введение

В настоящее время, благодаря бурному развитию микроэлектроники, все более широкое применение находят цифровые устройства. Они проникли в вычислительную технику, спутниковую связь, радиолокацию, телевидение, системы радио и проводной связи. Важным фактором, определяющим широкое внедрение цифровых устройств, является их экономическая эффективность, которая, в первую очередь, определяется технологичностью и относительной простотой эксплуатации. В современной технике связи импульсные и цифровые устройства все больше вытесняют аналоговые. Поэтому эффективное применение и грамотная эксплуатация техники связи невозможна без знания принципов построения и понимания логики работы цифровых устройств.

1. Выбор структурной схемы

Формирование десяти четырехразрядных кодовых комбинаций, появляющихся на выходе в соответствии с заданием, можно осуществить с помощью устройства, структурная схема которого приведена на рис. 1.

Управляющее устройство содержит:

схему формирования кодов;

схему установки начального состояния;

генератор импульсов.

Схема формирования кодов предназначена для получения на выходах устройства управления кодовых последовательностей.

Схема установки начального состояния обеспечит установку перед началом работы первой заданной кодовой комбинации.

Генератор служит для формирования последовательности прямоугольных импульсов, следующих с заданной частотой, которые будут управлять схемой формирования кодов

2. Разработка схемы формирования кодов

Схема формирования кодов может быть построена на основе десятичного счетчика импульсов с заданной последовательностью смены состояний. Основу такого счетчика составляют четыре D-триггера (рис. 2) и набор логических элементов.

Триггеры фиксируют на выходе кодовую комбинацию, а логические элементы обеспечат смену в заданной последовательности. Первая кодовая комбинация - 0000 устанавливается с помощью специальной схемы установки начального состояния. В дальнейшем с приходом каждого импульса от генератора триггеры будут менять свои состояния в соответствии с заданием.

2.1 Составление таблицы истинности

Логику работы схемы формирования кодов представим таблицей №1

Номер

набора

Q3n

Q2n

Q1n

Q0n

Q3n+1

Q2n+1

Q1n+1

Q0n+1

4

0

1

0

0

0

1

0

1

5

0

1

0

1

1

1

1

1

15

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

9

1

0

0

1

1

0

1

1

11

1

0

1

1

0

1

1

0

6

0

1

1

0

1

0

1

0

10

1

0

1

0

1

0

0

0

8

1

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

0

1

0

2

0

0

1

0

Ф

Ф

Ф

Ф

3

0

0

1

1

Ф

Ф

Ф

Ф

7

0

1

1

1

Ф

Ф

Ф

Ф

12

1

1

0

0

Ф

Ф

Ф

Ф

13

1

1

0

1

Ф

Ф

Ф

Ф

14

1

1

1

0

Ф

Ф

Ф

Ф

Таблица определяет порядок смены состояний триггеров. Наборы 3, 4, 5, 7, 13, 15 не используются, поэтому их считаем факультативными.

2.2 Определение булевых функций и их минимизация

По табл. 2 для каждого выхода запишем булевы функции и факультативные наборы: Q3n+1 = У (5, 0, 9, 6, 10);

Q2n+1 = У (4, 5, 11);

Q1n+1 = У (5, 9, 11, 6, 1);

Q0n+1 = У (4, 5, 0, 9, 8).

Запишем полученные булевы функции в алгебраической форме, используя с целью упрощения следующие обозначения: Q3n+1 = D3, Q2n+1 = D2, Q1n+1 = D1, Q0n+1 = D0,

Q3n = A, Q2n = B, Q1n = C, Q0n = E.

Тогда получаем:

D3 = ABCE + ABCE + ABCE + ABCE + ABCE;

D2 = ABCE + ABCE + ABCE; (12)

D1 = ABCE + ABCE + ABCE + ABCE + ABCE;

D0 = ABCE + ABCE + ABCE + ABCE + ABCE.

Проведем минимизацию полученных булевых функций (12) с применением карт Карно и Ф

учетом факультативных условий (рис. 11)

В результате оптимального объединения покрытий получаем булевы функции:

Для реализации булевых функций (13) требуются логические элементы 2И, 3И, 2ИЛИ, 3ИЛИ.

