Задание на проектирование к теме № 5

Разработать и описать структурную электрическую схему устройства обработки данных, выполняющего заданные функции. Разработать логическую схему блока управления на основе распределителя импульсов. Описать назначение и принцип построения устройств контроля по модулю 2 (варианты 5.1…5.3) или компараторов (варианты 5.4 и 5.5). Выбрать микросхемы схемотехники КМОП серий 1564, 1554, либо 1594, 5564 для реализации узлов устройства. Описать выбранные микросхемы (привести их условные графические обозначения, таблицы состояний, указать выполняемые функции и режимы работы). Разработать принципиальную электрическую схему устройства обработки данных и временные диаграммы работы (пример для варианта № 5.5 приведен в приложении Е). Описать работу принципиальной электрической схемы устройства обработки данных в течение одного периода сигнала синхронизации . Пример оформления задания к теме № 5 приведен в приложении Б.

Методические указания по разработке разделов проекта к теме № 5

При разработке структурной электрической схемы цифрового устройства обработки данных и временных диаграмм, поясняющих работу устройства, следует изучить пример к варианту № 5.5, приведенный в приложении Е.

В качестве блока управления использовать распределитель импульсов, построенный на основе счетчика и дешифратора [9]. В вариантах 5.1, 5.2 и 5.3 в подразделе 2.1 описать назначение и принцип построения устройств контроля по модулю 2 [9]. В вариантах 5.4 и 5.5 в подразделе 2.1 описать назначение и принцип построения компараторов [9]. Структурную электрическую схему цифрового устройства обработки данных и временные диаграммы, поясняющие его работу, вычертите в формате А4. Логическую схему блока управления (лист 1) вычертите в формате А3, а принципиальную электрическую схему устройства (лист 2) – в формате А2 и выполните указания раздела 6 данных методических указаний.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект должен иметь следующие разделы:

Введение.

1 Описание принципа работы заданной или разработанной (для темы № 5) структурной электрической схемы устройства.

2 Теоретическое обоснование и логическое проектирование узлов устройства.

3 Анализ и выбор элементной базы.

4 Разработка и описание принципиальной электрической схемы устройства для фиксированного состояния.

5 Расчет быстродействия и потребляемой мощности.

Заключение.

Литература.

Содержание.

Во введении курсового проекта следует обосновать актуальность темы, привести примеры использования проектируемого устройства.

В первом разделе курсового проекта следует описать принцип работы заданной или разработанной (для темы № 5) структурной электрической схемы устройства. Необходимую информацию можно найти в разделах 1...5 данных методических указаний.

Во втором разделе курсового проекта необходимо подробно рассмотреть назначение и принцип построения заданных узлов, а затем разработать их логические схемы. Необходимую информацию можно найти в рекомендованной литературе либо в разделах 1…4 данных методических указаний, которую следует взять за основу.

В третьем разделе курсового проекта необходимо провести анализ и выбор элементной базы, используя [11, приложения А, Б и В], а также другую справочную литературу и сеть Internet. Вначале необходимо указать требования, которым должны удовлетворять микросхемы (разрядность, тип входа синхронизации, требуемый режим работы и т.д.). Затем следует выбрать микросхемы в заданных сериях схемотехники КМОП, необходимые для построения принципиальных электрических схем основного узла устройства, а также вспомогательных узлов, обеспечивающих ввод и вывод информации. Для выбранных микросхем необходимо привести условное графическое обозначение, цоколевку, таблицу истинности (состояний), краткое описание, а также основные статические и динамические параметры в виде общей таблицы.

Пример заполнения таблицы с электрическими параметрами выбранных микросхем для источника питания напряжением 5 В приведен в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Основные электрические параметры выбранных микросхем (пример заполнения)

Обозначение микросхемы	(V_OL), не более	(V_OH), не менее	(I_IL), не более	(I_IH), не более	(I_OL), не более	(I_OH), не более	(I_СС), не более	(t_PLH), не более	(t_PHL), не более
В	В	мкА	мкА	мА	мА	мкА	нс	нс
IN74HC08AN (ЭКР1564ЛИ1)	0,1	4,9	– 1,0	1,0		– 4
IN74AC00N (ЭКР1554ЛА3)	0,1	4,9	– 1,0	1,0		– 24		8,5	7,0
Примечания 1 Напряжение питания – 5,0 В ± 10%. 2 Диапазон рабочих температур – от -45 до +85°С. 3 Максимальный потребляемый ток I_пот указан для выходного тока = 0 мкА. 4 Уровни выходных напряжений и указаны для выходного тока ≤ 50 мкА.

