Радиоэлектроника

Устройство селективного управления работой семисегментного индикатора

              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.





смотреть на рефераты похожие на "Устройство селективного управления работой семисегментного индикатора "