Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта и коммуникации Республики Беларусь

Департамент по авиации

Белорусская государственная академия авиации

Кафедра РЭО

Курсовая работа

по дисциплине «Схемотехника»

На тему: «Проектирование цифрового устройства»

Минск 2016

1. Введение

Внедрение микропроцессорной, и вообще цифровой, техники в устройства управления промышленными объектами требует от специалистов самого различного профиля быстрого освоения этой области знания. В процессе разработки функциональных схем цифровых устройств отчетливо выделяются два характерных этапа. На первом этапе, который можно назвать структурным проектированием, заданный неформально алгоритм разработчик представляет в виде последовательности некоторых операторов, таких, как получение результата, счет, преобразование кода, передача информации. При этом он старается использовать ограниченный набор общепринятых операторов. При использовании этих операторов, как правило, алгоритм можно представить довольно небольшим их числом. Структура алгоритма становится обозримой, понятной, легко читаемой и однозначной. На основе полученной структуры алгоритма формулируются технические требования к схемам, реализующим отдельные операторы. По техническим требованиям в качестве функциональных узлов схемы можно применить либо готовые блоки в интегральном исполнении, либо, если таких микросхем в наличии нет, синтезировать их из более простых элементов. Подобный синтез первоначально производится при помощи алгебры логики, после чего по полученным функциям строится эквивалентная схема. Однако, как правило, синтезированные схемы хуже их аналогов в интегральном исполнении. К этому приводят следующие обстоятельства: большее время задержки, большие габариты, большее потребление энергии. Поэтому результативного проектирования цифровых устройств разработчик должен уметь: выбрать наиболее приемлемый вариант решения поставленной задачи, работать с алгеброй логики, знать основные цифровые элементы и уметь их применять, по возможности знать наиболее простые и распространенные алгоритмы решения основных задач. Знание наиболее распространенных инженерных приемов в проектировании устройств позволит в будущем сразу воспользоваться готовой схемой, не занимаясь бесполезной работой. Необходимо заметить, что реализация схемы гораздо сложнее, чем простое решение задачи в алгебре логики и наборе полученной функции из логических элементов. В действительности даже, казалось бы, самые простые элементы, необходимо включать по определенной схеме, знать назначения всех выводов. Необходимо знать, чем различаются элементы в пределах серии. Понимание внутренней логики микросхемы особенно важно именно для специалистов по автоматике и промышленной электронике, поскольку цифровые микросхемы изначально создавались для выполнения строго определенных функций в составе ЭВМ. В условиях автоматики и радиотехники они часто выполняют функции, не запланированные в свое время их разработчиками, и грамотное использование микросхем в этих случаях прямо зависит от понимания логики их работы. Хорошее знание тонкостей функционирования схем узлов становится жизненно необходимым при поиске неисправностей, когда нужно определить, имеется ли неисправность в данном узле или же на его вход поступают комбинации сигналов, на которые схема узла не рассчитана. Составление тестов, а тем более разработка само проверяемых схем также требуют очень хороших знаний принципов работы узлов.

- прием по шине параллельной передачи адресов двух ячеек памяти (последовательно);

- хранение считанной информации;

- сравнение восьмиразрядных двоичных кодов;

- выдача на шину параллельной передачи данных большего двоичного кода.

2. Функциональная схема цифрового устройства

Функциональная схема состоит из элементов, таких как:

1. Приемник;

2. Схема хранения;

3. Схема сравнения;

4. Передатчик.

Для лучшего понимания как же выглядит функциональная схема, ее можно представить следующим образом:

Рисунок 2.1 Структурная схема устройства

Прием по шине параллельной передачи адресов двух ячеек памяти (последовательно), которые затем передаются на схему хранения. Далее производится сравнение четырехразрядных двоичных кодов, для этого со схему хранения мы подаем коды на компаратор, где осуществляется их сравнение. После этого подается на передатчик.

3. ИМС, используемые в цифровом устройстве

3.1 Приемник

Рисунок 3.1.1 Условное графическое обозначение приемника КР559ИП2

Микросхема предсталят собой четыремагистральных приемника. Назначение выводов:

1,2; 5,6; 9,10; 13,14 - входы;

3,4,11,12 - выходы.

