Разработка преобразователя кодов и индикатора со словами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Основные понятия

1.1 Интегральные микросхемы. Основные понятия и определения

1.2 Аналоговые и цифровые схемы

1.3 Комбинационные схемы

2. Расчетная часть

2.1 Разработать индекатор с словами 150496 АРН723 ПУВЕГЬ

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В системах радио и проводной связи, в радиолокации, телевидении, в электронно-вычислительной технике и других областях электроники и связи широко применяются цифровые устройства и цифровые методы. Они имеют широкие перспективы использования в цифровых системах передачи и распределения информации. Одним из базовых цифровых устройств применяемом в многой цифровой аппаратуре наряду со счетчиками, мультиплексорами, шифраторами и дешифраторами является преобразователи кодов. Преобразователи кодов используют для преобразования одного кода в другой. Например, при передаче информации 8-разрядный двоично-десятичный код преобразуется в помехозащищенный код, обеспечивающий обнаружение, а при достаточной избыточности и исправление ошибок, возникающих в линейном тракте под воздействием внешних электрических влияний. Для синтеза преобразователей кода можно использовать обычные логические элементы, а при необходимости его массового изготовления разработать специализированную интегральную схему.

Целью проекта является - разработать преобразователь кодов, разработать индикатор со словами.

При синтезе преобразователей кода целесообразно использовать новейшие компьютерные технологии, значительно облегчающие этот несложный, но кропотливый процесс. Применение систем автоматизированного проектирования позволяет объединить и упростить многие технологически этапы, автоматизировать процесс производства и сделать его более производительным и выгодным.

1. Основные понятия

1.1 Интегральные микросхемы. Основные понятия и определения

В настоящее время цифровая электроника базируется на достижениях микроэлектроники, для которой характерно органическое единство физических, конструкторско-технических и схемотехнических аспектов. Микроэлектроника охватывает вопросы исследования, разработки и принципов применения интегральных микросхем.

Интегральная микросхема (англ. chip -- тонкая пластинка -- первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) -- микроэлектронное устройство --электронная схема произвольной сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или плёнке) и помещённая в неразборный корпус или без такового, в случае вхождения в состав микросборки.

Бомльшая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.

Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а подмикросхемой (МС) -- ИС, заключённую в корпус. В то же время выражение чип-компоненты означает «компоненты для поверхностного монтажа» (в отличие от компонентов для пайки в отверстия на плате).

Уровни проектирования

· Топологический -- топологические фотошаблоны для производства.

· Физический -- методы реализации одного транзистора (или небольшой группы) в виде легированных зон на кристалле.

· Электрический -- принципиальная электрическая схема (транзисторы, конденсаторы, резисторы и т. п.).

· Схемо- и системотехнический уровень -- схемо- и системотехнические схемы (триггеры, компараторы, шифраторы, дешифраторы, АЛУ и т. п.).

· Логический -- логическая схема (логические инверторы, элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ и т. п.).

· Программный уровень -- позволяет программисту программировать (для ПЛИС, микроконтроллеров и микропроцессоров) разрабатываемую модель, используя виртуальную схему.

В настоящее время (2014 г.) большая часть интегральных схем проектируется при помощи специализированных САПР, которые позволяют автоматизировать и значительно ускорить производственные процессы, например, получение топологических фотошаблонов.

Классификация

Степень интеграции

В зависимости от степени интеграции применяются следующие названия интегральных схем:

· малая интегральная схема (МИС) -- до 100 элементов в кристалле,

· средняя интегральная схема (СИС) -- до 1000 элементов в кристалле,

· большая интегральная схема (БИС) -- до 10 тыс. элементов в кристалле,

· сверхбольшая интегральная схема (СБИС) -- более 10 тыс. элементов в кристалле.

Ранее использовались также теперь устаревшие названия: ультрабольшая интегральная схема (УБИС) -- от 1-10 млн. до 1 млрд. элементов в кристалле и, иногда, гигабольшая интегральная схема (ГБИС) -- более 1 млрд. элементов в кристалле. В настоящее время, в 2010-х, названия «УБИС» и «ГБИС» практически не используются, и все микросхемы с числом элементов более 10 тыс. относят к классу СБИС.

Технология изготовления

Гибридная микросборка STK403-090, извлечённая из корпуса

· Полупроводниковая микросхема -- все элементы и межэлементные соединения выполнены на одномполупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия, оксида гафния).

