Устройство селективного управления работой семисегментного индикатора
Работа из раздела: «
Радиоэлектроника»
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА ЭЛЕКТРОНИКИ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Пояснительная 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.
1. 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
______________________________________________________
1. Ориентировочный расчет быстродействия и потребляемой мощности
устройства
управления.
2. 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.
|[pic| |1 | |1 |
|] | | | | |
|[pic|1 | | | |
|] | | | | |
|[pic|1 |1 | | |
|] | | | | |
|[pic|1 | | | |
|] | | | | |
[pic]
| |[pic|[pic|[pic|[pic|
| |] |] |] |] |
|[pic| | |1 |1 |
|] | | | | |
|[pic| | | | |
|] | | | | |
|[pic|1 |1 |1 | |
|] | | | | |
|[pic|1 | | | |
|] | | | | |
[pic]
| |[pic|[pic|[pic|[pic|
| |] |] |] |] |
|[pic| |1 |1 |1 |
|] | | | | |
|[pic| | | | |
|] | | | | |
|[pic| | |1 |1 |
|] | | | | |
|[pic| | | | |
|] | | | | |
[pic]
| |[pic|[pic|[pic|[pic|
| |] |] |] |] |
|[pic| |1 | |1 |
|] | | | | |
|[pic| | | | |
|] | | | | |
|[pic|1 | |1 |1 |
|] | | | | |
|[pic|1 | | | |
|] | | | | |
[pic]
| |[pic|[pic|[pic|[pic|
| |] |] |] |] |
|[pic| | |1 |1 |
|] | | | | |
|[pic| | | | |
|] | | | | |
|[pic| | |1 |1 |
|] | | | | |
|[pic|1 | | | |
|] | | | | |
[pic]
| |[pic|[pic|[pic|[pic|
| |] |] |] |] |
|[pic| | |1 |1 |
|] | | | | |
|[pic| | | | |
|] | | | | |
|[pic|1 | | |1 |
|] | | | | |
|[pic|1 | | | |
|] | | | | |
[pic]
| |[pic|[pic|[pic|[pic|
| |] |] |] |] |
|[pic| |1 | |1 |
|] | | | | |
|[pic|1 | | | |
|] | | | | |
|[pic|1 |1 | |1 |
|] | | | | |
|[pic| | | | |
|] | | | | |
1.4. Выбор и обоснование функциональной схемы устройства.
[pic]
1.5. Синтез электрической принципиальной схемы
в базисе «И-НЕ».
Можно уменьшить количество наименований схем. Это можно сделать путем
преобразования с помощью формул:
[pic]
[pic]
В результате получаем только схемы “И-НЕ” и схемы отрицания
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Повторяющиеся значения формул СДНФ
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
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
|№ |Назначение|№ |Назначение |
|выв.| |выв.| |
|1 |Вход Х1 |8 |Выход Y2 |
|2 |Вход Х2 |9 |Вход Х5 |
|3 |Свободный |10 |Вход Х6 |
|4 |Вход Х3 |11 |Свободный |
|5 |Вход Х4 |12 |Вход Х7 |
|6 |Выход Y1 |13 |Вход Х8 |
|7 |Общий |14 |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 |? 2,2мА |
|Uвых) | |
|Iпотреб (высокий ур-нь |? 0,8мА |
|Uвых) | |
|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
|№ |Назначение|№ |Назначение |
|выв.| |выв.| |
|1 |Вход Х1 |8 |Выход Y1 |
|2 |Вход Х2 |9 |Свободный |
|3 |Вход Х3 |10 |Свободный |
|4 |Вход Х4 |11 |Вход Х7 |
|5 |Вход Х5 |12 |Вход Х8 |
|6 |Вход Х6 |13 |Свободный |
|7 |Общий |14 |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 |? 1,1мА |
|Uвых) | |
|Iпотреб (высокий ур-нь |? 0,5мА |
|Uвых) | |
|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