По заданию разрешено использовать только элементы 2И-НЕ, 3И-НЕ. Преобразуем полученные выражения (13) с помощью теоремы де Моргана к виду, удобному для реализации в базисе И-НЕ:

2.3 Проверка правильности работы схемы формирователя

Для проверки правильности работы формирователя, логика функционирования которого описывается системой уравнений (14), построим его упрощенную схему (рис. 12). Анализируя работу логических элементов, нетрудно показать, что кодовая комбинация 0010 преобразуется в 0110, а в следующем такте 0110 дает на выходе 1000, что соответствует заданию. Чтобы полностью убедиться в правильности работы схемы формирователя, проверим все десять кодовых комбинаций. Если схема работает в соответствии с заданием, то в процессе минимизации и приведении булевых функций к заданному базису не допущено ошибок и система уравнений (14) действительно описывает логику работы формирователя кодов.

2.4 Определение числа логических элементов и триггеров

Для построения схемы формирования кодов на элементах 2И-НЕ, 3И-НЕ, ТМ2 необходимо иметь:

D-триггеры - 4 шт.;

2И-НЕ - 8 шт.;

3И-НЕ - 6 шт.

Рис. 12

Условное графическое изображение разрешенных микросхем приведено на рис. 13.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Как видно из рисунка в одном корпусе микросхемы

К133ЛА3 - 4 элемента 2И-НЕ;

К133ЛА4 - 3 элемента 3И-НЕ;

К133ТВ9 - 2 D-триггера.

Поэтому для построения схемы формирования кодов выбираем следующие микросхемы:

К133ЛА3 - 2 шт.;

К133ЛА4 - 2 шт.;

К133 ТВ9 - 2 шт.

3. Расчет схемы генератора импульсов

По заданию на выходе формирователя коды должны меняться с частотой 1,3 МГц. Для этого на синхровходы триггеров необходимо подавать последовательность прямоугольных импульсов с частотой 1,3 МГц.

Такие импульсы можно получить с помощью мультивибратора, собранного на логических элементах 2И-НЕ. Один из возможных вариантов такой схемы приведен на рис. 6. цифровой устройство код триггер

Частота импульсов на выходе такого генератора определяется выражением ,

где С - величина емкости конденсатора в цепи обратной связи в фарадах;

R? сопротивления резистора выбирают для микросхем ТТЛ-типа в пределах 300-500 Ом, а для КМОП-типа порядка 10 кОм [1].

Таким образом, для построения схемы генератора выбираем еще одну микросхему К133ЛА3 и производим расчет элементов цепи обратной связи. Прежде всего, определяем сопротивление резистора, исходя из допустимых значений, равным 390 Ом и выбираем резистор

ОМЛТ - 0,25 - 390 Ом 5%.

По заданной частоте определяем емкость конденсатора

С = 1/(2,2Rf) =1/(2,23902,1106) = 555 пФ

КТ1 - 5 - 590 пФ ± 5%

Выбираем низковольтный высокочастотный полистирольный конденсатор

4. Расчет схемы начальной установки

После включения питания триггеры формирователя могут оказаться в произвольном состоянии. Для обеспечения нормальной работы устройства управления необходимо перед включением питания отключить от синхровходов триггеров генератор импульсов, поставив тумблер “ГЕНЕРАТОР” в положение - выключено. С помощью специальной кнопки установить триггеры в состояние, соответствующее первой заданной комбинации. Поскольку в задании первая комбинация 0000, а установочные входы триггеров инверсные, то для приведения триггеров в нулевое состояние необходимо на входы R подать 0. После установки (отпускания кнопки) на эти входы должна подаваться 1. Неиспользуемые установочные входы (в данном случае входы S) подключаем к источнику питания. После установки исходной кодовой комбинации тумблер SA1 поставить в положение включено.

В качестве формирователя импульсов от механических контактов кнопки можно использовать одну из двух схем, приведенных на рис. 7.