· Плёночная интегральная микросхема -- все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок:

· толстоплёночная интегральная схема;

· тонкоплёночная интегральная схема.

· Гибридная микросхема (часто называемая микросборкой), содержит несколько бескорпусных диодов, бескорпусных транзисторов и(или) других электронных активных компонентов. Также микросборка может включать в себя бескорпусные интегральные микросхемы. Пассивные компоненты микросборки (резисторы, конденсаторы,катушки индуктивности) обычно изготавливаются методами тонкоплёночной или толстоплёночной технологий на общей, обычно керамической подложке гибридной микросхемы. Вся подложка с компонентами помещается в единый герметизированный корпус.

· Смешанная микросхема -- кроме полупроводникового кристалла содержит тонкоплёночные (толстоплёночные) пассивные элементы, размещённые на поверхности кристалла.

Вид обрабатываемого сигнала

· Аналоговые.

· Цифровые.

· Аналого-цифровые.

Аналоговые микросхемы -- входные и выходные сигналы изменяются по закону непрерывной функции в диапазоне от положительного до отрицательного напряжения питания.

Цифровые микросхемы -- входные и выходные сигналы могут иметь два значения: логический ноль или логическая единица, каждому из которых соответствует определённый диапазон напряжения. Например, для микросхем типа ТТЛ при напряжении питания +5 В диапазон напряжения 0…0,4 В соответствует логическому нулю, а диапазон от 2,4 до 5 В -- логической единице; для микросхем ЭСЛ-логики при напряжении питания ?5,2 В диапазон от ?0,8 до ?1,03 В -- логической единице, а от ?1,6 до ?1,75 В -- логическому нулю.

Аналого-цифровые микросхемы совмещают в себе формы цифровой и аналоговой обработки сигналов, например, усилитель сигнала и аналого-цифровой преобразователь.

Технологии изготовления

Типы логики

Схемы использования транзисторов в качестве диодов а, б -- малый ток, высокое быстродействие; в -- большой ток, малое быстродействие (два перехода включены параллельно); г, д -- большое обратное напряжение.

Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые). Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым общую характеристику свойств и возможностей микросхемы. В современных технологиях объединяют технологии биполярных и полевых транзисторов, чтобы добиться улучшения характеристик микросхем.

· Микросхемы на униполярных (полевых) транзисторах -- самые экономичные (по потреблению тока):

· МОП-логика (металл-оксид-полупроводник логика) -- микросхемы формируются из полевых транзисторов n-МОП или p-МОП типа;

· КМОП-логика (комплементарная МОП-логика) -- каждый логический элемент микросхемы состоит из пары взаимодополняющих (комплементарных) полевых транзисторов (n-МОП и p-МОП). Существует также смешанная технология BiCMOS.

· Микросхемы на биполярных транзисторах:

· РТЛ -- резисторно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);

· ДТЛ -- диодно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);

· ТТЛ -- транзисторно-транзисторная логика -- микросхемы сделаны из биполярных транзисторов с многоэмиттерными транзисторами на входе;

· ТТЛШ -- транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки -- усовершенствованная ТТЛ, в которой используются биполярные транзисторы с эффектом Шоттки;

· ЭСЛ -- эмиттерно-связанная логика -- на биполярных транзисторах, режим работы которых подобран так, чтобы они не входили в режим насыщения, -- что существенно повышает быстродействие;

· ИИЛ -- интегрально-инжекционная логика.

КМОП и ТТЛ (ТТЛШ) технологии являются наиболее распространёнными логиками микросхем. Где необходимо экономить потребление тока, применяют КМОП-технологию, где важнее скорость и не требуется экономия потребляемой мощности применяют ТТЛ-технологию. Слабым местом КМОП-микросхем является уязвимость к статическому электричеству -- достаточно коснуться рукой вывода микросхемы, и её целостность уже не гарантируется. С развитием технологий ТТЛ и КМОП микросхемы по параметрам сближаются и, как следствие, например, серия микросхем 1564 сделана по технологии КМОП, а функциональность и размещение в корпусе как у ТТЛ технологии.

