Бинарный кодер букв фамилии студента

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П. О. СУХОГО

Факультет автоматизированных и информационных систем

Кафедра «Промышленная электроника»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине: «Цифровая электроника»

на тему: «Бинарный кодер букв фамилии студента»

Исполнитель: студент гр. ПЭ - 32

Кохонов Д.Г.

Руководитель: преподаватель Котова Ю.Е.

Гомель 2015



Содержание

Введение

Разработка структурной схемы

Разработка генератора и расчет его элементов

Разработка счетчика

Разработка преобразователя кода

Разработка выходного регистра памяти

Заключение

Литература

Приложение 1 Спецификация

Приложение 2 Схема электрическая принципиальная



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.

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.



Разработка структурной схемы

В данной работе необходимо спроектировать электронную схему на цифровых ИМС. Схема должна осуществлять генерацию пятиразрядного кода фамилии студента, а также выводить последовательности этих кодов в пяти выходных регистрах, с целью последующей обработки и отображения на индикаторе.

Поставленную задачу можно решить, используя структурную схему, представленную на рис. 1.1.

Рис.1.1. Структурная схема.

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

Таблица 1.1

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
__	А	Б	В	Г	Д	Е	Ж	З	И	Й	К	Л	М	Н	О
16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
П	Р	С	Т	У	Ф	Х	Ц	Ч	Ш	Щ	Ы	Ь	Э	Ю	Я

Таблица истинности для пяти входных переменных А,В,C,D,E имеет вид : бинарный кодер цифровой генерация

Таблица 1.2

			К	О	Х	О	Н	О	В
	№	A	B	C	D	E	F1	F2	F3	F4	F5	F6	F7	F
	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
А	1	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Б	2	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
В	3	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	1	1
Г	4	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Д	5	0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Е	6	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ж	7	0	0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0
З	8	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
И	9	0	1	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Й	10	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
К	11	0	1	0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	1
Л	12	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
М	13	0	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Н	14	0	1	1	1	0	0	0	0	0	1	0	0	1
О	15	0	1	1	1	1	0	1	0	1	0	1	0	1
П	16	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Р	17	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
С	18	1	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Т	19	1	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0
У	20	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ф	21	1	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Х	22	1	0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0	1
Ц	23	1	0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Ч	24	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ш	25	1	1	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Щ	26	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ы	27	1	1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Ь	28	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Э	29	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
Ю	30	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Я	31	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0



Таким образом получим, что фамилия «Кохонов» (N=7) будет кодироваться в соответствии с таблицей:

Таблица 1.3

Буква	Полный код
К	01011
О	01111
Х	10110
О	01111
Н	01110
О	01111
В	00011

При разработке логических схем можно минимизировать необходимое число элементарных схем. Схему можно упростить с помощью правил булевой алгебры. Другой способ оптимизации основан на применении карт Карно - графического метода, который легко усваивается и оказывается гораздо проще чисто алгебраического.

Проведём минимизацию булева выражения, соответствующего таблице 1.2. Минимизацию будем проводить c помощью Карты Карно. Карта Карно для четырех переменных, заполненная исходным булевым выражением приведена на рисунке 1.2:

Рис. 1.2. - Карта Карно для четырех переменных

Минимизированное булево выражение будет выглядеть следующим образом:

Разработка генератора и расчет его элементов

Для формирования импульсов используем одновибратор 155АГ1. Он обладает широкими функциональнымивозможностями, но самое главное - имеет значительно меньшие погрешностидлительности выходных импульсов, а также слабую зависимость длительностиоттемпературы, питающего напряжения, от времени и от замены микросхемы.

Так, для 155 АГ1 приводятся данные о погрешности длительности импульсапорядка 0.5%, в то время, как обычные одновибраторы, собранные на логическихэлементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ, D-триггерах или триггерах Шмита, имеют погрешность длительности импульса порядка 30%.

Одно вибратор 155АГ1 (рис. 2.1) может срабатывать от положительных фронтов по входу B или от обратных им импульсам по инверсным входам А1 иА2 в соответствии с таблицей (рис. 2.2).

Рис. 2.1 - Условное обозначение микросхемы 155АГ1

Входная схема с триггером Шмита обеспечивает надежный запуск одно вибратора по входу В припологих фронтах импульсов запуска.

