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.