Микросхемы, изготовленные по ЭСЛ-технологии, являются самыми быстрыми, но и наиболее энергопотребляющими, и применялись при производстве вычислительной техники в тех случаях, когда важнейшим параметром была скорость вычисления. В СССР самые производительные ЭВМ типа ЕС106х изготавливались на ЭСЛ-микросхемах. Сейчас эта технология используется редко.

1.2 Аналоговые и цифровые схемы

Для контроля качества интегральных микросхем широко применяют так называемые тестовые структуры.

Интегральная микросхема может обладать законченным, сколь угодно сложным, функционалом -- вплоть до целого микрокомпьютера (однокристальный микрокомпьютер).

Аналоговые схемы

· Операционные усилители.

· Компараторы.

· Генераторы сигналов.

· Фильтры (в том числе на пьезоэффекте).

· Аналоговые умножители.

· Аналоговые аттенюаторы и регулируемые усилители.

· Стабилизаторы источников питания: стабилизаторы напряжения и тока.

· Микросхемы управления импульсных блоков питания.

· Преобразователи сигналов.

· Схемы синхронизации.

· Различные датчики (например, температуры).

Цифровые схемы

· Логические элементы

· Триггеры

· Счётчики

· Регистры

· Буферные преобразователи

· Шифраторы

· Дешифраторы

· Цифровой компаратор

· Мультиплексоры

· Демультиплексоры

· Сумматоры

· Полусумматоры

· Ключи

· АЛУ

· Микроконтроллеры

· (Микро)процессоры (в том числе ЦП для компьютеров)

· Однокристальные микрокомпьютеры

· Микросхемы и модули памяти

· ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы)

Цифровые интегральные микросхемы имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми:

· Уменьшенное энергопотребление связано с применением в цифровой электронике импульсных электрических сигналов. При получении и преобразовании таких сигналов активные элементы электронных устройств (транзисторов) работают в «ключевом» режиме, то есть транзистор либо «открыт» -- что соответствует сигналу высокого уровня (1), либо «закрыт» -- (0), в первом случае на транзисторе нет падения напряжения, во втором -- через него не идёт ток. В обоих случаях энергопотребление близко к 0, в отличие от аналоговых устройств, в которых большую часть времени транзисторы находятся в промежуточном (активном) состоянии.

· Высокая помехоустойчивость цифровых устройств связана с большим отличием сигналов высокого (например, 2,5-5 В) и низкого (0-0,5 В) уровня. Ошибка состояния возможна при таком уровне помех, когда высокий уровень интерпретируется как низкий и наоборот, что маловероятно. Кроме того, в цифровых устройствах возможно применение специальных кодов, позволяющих исправлять ошибки.

· Большая разница уровней состояний сигналов высокого и низкого уровня (логических «0» и «1») и достаточно широкий диапазон их допустимых изменений делает цифровую технику нечувствительной к неизбежному в интегральной технологии разбросу параметров элементов, избавляет от необходимости подбора компонентов и настройки элементами регулировки в цифровых устройствах.

Аналого-цифровые схемы

· цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

· цифровые вычислительные синтезаторы (ЦВС);

· трансиверы (например, преобразователь интерфейса Ethernet);

· модуляторы и демодуляторы;

· радиомодемы

· декодеры телетекста, УКВ-радио-текста

· трансиверы Fast Ethernet и оптических линий

· Dial-Up модемы

· приёмники цифрового ТВ

· сенсор оптической «мыши»

· микросхемы питания электронных устройств -- стабилизаторы, преобразователи напряжения, силовые ключи и др.;

· устройства на переключаемых конденсаторах;

· цифровые аттенюаторы;

· схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ);

· коммутаторы;

· генераторы и восстановители частоты тактовой синхронизации;

· базовые матричные кристаллы (БМК): содержит как аналоговые, так и цифровые схемы;

1.3 Комбинационные схемы

Дешифратор (декодер) служит для преобразования n-разрядного позиционного двоичного кода в единичный выходной сигнал на одном из 2n выходов. При каждой входной комбинации сигналов на одном из выходов появляется 1. Таким образом, по единичному сигналу на одном из выходов можно судить о входной кодовой комбинации. Таблица истинности для декодера с двумя входами изображена в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Таблица истинности двухразрядного дешифратора

x1	x2	y0	y1	y2	y3
0	0	1	0	0	0
0	1	0	1	0	0
1	0	0	0	1	0
1	1	0	0	0	1

Для построения схемы декодера по таблице истинности воспользуемся методикой, изложенной в лабораторной работе №1, выполняемой на стенде LESO2. Например, устройство должно иметь 4 выхода. Для каждого выхода записываем логическое выражение. На основе СДНФ:

y0 = x1·x2

y1 = x1·x2

y2 = x1·x2

y3 = x1·x2

Условное графическое обозначение такого дешифратора изображено на рисунке 2.1.