Следует помнить, что в разделе 3 и на принципиальной электрической схеме устройства (лист 1) следует приводить отечественное условное графическое обозначение выбранных микросхем по ГОСТ 2.743-91 ЕСКД (см. [11]).

В четвертом разделе курсового проекта необходимо разработать и описать принципиальную электрическую схему устройства на выбранных микросхемах. На принципиальной электрической схеме необходимо проставить номера выводов всех микросхем и их буквенно-позиционные обозначения по ГОСТ 2.710‑81 ЕСКД. Кроме того, следует указать обозначения и уровни информационных и управляющих сигналов для фиксированного состояния схемы (см. таблицу с исходными данными и таблицы истинности (состояний) выбранных микросхем). Причем номера выводов и уровни сигналов следует указывать над линией, причем уровень сигнала со сдвигом влево на 1 см (на входах), либо вправо – на выходах. Для подачи на управляющий вход микросхемы уровня логического нуля этот вход следует соединить с корпусом устройства, а для подачи уровня логической единицы следует использовать свободные инверторы, входы которых подключены к корпусу устройства (рисунок 6.1).

Номера выводов микросхем, на которые подается напряжение питания, указываются на свободном месте чертежа (слева от основной надписи).

Принципиальную электрическую схему устройства (лист 2) необходимо вычертить на чертежной бумаге в формате А2 с помощью компьютерных средств. Соединение микросхем выполнить на основе заданной структурной схемы и разработанной логической схемы основного узла. При наличии большого числа проводников, по которым передается однотипная информация, рекомендуется использовать шины, которые изображаются утолщенной линией. В шине необходимо указывать номера линий на входе и выходе, а также разрядность. Фрагмент принципиальной электрической схемы устройства суммирования приведен на рисунке 6.1.

По разработанной принципиальной электрической схеме необходимо составить перечень элементов (лист 3). Пример заполнения перечня элементов приведен в приложении Д.

При описании работы принципиальной электрической схемы устройства для фиксированного состояния необходимо указывать уровни информационных и управляющих сигналов, назначение каждой микросхемы с привязкой к структурной схеме устройства, требуемый режим работы и условия его обеспечения.

В пятом разделе курсового проекта необходимо определить быстродействие и среднюю потребляемую мощность. Для расчета быстродействия необходимо определить минимальный период и максимальную частоту тактовых импульсов. Для определения минимального периода необходимо просуммировать среднее время задержки распространения сигнала во всех узлах устройства, которые работают последовательно. При этом следует помнить, что минимальный период сигнала синхронизации складывается из трех этапов: ввод исходных данных (t_{зд. ввода}), выполнение операции (t_{зд. опер}) и вывода результата (t_{зд. выв}). Если микросхемы соединены параллельно, то выбирают большую задержку. Необходимые для этого данные следует взять из таблицы с электрическими параметрами выбранных микросхем. Конечный результат расчета следует умножить на коэффициент, равный 1,2, для учета скважности тактовых импульсов (скважность равна пяти). Затем следует определить максимальную частоту тактовых импульсов. Результат расчета указать в мегагерцах.

Для расчета средней потребляемой мощности необходимо просуммировать среднюю потребляемую мощность для всех микросхем, входящих в устройство. Необходимые данные следует взять из таблицы с электрическими параметрами выбранных микросхем. Среднюю потребляемую мощность следует определить расчетным путем по известной формуле. Результат расчета следует указать в милливаттах.

В заключении курсового проекта следует проанализировать результаты выполнения задания. При этом необходимо указать число и серию использованных микросхем, а также основные технические данные разработанного устройства (напряжение источника питания, среднюю потребляемую мощность, минимальный период и максимальную частоту тактовых импульсов).