Данные микросхемы не выполняютлогических функций, но формируютцифровыесигналы, усиливают импульс по току, помощности при работе на шину, отключают источник информации от шины, когда он не участвует в обмене, формируют принеобходимости требуемые уровни сигналов логической 1 и логического 0.

Таблица 3.1.1

Таблица состояния приемника КР559ИП2

Таблица 3.1.2

Режимы работы приемника КР559ИП2

3.2 Схема хранения

Рисунок 3.2.1 Условное графическое обозначение регистра К155ИМ15

Регистры - это цифровые устройства, предназначенные для хранения информации в виде машинных кодов, а также для выполнения некоторых логических преобразований. Регистр строится в виде набора триггеров, каждый из которых предназначается для хранения цифр определенного числа. Таким образом, регистр для хранения n-разрядного двоичного числа должен содержать n триггеров.

Микросхема представляет собой четырехразрядный регистр с тремя состояниями выхода. Корпус К155ИР15 типа 238.16-2, масса не более 2 г.

1 - управление выходами V1;

2 - управление выходами V2;

3 - выход первого разряда Q1;

4 - выход второго разряда Q2;

5 - выход третьего разряда Q3;

6 - выход четвертого разряда Q4;

7 - вход синхронизации C;

8 - общий;

9 - разрешение данных V3;

10 - разрешение данных V4;

11 - вход четвертого разряда D4;

12 - вход третьего разряда D3;

13 - вход второго разряда D2;

14 - вход первого разряда D1;

15 - вход установки нуля;

16 - напряжение питания.

3.3 Компаратор

Рисунок 3. 3. 1 Условное графическое обозначение компаратора К564ИП2

Компаратор (или устройство сравнения), предназначен для сравнения двоичных кодов.

Устройство сравнения на равенство строится на основе поразрядных операций над одноименными разрядами обоих слов. Слова равны, если равны все одноименные их разряды.

Если старшие разряды А и В не равны, то результат известен не зависимо от младших разрядов: при А=1 и В=0 имеем A>B, а при А=0 и В=1 имеем A<B. Если же А=В, то результат еще не известен и требуется анализ существующего разряда по тому же алгоритму.

Компараторы выполняют в виде отдельных микросхем. Так, например, микросхема К564ИП2 позволяет сравнивать два четырёхразрядных числа с определением знака неравенства.

Данный тип компаратора обладает свойством наращиваемости. Для сравнения, например, 8-разрядных чисел применяют два 4-разрядных компаратора. Для этой цели как в микросхеме К564ИП2, так и в некоторых других марках отечественных и зарубежных производителей, предусмотрены три дополнительных входа: А>B, А=B и А<B, к которым подводятся соответствующие выводы микросхемы, выполняющей сравнение младших разрядов.

Таблица 3.3.1

Таблица состояний компаратора

3.5 Передатчик

Рисунок 3. 6. 1 Условное графическое изображение микросхемы КП559ИП1

Передатчик -- в электронике и телекоммуникациях передатчик (радиопередатчик) представляет собой электронное устройство, способное генерировать радиоволны и излучать их при помощи антенны.

Данная микросхема представляет собой четыре магистральных передатчика. Данные микросхемы не выполняют логических функций, но формирую цифровые сигналы, усиливают импульсы по току, по мощности при работе на шину, отключаю источник информации от шины, когда он не участвует в обмене.

4. Принципиальная электрическая схема цифрового устройства

На данном этапе на основании известной логики, особенностей работы узлов, а также разработанных структурной и функциональных схем необходимо построить принципиальные схемы этих узлов и всего цифрового устройства в целом. Сюда также входят выбор элементной базы, выбор микросхем и непосредственно построение принципиальной схемы. Данная принципиальная электрическая схема цифрового устройства изображена в приложении (смотреть страницу 18).

Заключение

интегральный микросхема цифровой устройство

При выполнении данной курсовой работы были проведены расчет и построение узлов и комбинационных схем.

Учитывались основные параметры влияющие на работу цифрового устройства. Был произведен синтез структурной, функциональной и электрической принципиальной схем заданного устройства, выбраны и обоснованы критерии подбора интегральных микросхем, проведена их сравнительная оценка.

Размещено на Allbest.ru