Схему формирователя импульсов (рис. 7, а) рекомендуется использовать в том случае, когда разрешено использовать логические элементы ЛА3 или ЛЕ5. Если формирователь кодов строится на логических элементах ЛН, ЛЛ и ЛИ, тогда используется схема, представленная на рис. 7, б. Поскольку в данной методичке рассматривается вариант курсовой работы, когда разрешены для применения логические элементы ЛА3, то будет использован первый вариант схемы. Для построения данной схемы необходимы два элемента 2И-НЕ. В данном случае нет необходимости брать еще один корпус К133ЛА3. При построении схемы формирователя останутся неиспользованными два элемента 2И-НЕ. Используя эти элементы, построим схему RS-триггера с инверсными установочными входами рис. 7, а. Сопротивление резисторов R1, R2 для микросхем ТТЛ типа рекомендуется брать порядка 1 кОм (для микросхем 176 и 561 серий - 10 кОм), поэтому выбираем ОМЛТ - 0,25 - 1 кОм 5%.

5. Описание принципа работы управляющего устройства

После окончания всех расчетов необходимо приступить к оформлению графических документов. Прежде всего, следует вычертить принципиальную схему и спецификацию элементов к ней, а также временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Примеры оформления графических документов приведены в приложениях 7, 8 и 9. Затем по принципиальной схеме с учетом принятых обозначений произвести описание работы автомата в следующей последовательности:

а) перечислить основные устройства схемы, указать номера микросхем в соответствии со спецификацией элементов, на которых они построены;

б) порядок подготовки устройства к работе и установки исходного состояния;

в) запуск управляющего устройства;

г) описать работу схемы управляющего устройства по формированию на выходах заданных кодовых комбинаций.

Приложение 1. Схема автомата

Приложение 2. Спецификация

№ п\п

Позиционное

обозначение

Наименование

Кол.

Примечание

1

С1

Конденсатор КТ1 - 5 - 590 пФ ± 5%

1

Микросхемы

2

D1 - D3

К133ЛА3 бко.348.004 ТУ

3

3

D4 - D6

К133ЛА4 бко.348.004 ТУ

3

4

D7 - D8

К133ТВ9 бко.348.004 ТУ

2

Резисторы

5

R1

ОМЛТ - 0,25 - 390 Ом ± 5 %

1

6

R2, R3

ОМЛТ - 0,25 - 1,0 кОм ± 5 %

2

7

SA1

Тумблер МКТ 1.1

1

8

SB1, SB2

Кнопка МКД 1.1

2

9

XS1, XS2

Разъем 3а 3.647.084

2

Изм.

Лист

док

Подпись

Дата

Разработал

Добров А.А.

Устройство управления

Перечень элементов

Литера

Лист

Листов

Проверил

Журбин Е.Г.

1

1

Н. контроль

Утвердил

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Исследование структурной схемы цифрового автомата и операционного устройства. Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрооперациях. Кодирование его состояний. Характеристика функций возбуждения триггеров и формирования управляющих сигналов.

    курсовая работа [3,6 M], добавлен 06.12.2013

  • Разработка функциональной и принципиальной схем управляющего устройства в виде цифрового автомата. Синтез синхронного счётчика. Минимизация функций входов для триггеров с помощью карт Карно. Синтез дешифратора и тактового генератора, функции выхода.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 23.01.2011

  • Проектирование цифровых и логических схем, как основных узлов судовых управляющих и контролирующих систем. Основные компоненты структурной схемы и алгоритм функционирования цифрового регистрирующего устройства. Синтез и минимизация логических схем.

    курсовая работа [31,0 K], добавлен 13.05.2009

  • Назначение, технические описания и принцип действия устройства. Разработка структурной и принципиальной схем цифрового генератора шума, Выбор микросхемы и определение ее мощности. Расчет блока тактового генератора. Компоновка и разводка печатной платы.

    курсовая работа [434,5 K], добавлен 22.03.2016

  • Разработка структурной, функциональной и принципиальной схемы тахометра. Выбор генератора тактовых импульсов, индикаторов и микросхем для счетного устройства. Принцип действия индикатора. Описание работы тахометра. Расчет потребляемой тахометром мощности.