По этой системе выражений несложно построить схему требуемого дешифратора (рисунок 2.2).

Рисунок 2.1 - Условное графическое обозначение дешифратора



Рисунок 2.1 - Схема дешифратора

2.2 Шифратор (кодер)

Шифратор выполняет функцию, обратную декодеру (дешифратору), то есть преобразует непозиционный (унитарный) двоичный 2n разрядный код в n разрядный позиционный код. При подаче на один из входов единичного сигнала на выходе формируется соответствующий двоичный код. Составим таблицу истинности шифратора при n = 2.

Таблица 2.2 - Таблица истинности шифратора при n = 2

x1	x2	x3	x4	y1	y0
1	0	0	0	0	0
0	1	0	0	0	1
0	0	1	0	1	0
0	0	0	1	1	1

Синтезируем шифратор. Для этого запишем систему его собственных функций:

y1 = x1 · x2 · x3 · x4 + x1 · x2 · x3 ·x4

y0 = x1 · x2 · x3 · x4 + x1 · x2 · x3 ·x4

Рисунок 2.3 - Схема шифратора

Рисунок 2.4 - Условное графическое обозначение шифратора

2.3 Преобразователь кода для семисегментного индикатора

Наиболее широко преобразователи кодов известны применительно к цифровым индикаторам. Например, преобразователь 4-х разрядного позиционного двоичного кода в десятичные цифры. Имеется семи сегментный индикатор и с его помощью требуется высветить десять цифр.

Рисунок 2.5 - Семи сегментный индикатор

Очевидно, что двоичный код должен иметь не менее 4 - х разрядов (2^4 = 16, что больше 10). Составим таблицу истинности работы такого преобразователя.

По ТИ несложно составить систему собственных функций для всех выходов, т.е. СДНФ, минимизировать её и составить принципиальную схему.

Рисунок 2.6 - Условное графическое обозначение преобразователя кода

2. Расчетная часть

2.1 Разработать индикатор с такими словами: 150496, АРН723, ПУВЕГЬ

Таблица 3.1

№	a	b	c	d	e	f	g
0	0	1	1	0	0	0	0
1	1	0	1	1	0	1	1
2	1	1	1	1	1	1	0
3	0	1	1	0	0	1	1
4	1	1	1	1	0	1	1
5	1	0	1	1	1	1	1
6	0	0	0	0	0	0	0
7	0	0	0	0	0	0	0

b)

f(x)=^^X

d)

f(x)=X^^

e)

f(x)=X*

f,g)

f(x)=^X

a)

f(x)=^

микросхема цифровой код шифратор

Заключение

В ходе курсового проекта был разработан преоразователь кодов и индикатор на котором высвечиваются определенные слова.

В результате выполнения данного курсового проекта были рассмотрены некоторые основные функции преобразователя кодов, принципиальная схема преобразователя кодов.

Преобразователь кодов выполнен в виде совокупности комбинационных схем и осуществляет кодирование входной информации в соответствующий выходной код.

Для проверки работоспособности разработанной схемы преобразователя кодов использовалась система моделирования и анализа электрических схем Electronics Workbench. Результаты моделирования с помощью данной программы полностью удовлетворяют требованиям технического задания.

Список использованной литературы

1. Бирюков С.А. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1990.

2. Калабеков В.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы: учебник для техникумов. - М.: Радио и связь, 1987.

3. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. М.: Мир, 1988.

4. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник под редакцией Якубовского С.В. - М.: Радио и связь, 1989.

5. Цифровая и вычислительная техника: учебник для ВУЗов под редакцией Евреинова Э.В. - М.: Радио и связь, 1991.

6. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник. Под редакцией Богданович М.И. - Минск: «Полымя», 1996.

7. Усатенко С.Т. Выполнение электрических схем по ЕСКД. - М.: Издательство стандартов, 1989.

8. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. - М.: Радио и связь, 1988.

Размещено на Allbest.ru

...