Скачать

Устройство селективного управления работой семисегментного индикатора

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА ЭЛЕКТРОНИКИ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТПояснительная записка

Тема: УСТРОЙСТВО СЕЛЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ

СЕМИСЕГМЕНТНОГО ИНДЕКАТОРА

КП 2201 453К

Преподаватель Швайка О. Г.

Учащийся Бляхман Е.С.

УТВЕРЖДЕНО

предметной комиссией

« » __________________________ 2004г.

Председатель _______________________

З А Д А Н И Е

на курсовое проектирование по курсу ЭЦВМ и МП

учащемуся Бляхман Е.С. IV курса 453-К группы

СПИШЭ техникума

(наименование среднего специального учебного заведения)

(фамилия, имя, отчество)

Тема задания Устройство селективного управления работой семисегментного индикатора

Курсовой проект на указанную тему выполняется учащимися техникума в следующем объеме:

1. Пояснительная записка.

Введение.

1. Общая часть.

  • Назначение устройства управления.
  • 1.2. Составление таблицы истинности работы устройства.

    1.3. Минимизация логической функции.

    1.4. Выбор и обоснование функциональной схемы устройства.

    1.5. Синтез электрической принципиальной схемы в базисе И-НЕ.

    1.6. Выбор элементной базы проектируемого устройства.

    1.7. Описание используемых в схеме ИМС и семисегментного индикатора.

    2. Расчетная часть проекта ______________________________________________________

  • Ориентировочный расчет быстродействия и потребляемой мощности устройства
  • управления.

  • Расчет вероятности безотказной работы устройства управления и среднего
  • времени наработки на отказ.

    4. Графическая часть проекта _______________________________________________

    Схема электрическая принципиальная.

    Устройство селективного управления работой семисегментного индикатора.

    Заключение.

    Список литературы.

    Дата выдачи ______________________________

    Срок окончания ______________________________

    Зав. отделением ______________________________

    Преподаватель ______________________________

    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 многоэмиттерным транзистором. Этот транзистор представляет собой интегральный элемент, объединяющий свойства диодных логических схем и транзисторного усилителя.

    1. Общая часть.

    1.1. Назначение устройства

    На рисунке в виде “черного ящика” показана комбинационная схема (КС) управляющая семисегментным индикатором. На вход схемы подаются различные комбинации двух сигналов X1, X2, X3, X4 (X1- старший). На индикатор предполагается выводить лишь 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:

    1. Составить совмещенную таблицу истинности, комплект карт Карно для функции Y, провести совместную минимизацию в СДНФ и записать логические формулы, выражающие Y через X, выполнить преобразование этих формул к виду, обеспечивающему минимально возможную реализацию КС в системе логических элементов ТТЛ серии типа К155 или К555;

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

    3. Выполнить расчет надежности.

    1.2. Составление таблицы истинности работы устройства.

    Создание таблицы истинности работы устройства по следующему набору комбинаций 1, 2, 3, 4, 7, 8, B, C, F.

    N

    X1

    X2

    X3

    X4

    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

    4

    0

    1

    0

    0

    1

    0

    1

    1

    0

    0

    1

    7

    0

    1

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    1

    8

    1

    0

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    B

    1

    0

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    1

    C

    1

    1

    0

    0

    0

    1

    1

    0

    1

    1

    0

    F

    1

    1

    1

    1

    0

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    1.3. Минимизация логической функции.

    Составить СДНФ по таблице, построить карты Карно и минимизировать их.

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1.4. Выбор и обоснование функциональной схемы устройства.

    1.5. Синтез электрической принципиальной схемы

    в базисе «И-НЕ».

    Можно уменьшить количество наименований схем. Это можно сделать путем преобразования с помощью формул:

    В результате получаем только схемы “И-НЕ” и схемы отрицания

    Повторяющиеся значения формул СДНФ

    1.6. Выбор и обоснование элементной базы.

    Для проектирования было предложено выбрать элементы ТТЛ серий 155 и 555. После сравнения характеристик этих двух серий мною была выбрана 555 серия.