    курсовая работа [322,3 K], добавлен 30.03.2012

  • Анализ комбинационной схемы, минимизация логической схемы и синтез комбинационного устройства в заданных базисах логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Разработка и применение модуля для ПЛИС Spartan6, реализующего функционирование соответствующих схем.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 12.02.2022

  • Расчет тактового генератора на заданной частоте импульсов, устройства начальной установки, частоты генерируемых колебаний. Изучение условных графических обозначений и параметров микросхем и электронных элементов, используемых в разработанном устройстве.

    контрольная работа [81,7 K], добавлен 08.01.2012

  • Выбор и расчет элементов электрической схемы блока питания управляющего устройства. Расчет мощности, рассеиваемой регулирующими транзисторами. Выбор схем интегральных стабилизаторов напряжения; оптимизация конструкции охладителей силовых транзисторов.

    курсовая работа [74,5 K], добавлен 21.11.2013

  • Описание функциональной схемы цифрового устройства для реализации микроопераций. Выбор элементной базы для построения принципиальной электрической схемы цифрового устройства. Разработка и описание алгоритма умножения, сложения, логической операции.

    курсовая работа [684,0 K], добавлен 28.05.2013

  • Расчет отдельных узлов и основных элементов схемы. Выбор счетчика и эталонного генератора импульсов, синхронизирующего устройства и его элементов. Разработка схемы индикации напряжения управления на основе семисигментных светодиодных индикаторов.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 18.07.2013

  • Проектирование универсального цифрового контроллера, его функции, возможности и недостатки. Разработка структурной схемы устройства. Расчет элементов печатных плат. Компоновочный расчет устройства. Стоимостная оценка затрат, эргономичность устройства.

    дипломная работа [1,5 M], добавлен 29.06.2010

  • Логическая схема как совокупность логических электронных элементов, соединенных между собой. Разработка схемы управляющего автомата. Выбор аналоговых элементов. Разработка управляющего автомата и проектирование его. Элементы цифровых электронных схем.

    курсовая работа [507,2 K], добавлен 29.01.2015

  • Разработка структурной и принципиальной схемы устройства. Расчет двухкаскадной схемы усилителя низкой частоты с использованием полевого и биполярного транзисторов. Выбор навесных элементов и определение конфигурации пленочных элементов усилителя частоты.

    курсовая работа [220,7 K], добавлен 22.03.2014

  • Радиопередающие устройства, их назначение и принцип действия. Разработка структурной схемы радиопередатчика, определение его элементной базы. Электрический расчет и определение потребляемой мощности радиопередатчика. Охрана труда при работе с устройством.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 11.01.2013

  • Разработка электрической схемы цифрового устройства на основе базовых интегральных микросхем: упрощение и преобразование; выбор типа логики и конкретных серий. Электрический расчет цифровой схемы, расчет мощностей. Создание топологии в гибридном варианте.

    курсовая работа [610,3 K], добавлен 29.09.2014

  • Синтез цифровых схем, выбор элементной базы и анализ принципов построения управляющих автоматов с жесткой логикой. Граф-схемы алгоритмов умножения и деления чисел. Создание управляющего автомата типа Мили; выбор триггера, кодирование сигналов автомата.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 18.09.2012

  • Проектирование схемы устройства управления, выбор и описание элементов схем (ввода-вывода, логические, счетчик и другие элементы), принципы и подходы к реализации различных функций. Моделирование работы схемы в Electronics Workbench, анализ результатов.

    контрольная работа [690,8 K], добавлен 04.04.2016

  • Основные сведения о регистрах. Проектирование восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра. Постановка задачи и выбор методики расчета. Разработка и расчет схемы логического устройства. Выбор используемых элементов и типа триггеров.

    курсовая работа [810,8 K], добавлен 14.09.2016

  • Выполнение синтеза логической схемы цифрового устройства, имеющего 4 входа и 2 выхода. Составление логических уравнений для каждого выхода по таблице истинности. Минимизация функций с помощью карт Карно, выбор оптимального варианта; принципиальная схема.

    практическая работа [24,0 K], добавлен 27.01.2010

  • 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

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.