|№ |Назначение|№ |Назначение |
|выв.| |выв.| |
|1 |Вход Х1 |8 |Выход Y3 |
|2 |Вход Х2 |9 |Вход Х7 |
|3 |Вход Х4 |10 |Вход Х8 |
|4 |Вход Х5 |11 |Вход Х9 |
|5 |Вход Х6 |12 |Выход Y1 |
|6 |Выход Y2 |13 |Вход Х3 |
|7 |Общий |14 |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 |? 1,2мА |
|Uвых) | |
|Iпотреб (высокий ур-нь |? 0,8мА |
|Uвых) | |
|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
|№ |Назначение|№ |Назначение |
|выв.| |выв.| |
|1 |Вход Х1 |8 |Выход Y4 |
|2 |Выход Y1 |9 |Вход Х4 |
|3 |Вход Х2 |10 |Выход Y5 |
|4 |Выход Y2 |11 |Вход Х5 |
|5 |Вход Х3 |12 |Выход Y6 |
|6 |Выход Y3 |13 |Вход Х6 |
|7 |Общий |14 |Ucc |
DIP14
Пластик
|Тип микросхемы |К555ЛН1 |
|Фирма производитель |СНГ |
|Функциональные |6 инверторов |
|особенности | |
|Uпит |5В ± 5% |
|Uпит (низкого ур-ня) |? 0,5В |
|Uпит (высокого ур-ня) |? 2,7В |
|Iпотреб (низкий ур-нь |? 6,6мА |
|Uвых) | |
|Iпотреб (высокий ур-нь |? 2,4мА |
|Uвых) | |
|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
|№ |Назначение|№ |Назначение |
|выв.| |выв.| |
|1 |Вход Х1 |8 |Выход Y4 |
|2 |Выход Y1 |9 |Вход Х4 |
|3 |Вход Х2 |10 |Выход Y5 |
|4 |Выход Y2 |11 |Вход Х5 |
|5 |Вход Х3 |12 |Выход Y6 |
|6 |Выход Y3 |13 |Вход Х6 |
|7 |Общий |14 |Ucc |
DIP14
Пластик
|Тип микросхемы |К555ЛН2 |
|Фирма производитель |СНГ |
|Функциональные |6 инверторов с открытым коллекторным |
|особенности |выходом |
|Uпит |5В ± 5% |
|Uпит (низкого ур-ня) |? 0,5В |
|Uпит (высокого ур-ня) |? 2,7В |
|Iпотреб (низкий ур-нь |? 6,6мА |
|Uвых) | |
|Iпотреб (высокий ур-нь |? 2,4мА |
|Uвых) | |
|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
[pic]
[pic]
[pic]
Из расчетов видно, что сопротивление равно 758 Ом, а его наминал,
равен 1 кОм. Сопротивление индикатора равно 167 Ом, а его
наминал, равен 250 Ом.
. Расчет быстродействия
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Таким образом, из расчета, время задержки составляет 127 нс.
. Расчет мощности
[pic]
[pic][pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Таким образом, из расчета я получил потребляемую мощность
равную 402,88 мВт
2.2. Расчет вероятности безотказной работы устройства и
среднего времени наработки на отказ.
Наименее |Обозначение
на схеме |Кол-во
элементов |(о
10-6 |Режим работы |Усл. раб.
К( |Коэф.
а |(i =a(к(((о
10-6 |[pic]
10-6 | | | | | |Кн |tс | | | | | |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
[pic]
[pic]
[pic]
2. Ориентировочный расчет
[pic]
[pic]
[pic]
3. Окончательный расчет
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
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.
-----------------------
X1
X2
X3
X4
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
2
4
3
1
7
5
6
1
1
Y7
&
&
&
&
&
Y6
&
&
&
1
Y5
&
&
&
1
Y3
&
&
&
&
1
Y4
&
&
&
1
Y2
&
&
&
1
Y1
&
&
&
&
&
[pic] [pic]
[pic]
2
1
&
&
&
1
2
4
5
9
10
12
13
8
6
1
&
2
3
4
8
6
5
11
12
&
1
2
13
4
6
11
12
5
8
&
&
10
9
3
1
2
13
4
6
11
5
8
10
9
3
&
&
&
&
&
12
13
4
6
11
5
8
10
9
3
&
&
&
&
&
12
На основе карт Карно составлена следующая функциональная схема.