Затем в пояснительной записке указывается список использованной литературы, составленный в алфавитном порядке по фамилиям авторов или по названиям (примером является список литературы данных методических указаний).

В конце пояснительной записки указывается содержание пояснительной записки (примером является лист «СОДЕРЖАНИЕ» данных методических указаний).

Чертежи (листы 1…3) подписываются в конце пояснительной записки к курсовому проекту.

После рецензирования курсового проекта учащемуся следует внимательно изучить рецензию и замечания по тексту. При наличии замечаний необходимо выполнить работу над ошибками: [5]⁾

а) если допущены ошибки в тексте пояснительной записки, на рисунках и т.д., то исправления следует выполнить на отдельных листах и поместить их после листов с ошибками.

Дополнительные листы следует нумеровать. Например, если дополнительные листы помещены после страницы 10, то им присваиваются номера 10 а, 10 б, и т.д.

Каждый дополнительный лист должен иметь наименование по типу «Работа над ошибками к странице 10» либо «Повторная работа над ошибками к странице 10»;

б) если допущены ошибки на принципиальной схеме, то чертеж с исправлениями ошибок следует выполнить заново в формате А2 и поместить сверху первого варианта. В верхней части чертежа поместить надпись «Работа над ошибками к листу 1» либо «Повторная работа над ошибками к листу 1»;

в) если допущены ошибки при переносе таблицы на следующую страницу, то следует сделать это в соответствии с требованиями СТП ВГКС 1.01-2005 ([5], 1.6);

г) листы с ошибками из распечатки и электронного варианта пояснительной записки удалять нельзя.

Рисунок 6.1 – Фрагмент принципиальной электрической схемы устройства (вариант № 2.1)

ЛИТЕРАТУРА

1 Микросхемы интегральные. Термины и определения : ГОСТ 17021-88 ЕСКД. – Введ. 1990-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 1989.

2 Обозначения буквенно-позиционные в электрических схемах : ГОСТ 2.710-81 ЕСКД. – Введ. 1983-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 1982.

3 Обозначения условные графические в электрических схемах. Элементы цифровой техники : ГОСТ 2.743-91 ЕСКД. – Введ. 1993-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 1992.

4 Общие требования к текстовым документам : ГОСТ 1.105-95 ЕСКД. – Введ. 1997-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 1996.

5 Стандарт предприятия. Курсовое и дипломное проектирование : СТП ВГКС 1.01-2005. – Введ. 2005-01-01. – Минск : ВГКС, 2004. – 107 с.

6 Браммер, Ю. А. Цифровые устройства: учеб. пособие для вузов/ Ю. А. Браммер, И. М. Пащук. – М. : Высш. Шк., 2004. – 229 с.

7 Калабеков, Б. А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы : учеб. для техникумов связи / Б. А. Калабеков. – М. : Горячая линия – Телеком, 2002. – 336 с.

8 Лысиков, Б. Г. Цифровая и вычислительная техника : учеб. / Б. Г. Лысиков. – Минск : Экоперспектива, 2002. – 264 с.

9 Угрюмов, Е. П. Цифровая схемотехника : учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. / Е.П. Угрюмов. – Спб. : БХВ-Петербург, 2005. – 800 с.

10 Фролкин, В. Т. Импульсные и цифровые устройства : учеб. пособие для вузов / В. Т. Фролкин, Л. Н. Панов – М. : Радио и связь, 1992. – 336 с.

11 Цифровые и микропроцессорные устройства : Лабораторный практикум для студентов специальностей 2-45 01 03 – Сети телекоммуникаций, 2‑45 01 02 – Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения. В 4 ч. / сост. В. И. Богородов. – Минск : ВГКС, 2009. – Ч.1 – 84 с; Ч.2 – 63 с.

12 Цифровые интегральные микросхемы : справочник, 2-е изд., перераб и доп. / М. И. Богданович [и др.]. – Мн. : Беларусь, Полымя, 1996. – 605 с.

13 НИКТРУП «Белмикросистемы» [Электронный ресурс]. – 2005. – Режим доступа: http://www.bms.by.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(справочное)

Пример синтеза счетчика на JK-триггерах

Методику синтеза счетчика на JK-триггерах рассмотрим на примере синтеза логической схемы счетчика с коэффициентом пересчета K_пер = 10 при использовании карт Карно.

