Устройство селективного управления работой семисегментного индикатора

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.