Устройство селективного управления семисегментного индикатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное образовательное

Учреждение профессионального образования

Санкт-Петербургский колледж информатизации и управления

СПБКИУ

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине Микропроцессоры и микропроцессорные системы.

Тема: “Устройство селективного управления семи сегментного индикатора”

Выполнил студент

4 курса, 454-K группы,

Никитин П.Н

Научный руководитель

Швайка О. Г.

Санкт-Петербург

2010 г.

Содержание

Введение

1. Назначение устройства

1.1 Выбор и обоснование функциональной схемы устройства

1.2 Составить СДНФ по таблице, построить карты Карио и минимизировать их

1.3 Схема функциональная

1.4 Синтез электрической принципиальной схемы в базисе "И-НЕ"

1.5 Выбор элементной базы проектируемого устройства

2. Расчетная часть

2.1 Расчет быстродействия и потребляемой мощности устройства

2.2 Расчет надежности проектируемого устройства

Заключение

Список литературы

Введение

Развитие микроэлектроники способствовало появлению малогабаритных, высоконадежных и экономичных вычислительных устройств на основе цифровых микросхем. Требования увеличения быстродействия и уменьшения мощности потребления вычислительных средств привело к созданию серий цифровых микросхем. Серия представляет собой комплект микросхем, имеющие единое конструктивно - технологическое исполнение. Наиболее широкое распространение в современной аппаратуре получили серии микросхем ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ и схемы на МОП - структурах.

ТТЛ-схемы появились как результат развития схем ДТЛ в результате замены матрицы диодов много эмиттерным транзистором. Этот транзистор представляет собой интегральный элемент, объединяющий свойства диодных логических схем и транзисторного усилителя.

1. Назначение устройства

Рисунок 2.1

На рисунке 2.1 в виде "черного ящика" показана комбинационная схема (КС) управляющая семи сегментным индикатором. На вход схемы подаются различные комбинации двух сигналов XI, Х2, ХЗ. Х4 (XI- старший). На индикатор выводиться только отдельные цифры из множества шестнадцатеричных цифр. На выходе Y должна быть единица, если соединенный с этим выходом сегмент должен загореться при отображении цифр (для логической схемы).

Требуется: индикатор мощность надежность быстродействие

1. Составить совмещенную таблицу истинности для x1-x4 , комплект карт Карно для функции Y, провести совместную минимизацию в СДНФ и записать логические формулы, выражающие Y через x1-x4, выполнить преобразование этих формул к виду, обеспечивающему минимально возможную реализацию КС в системе логических элементов ТТЛ серии типа К-155 или КМ- 155 и 555;

2. Выполнить принципиальную электрическую схему устройства, провести расчет быстродействия и мощности;

3. Выбрать вариант конструкции устройства, описать технологию изготовления;

4. Выполнить расчет надежности.

1.1 Выбор и обоснование функциональной схемы устройства

Создание таблицы истинности работы устройства по следующему набору комбинаций: 1, 2, 3, 6, 7, A, B, E, F.

№	XI	Х2	X3	Х4	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7
1	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0	1
2	0	0	1	0	1	1	0	1	1	1	0
3	0	0	1	1	1	1	0	1	0	1	1
6	0	1	1	0	0	1	1	1	1	1	1
7	0	1	1	1	1	1	0	0	0	0	1
A	1	0	1	0	1	1	1	1	1	0	1
B	1	0	1	1	0	0	1	1	1	1	1
E	1	1	1	0	0	1	1	1	1	1	0
F	1	1	1	1	0	1	1	1	1	0	0

1.2 Составить СДНФ по таблице, построить карты Карио и минимизировать их

Y1=K1+K2+K3=X1X2X4+X1X3X4+X2X3X4

__ __ __ __

Y2=K2+K4+K6+K7=X1X3X4+X1X2X3+X1X3X4+X1X3X4

__ __

Y3=K4+K5+K8=X1X2X3+X1X2X3+X2X3X4

__ __ __ __

Y4=K5+K4+K7+K9=X1X2X3+X1X2X3+X1X3X4+X2X3X4

__ __ __

Y5=K4+K5+K7=X1X2X3+X1X2X3+X1X3X4

__ __ __ __

Y6=K7+K8+K9=X1X3X4+X2X3X4+X2X3X4

__ __ __ __

Y7=K1+K5+K10=X1X2X4+X1X2X3+X1X2X4

__ __ __ __ __ __ __

K1:X1X2X3X4+X1X2X3X4=X1X2X4

__ __ __ __

K2: X1X2X3X4+X1X2X3X4=X1X3X4

__ __ __ __ __ __ __

K3: X1X2X3X4+X1X2X3X4=X2X3X4

__

K4: X1X2X3X4+X1X2X3X4=X1X2X3

__ __ __ __

K5: X1X2X3X4+X1X2X3X4=X1X2X3

__ __ __ __

K6: X1X2X3X4+X1X2X3X4=X1X3X4

__ __ __ __ __ __ __

K7: X1X2X3X4+X1X2X3X4=X1X3X4

__ __ __ __

K8: X1X2X3X4+X1X2X3X4=X2X3X4

__ __ __ __

K9: X1X2X3X4+X1X2X3X4=X2X3X4

__ __ __ __

K10: X1X2X3X4+X1X2X3X4=X1X2X3

1.3 Схема функциональная

1.4 Синтез электрической принципиальной схемы в базисе "И-НЕ"