Необходимое число триггеров будет определяться как минимальное n, удовлетворяющее неравенству _пер. В данном случае число триггеров n = 4.

В счетчике с коэффициентом пересчета K_пер = 10 десять состояний, причем каждый десятый импульс сбрасывает счетчик в нулевое состояние. Переход счетчика из текущего в следующее состояние связан с переключением триггеров. Для переключения триггеров счетчика в требуемые состояния (таблица А.1) на их входах J и K необходимы определенные уровни сигналов. В таблице А.2 показаны все возможные переходы состояний триггера и требуемые для этих переходов уровни сигналов на входах J и K. На основании таблицы А.2 в таблице А.1 указаны уровни сигналов на входах J и K, которые обеспечивают переходы счетчика в следующее состояние.

Таблица А.1 – Таблица переходов счетчика с коэффициентом пересчета K_пер = 10, совмещенная с таблицей истинности комбинационных схем возбуждения входов J и K триггеров

Номер входного импульса Текущее состояние Следующее состояние Уровни сигналов на входах триггеров

Q₃ Q₂ Q₁ Q₀ Q₃ Q₂ Q₁ Q₀ J₃ K₃ J₂ K₂ J₁ K₁ J₀ K₀

X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

Таблица А.2 – Таблица переходов JK-триггера

Вид перехода триггера Уровни сигналов на входах

J K

0®0 X

0®1 X

1®0 X

1®1 X

Примечание – Знак «X» означает произвольный уровень сигнала (0 или 1).

Пусть к моменту подачи первого импульса счетчик находился в состоянии 0000. Под действием этого импульса должно быть обеспечено новое состояние 0001 (таблица А.1). Следовательно, в триггере младшего разряда T₀ происходит переход вида 0®1, обеспечиваемый при следующих уровнях на информационных входах: J₀ = 1, K₀ = X. В остальных триггерах происходит переход вида 0®0, который обеспечивается уровнями J₁ = 0, K₁ = X, J₂ = 0, K₂ = X, J₃ = 0, K₃ = X. Эти значения занесены в клетки карт Карно для входов J и K всех триггеров, соответствующие состоянию счетчика 0000 (рисунок А.1). Пользуясь таблицей А.1, можно заполнить карты Карно для входов J и K всех триггеров счетчика. При этом следует помнить, что уровни сигналов на входах J и K являются логическими функциями текущего состояния триггеров и на картах Карно (рисунок А.1) под Q₃, Q₂, Q₁, Q₀ понимается текущее состояние счетчика, т.е. перед поступлением на вход счетчика очередного импульса. На картах Карно знаком «Ф» обозначены неопределенные значения функций возбуждения входов J и K, соответствующие лишним состояниям счетчика.

Рисунок А.1 – Карты Карно для счетчика с коэффициентом пересчета _пер = 10

Рисунок А.1 – Карты Карно для счетчика с коэффициентом пересчета K_пер = 10

Следует помнить, что при минимизации не полностью заданных логических функций произвольные и неопределенные значения функции можно доопределять с целью упрощения результата минимизации. Следовательно, на картах Карно при записи результата минимизации в МДНФ в замкнутые области следует объединять клетки, заполненные единицами, а также произвольными и неопределенными значениями логической функции.

По картам Карно запишем следующие выражения для функций возбуждения входов J и K всех триггеров счетчика в МДНФ

(А.1)

Логическая схема счетчика, построенная по логическим функциям (А.1), представлена на рисунке А.2.

Рисунок А.2 – Логическая схема счетчика на JK-триггерах с коэффициентом пересчета K_пер = 10

Работа счетчика (рисунок А.2) поясняется временными диаграммами, приведенными на рисунке А.3 (число входных импульсов N определяется по формуле N = K_пер + 1).

Рисунок А.3 – Временные диаграммы работы счетчика с коэффициентом пересчета K_пер = 10

Из временных диаграмм следует, что каждый десятый импульс сбрасывает счетчик в исходное нулевое состояние.

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