    Потому что:

    • во-первых, коэффициент разветвления у неё в два раза больше, чем у 155 серии, что в дальнейшем даст возможность не использовать дополнительные резисторы на входе схемы
    • во-вторых, элементы 555 серии потребляют меньше мощности в отличие от серии 155, так как их максимальное напряжение и сила тока меньше, чем у 155 серии.

    В 555 серию входят различные логические элементы общим числом 98 наименований. Их назначение заключается в построении узлов ЭВМ и устройств дискретной автоматики с высоким быстродействием и малой потребляемой мощностью.

    Элементы И – НЕ в 555 серии содержат простые n-p-n транзисторы VT2 – VT4, многоэмиттерный транзистор VT1, а так же резисторы и диоды, количество которых зависит от конкретного элемента. Такая схема обеспечивает возможность работы на большую емкостную нагрузку при высоком быстродействии и помехоустойчивости.

    В качестве индикатора выбран семисегментный индикатор АЛС320Б, один из немногих индикаторов способный отображать не только цифровую информацию, но и буквенную, что необходимо в проектируемом устройстве.

    В моей схеме используется следующие микросхемы серии К555:

    К555ЛА1, К555ЛА2, К555ЛА4, К555ЛН1, К555ЛН2

    1.7. Описание используемых в схеме ИМС и семисегментного индикатора.

    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

    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

    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

    К555ЛН1

    Шесть инверторов

    №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

    DIP14

    Пластик

    Тип микросхемы

    К555ЛН1

    Фирма производитель

    СНГ

    Функциональные особенности

    6 инверторов

    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

    ≤ 20нСек

    Kразвёртки

    20

    Корпус

    DIP14

    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

    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

    ИНДИКАТОР ЦИФРОВОЙ

    АЛС320Б

    Название

    АЛС320Б

    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

    • Расчет номиналов резисторов

    Из расчетов видно, что сопротивление равно 758 Ом, а его наминал,равен 1 кОм. Сопротивление индикатора равно 167 Ом, а егонаминал, равен 250 Ом.

    • Расчет быстродействия

    Таким образом, из расчета, время задержки составляет 127 нс.

    • Расчет мощности

    Таким образом, из расчета я получил потребляемую мощность

    равную 402,88 мВт

    2.2. Расчет вероятности безотказной работы устройства исреднего времени наработки на отказ.

    Наименее

    Обозначениена схеме

    Кол-воэлементов

    λо

    10-6

    Режим работы

    Усл. раб.Кλ

    Коэф.а

    λi =a⋅кλ⋅λо

    10-6

    10-6

    Кн

    Резисторы

    R1

    1

    1

    1

    50

    1,6

    2,7

    4,32

    4,32

    R2-8

    7

    0,4

    1,728

    12,096

    ИМС

    DD1-DD10

    10

    0,1

    1

    50

    1

    2,7

    0,27

    2,7

    ИМС

    (К555ЛН2)

    DD11-DD12

    2

    0,08

    1

    50

    1

    2,7

    0,216

    0,432

    Индикатор

    VD

    7

    5

    1

    50

    1,6

    2,7

    21,6

    151,2

    1. Прикидочный расчет

    1. Ориентировочный расчет

    1. Окончательный расчет

    Графическая часть проекта.

    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. «Справочник по интегральным микросхемам» Тарабин; Москва 1981г.

    2. «Цифровые интегральные микросхемы» Богданович М.И., Грель И.Н., Похоренко В.А., Шалимо В.В.; Минск, Беларусь 1991г.

    3. Конспект по предмету «Конструирование ЭВМ» преподаватель – Пушницкая И.В.

    4. Конспект по предмету «Типовые элементы и устройства цифровой техники» преподаватель – Золотарев И.В., Тихонов Б.Н.

    5. методическая указания к выполнению курсового проекта по предмету «Электронные цифровые вычислительные машины и микропроцессоры» Пушницкая И.В., Чечурина А.В.

    Ленинград 1990г.

    6. Методические рекомендации по оформлению курсовых и дипломных проектов Лагутина Н.И.; Ленинград 1987г.

    7. «Справочник по полупроводниковых электронных приборов» Иванов В.И.

    8. «Справочник интегральных микросхем» Нефедов

    9. «Импульсные и цифровые устройства» Браммер Ю.А., Пащук И.Н.