Можно преобразовать некоторое количество микросхем. Это можно сделать путем преобразование с помощью формулы Де Мограна:

В результате получаем только схемы "И-НЕ" и схемы отрицания:

Повторяющие значения формул СДНФ:

1.5 Выбор элементной базы проектируемого устройства

В чертеже общего вида используется микросхемы серии К555, т.к. микросхемы этой серии являются более новыми по сравнению с микросхемами К155. У микросхемы серии К555 есть ряд преимуществ, одним из которых является малая потребляемая мощность и высокое быстродействие. В моей схеме используется микросхемы серии К555: K555JIA1, К555ЛА4, К555ЛН2.

К555ЛН2

Шесть инверторов с открытым коллекторным выходом

№ выв.	Назначение	№ выв.	Назначение
1 2 3 4 5 6 7	Вход Х1 Выход Y1 Вход Х2 Выход Y2 Вход Х3 Выход Y3 Общий	8 9 10 11 12 13 14	Выход Y4 Вход Х4 Выход Y5 Вход Х5 Выход Y6 Вход Х6 Ucc

Размещено на http://www.allbest.ru/

DIP14

Пластик

Тип микросхемы	К555ЛН2
Фирма производитель	СНГ
Функциональные особенности	6 инверторов с открытым коллекторным выходом
Uпит	5В ± 5%
Uпит (низкого ур-ня)	? 0,5В
Uпит (высокого ур-ня)	? 2,7В
Iпотреб (низкий ур-нь Uвых)	? 6,6мА
Iпотреб (высокий ур-нь Uвых)	? 2,4мА
Iвых (низкого ур-ня)	? |-0.36|мА
Iвых (высокого ур-ня)	? 0,02мА
P	23,63мВт
Tзадержки	? 32нСек
Kразвёртки	20
Корпус	DIP14

К555ЛА1

Два логических элемента 4И-НЕ

№ выв.	Назначение	№ выв.	Назначение
1 2 3 4 5 6 7	Вход Х1 Вход Х2 Свободный Вход Х3 Вход Х4 Выход Y1 Общий	8 9 10 11 12 13 14	Выход Y2 Вход Х5 Вход Х6 Свободный Вход Х7 Вход Х8 Ucc

Размещено на http://www.allbest.ru/

DIP14

Пластик

Тип микросхемы	К555ЛА1
Фирма производитель	СНГ
Функциональные особенности	2 элемента 4И-НЕ
Uпит	5В ± 5%
Uпит (низкого ур-ня)	? 0,5В
Uпит (высокого ур-ня)	? 2,7В
Iпотреб (низкий ур-нь Uвых)	? 2,2мА
Iпотреб (высокий ур-нь Uвых)	? 0,8мА
Iвых (низкого ур-ня)	? |-0.36|мА
Iвых (высокого ур-ня)	? 0,02мА
P	7,88мВт
tзадержки	20нСек
Kразвёртки	20
Корпус	DIP14

К555ЛА2

Логический элемент 8И-НЕ

№ выв.	Назначение	№ выв.	Назначение
1 2 3 4 5 6 7	Вход Х1 Вход Х2 Вход Х3 Вход Х4 Вход Х5 Вход Х6 Общий	8 9 10 11 12 13 14	Выход Y1 Свободный Свободный Вход Х7 Вход Х8 Свободный Ucc

DIP14

Пластик

Тип микросхемы	К555ЛА2
Фирма производитель	СНГ
Функциональные особенности	элемент 8И-НЕ
Uпит	5В ± 5%
Uпит (низкого ур-ня)	? 0,5В
Uпит (высокого ур-ня)	? 2,7В
Iпотреб (низкий ур-нь Uвых)	? 1,1мА
Iпотреб (высокий ур-нь Uвых)	? 0,5мА
Iвых (низкого ур-ня)	? |-0,4|мА
Iвых (высокого ур-ня)	? 0,02мА
P	4,2мВт
tзадержки	35нСек
Kразвёртки	20
Корпус	DIP14

К555ЛА4

Три логических элемента 3И-НЕ

№ выв.	Назначение	№ выв.	Назначение
1 2 3 4 5 6 7	Вход Х1 Вход Х2 Вход Х4 Вход Х5 Вход Х6 Выход Y2 Общий	8 9 10 11 12 13 14	Выход Y3 Вход Х7 Вход Х8 Вход Х9 Выход Y1 Вход Х3 Ucc