Внешние резистор R и конденсатор С определяют длительность выходного импульса tим ? 0.7•R•C.

Период выходных колебаний кратен 0.7-м RC:

Частота прямо пропорциональна периоду Т:

Зададимся R = 1.5кОм, тогда конденсатор С равен:

Выбираем номиналы резистора Rи конденсатора C из ряда Е24:

С: К10-175.6нФ5% 30В,

R: МЛТ 1.5кОм 1% 0.125Вт

Рис. 2.2 - Таблица переключений микросхемы 155АГ1

Разработка счетчика

Разрядность двоичного параллельного цифрового кода N = 4.

Формирование двоичных кодов, соответствующих коду буквы фамилии студента будем осуществлять за один полный цикл работы устройства. Таким образом, когда на выходах формирователя кода будут все единицы, коды, соответствующие порядковым номерам кода буквы фамилии пройдут все по одному разу и нужные из них запомнятся в соответствующих устройствах хранения.

Разрядность формирователя двоичного кода будет равна числу переменных, кодирующих цифр, т.е. пяти.

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

Рис.3.1. Условное обозначение и цоколёвка ИС К155ИЕ19

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 3.1 показаны состояния выходов в зависимости от числа входных импульсов.

Таблица 3.1

Число вх. импульсов	Вход R	Выходы
		Q3	Q2	Q1	Q0
Х	1	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	0	1
2	0	0	0	1	0
3	0	0	0	1	1
4	0	0	1	0	0
5	0	0	1	0	1
6	0	0	1	1	0
7	0	0	1	1	1
8	0	1	0	0	0
9	0	1	0	0	1
10	0	1	0	1	0
11	0	1	0	1	1
12	0	1	1	0	0
13	0	1	1	0	1
14	0	1	1	1	0
15	0	1	1	1	1

С выходов нашего счетчика будет сниматься двоичный код, младшие четыре разряда которого кодируют буквы 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 100мс. Выберем значение сопротивления R = 1 кОм, тогда:

По справочнику выбираем:

R2 - МЛТ 0.125 1 кОм ±1%;

С2 - К50-31 100 мкФ 40 В ±1%.

Разработка преобразователя кода

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. 4.1. 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 4.1

Входы	Выходы
E1			A4	A2	A1
1	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1
1	0	0	0	0	1	1	0	1	1	1	1	1	1
1	0	0	0	1	0	1	1	0	1	1	1	1	1
1	0	0	0	1	1	1	1	1	0	1	1	1	1
1	0	0	1	0	0	1	1	1	1	0	1	1	1
1	0	0	1	0	1	1	1	1	1	1	0	1	1
1	0	0	1	1	0	1	1	1	1	1	1	0	1
1	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0
X	1	X	X	X	X	1	1	1	1	1	1	1	1
X	X	1	X	X	X	1	1	1	1	1	1	1	1
0	X	X	X	X	X	1	1	1	1	1	1	1	1

Дешифрация происходит тогда, когда на входах Е2 и Е3 (см. рис. 4.2) 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 шесть (количество неповторяющихся букв в фамилии) ЛЭ 2ИЛИ-НЕ, в качестве которых используем ИС 155ЛЕ1 (основные параметры см. Приложение Г).

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. 4.2. Функциональная схема ИС 155ИД7

Рис. 4.3. Условное обозначение и цоколёвка ИС 155ЛЕ1

14 - питание

7 - общий



Разработка выходного регистра 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:

Рис. 5.1. 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. 5.1). 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 5.1

Рис. 5.2. Функциональная схема 155ИР27



Заключение

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

При проектировании были выбраны следующие элементы:

Резисторы МЛТ, как наиболее дешевые и распространенные;

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

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

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

Цифровые интегральные микросхемы: Справочник.- Богданович М.И. и др.- Мн.: Беларусь, 1991;

Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник.- 2-е изд., исправленное.- М.: Радио и связь, 1989;

Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. Л. Энергоатомиздат. 1986 г;

Резисторы конденсаторы трансформаторы дроссели РЭА:Справочник. Н.Н.Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко.- Мн.:Беларусь.1994;

6. сайты http://vicgain.sdot.ru/spmikro/smikr12.htm , http://www.inp.nsk.su/~kozak/cd4000/cdh00.htm.

Размещено на Allbest.ru

...