Размещено на http://www.allbest.ru/

DIP14

Керамический

Тип микросхемы	К555ЛА4
Фирма производитель	СНГ
Функциональные особенности	3 элемента 3И-НЕ
Uпит	5В ± 5%
Uпит (низкого ур-ня)	? 0,5В
Uпит (высокого ур-ня)	? 2,7В
Iпотреб (низкий ур-нь Uвых)	? 1,2мА
Iпотреб (высокий ур-нь Uвых)	? 0,8мА
Iвых (низкого ур-ня)	? |-0.36|мА
Iвых (высокого ур-ня)	? 0,02мА
P	11,8мВт
tзадержки	15нСек
Kразвёртки	20
Корпус	DIP14

ИНДИКАТОР ЦИФРОВОЙ

АЛC113А

Название	АЛC113А
Цвет свечения	зеленый
Н, мм	5
М	1
Lmin, нм	555
Lmax, нм	565
Iv, мДж	0.15
при Iпр, мА	10
Uпр max(Uпр max имп), В	3
Uобр max(Uобр max имп), В	5
Iпр max(Iпр max имп), мА	12
Iпр и max, мА	60
при tи, мс	1
при Q	12
Т,°С	-60…+70

2. Расчетная часть

2.1 Расчет быстродействия и потребляемой мощности устройства

(Uинв-Uинд)*Iинв=3*5*10-3=15мВт;

Робт=15*7=105мВт;

Ринд=10мВт;

Рr1-4=U*Iинв*4=5*5*4=100мВт;

К555ЛН2=Р=23,63*2=47,26мВт;

К555ЛА4=P=11,8*6=70,8мВт;

К555ЛА1=Р=7,88*1=7,88мВт;

Робщ=15+105+10+100+47,26+70,8+7,88=355,94мВт.

ЛН2->ЛА4->ЛА4/ЛА1->ЛН2

32+15+20+32=99нс.

2.2 Расчет надежности проектируемого устройства

Наименование и тип элемента	Обозначение на схеме	Кол-во элементов	л0x10-6	Кн	tC	Поправочный коэффициент К л	Коэффициент а	Лi=aКл л010-6	ni лi*10-6 1/ч
ЛН2	DD1,DD9	2	0,08	1	50	1	1	0,08	0,16
ЛА4 ЛА1	DD2,DD3 DD4,DD5 DD7,DD8 DD6	7	0,1	1	50	1	1	0,1	0,7
Резистор	R	11	0,4	1	50	1,6	0,9	0,576	6,336
АЛ113А	VD	8	5	1	50	2	1	10	80

=0,1*9+0,4*11+5*8=45,3*10-6 1/ч

=0,08*2+0,1*7+0,576*11+10*8=87,196*10-6 1/ч

t=100 =87,196*10-6*100 = 0,087196 = 0,9167

t=200 = 87,196*10-6*200 = 0,174392 = 0,8437

t=300 =87,196*10-6*300 = 0,261588 = 0,7711

t=400 =87,196*10-6*400 = 0,348784 = 0,7118

t=500 =87,196*10-6*500 = 0,43598 = 0,6505

t=600 =87,196*10-6*600 = 0,523176 = 0,5945

t=700 =87,196*10-6*700 = 0,610372 = 0,5434

t=800 =87,196*10-6*800 = 0,697568 = 0,5016

t=900 =87,196*10-6*900 = 0,784764 = 0,4584

t=1000 =87,196*10-6*1000 = 0,87196 = 0,4190

1/87,196=0,01146872*10+6=11468,72 ч

Заключение

В курсовом проекте я разработал электрическую принципиальную схему управления семисегментного индикатора. Изначально, по заданию, составив таблицы истинности и минимизировав логическую функцию, получили те сигналы, которые поступят непосредственно на индикатор (пройдя предварительную инверсию). Преобразовав полученные формулы и выделив повторяющиеся блоки, оптимизировал работу схемы. В ней используются микросхемы серии К555, т.к. они являются более новыми, чем серия К155, а также рассчитывались номинал резисторов, быстродействие, потребляемая мощность и вероятность безотказной работы устройства. Значение прикидочного расчета больше, так как при его расчете было взято максимальное значение коэффициента интенсивности отказов, а в ориентировочном расчете для каждого элемента свое. Из-за этой разницы в ориентировочном расчете увеличилось P(t) и Tср.

Список литературы

1. И.М. Мышляева «Цифровая схемотехника»: Учебник для сред. Проф. Образование.- М.: Издательский центр «Акедемия», 2005г.

2. А.В. Нефедов «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги»: Справочник. Т.5.- М.: КУбК-а, 1997г.

3. О.Г. Швайка, В.Е. Балдина «Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплинам: “Конструирование, производство и эксплуатация средств вычеслительной техники”,”Микропроцессоры и микропроцессорные системы”».- СПБ.: СПБКИУ 2007г.

4. Н.И. Лагутина Методические разработка по теме:«Надежность радолектронной аппаратуры».- ЛРПТ, 1985г.

5. http://wiki.ru

Размещено на Allbest.ru

...