Курсова робота

з дисципліни
"Аналогова та цифрова електроніка"
на тему «Розробка арифметичного пристрою, що виконує операцію складання з накопиченням суми»

Зміст

Введення

Завдання до курсової роботи
Розробка функціональної електричної схеми та алгоритму роботи проектованого пристрою
Вибір серії ІМС
Пояснення до принципової електричної схеми
Тимчасові діаграми
Розрахункова частина
Розробка друкованої плати
Додаток 1. Схема електрична функціональна
Додаток 2. Схема електрична прінціапальная
Додаток 3. Перелік елементів
Додаток 4. Схема монтажна
Додаток 5. Плата друкована

Введення

У цій роботі з предмету "Аналогова та цифрова електроніка" представлена ​​розробка цифрового пристрою на базі інтегральних мікросхем малої і середньої ступені інтеграції. Мета роботи - вивчення і закріплення на практиці основ і навичок логічного та схемотехнічного проектування цифрових схем.

Завдання до курсової роботи

Номер залікової книжки, залишок від ділення його на 150 дорівнює 40, це номер варіанта. Він відповідає завданням 1 "Розробити арифметичне пристрій, що виконує операцію складання з накопиченням суми. Числа в паралельному коді приходять на вхід пристрою і супроводжуються синхросигналом низького рівня. Числа представлені в зворотному коді з шириною числових розрядів рівною трьом. Пристрій починає роботу по команді "Старт" і закінчує роботу по команді "Стоп". Для індикації коду суми використовувати світлодіоди. Вихідна розрядність суми дорівнює восьми (шість числових і два знакових розряду). Пристрій повинен забезпечити індикацію переповнення, якщо воно мало місце під час роботи пристрою. "
З таблиць отримуємо додаткові дані:
Значення тактової частоти - 5 МГц
Споживаний струм - не більше 2000 мА
Споживана потужність - не більше 10 Вт

Розробка функціональної електричної схеми та алгоритму роботи проектованого пристрою

Суматор з накопиченням відрізняється від звичайного, який реалізує формулу S = A + B, тим, що, отримуючи на вході лише одне число, додає його до поточного значення суми. Іншими словами, реалізує залежність S = S + A. Очевидно, що для зберігання суми потрібний буферний регістр [Див / 2 /]. Виходячи з цього, перерахуємо склад функціональних вузлів пристрою (він мало відрізняється від рекомендованого в завданні): старт-стопові пристрій, акумулятор, буферний регістр, формувач сигналів скидання регістра, блок індикації і переповнення. Згідно з завданням [Див / 1 /], числа на вході пристрою представлені в додатковому модифікованому коді, в якому легше всього виробляти підсумовування і контроль переповнення, тому додаткові блоки перетворення коду не потрібні. Взаємодія функціональних вузлів пристрою показано на функціональній електричної схемою [Див Додаток 1].
Опишемо алгоритм роботи проектованого пристрою. При включенні живлення відбувається обнулення буферного регістра, яке виробляє старт-стопові пристрій, як у момент включення, так і згодом при подачі команди "Старт". Пристрій готовий до роботи.
Число з інформаційних входів потрапляє на перетворювач зворотного коду в додатковий. Якщо знаковий розряд числа дорівнює 1, то число є від'ємним і воно перетвориться у дод. код (до числа у зворотному коді додається 1), якщо число додатне, то його не потрібно перетворювати і воно залишається таким самим.
У процесі роботи число з зворотного коду перетворюється на додатковий модифікований, тому що в цьому коді легше всього проводити операцію додавання.
Далі, при вступі синхросигналу, число з перетворювача поступає на суматор і складається зі значенням, що зберігається в буферному регістрі, після чого результат записується в нього. При подачі команди "Стоп" відбувається блокування синхросигналу і пристрій зупиняється. Якщо в результаті роботи відбувається переповнювання, це призводить до зупинки пристрої з індикацією про помилку.

Вибір серії ІМС

Правильний вибір серії ІМС дозволяє отримати найбільш просту схемну реалізацію пристрою, оптимальну вартість і функціонування.
Для початку зупинимося на ТТЛ серіях, які більше підходять для заданої тактової частоти, на відміну від КМОН. Найпоширенішою з ТТЛ є 155-я серія ІМС. Вона надає широкий функціональний ряд для розробника. Спробуємо визначити склад і кількість ІМС даної серії для проектованого пристрою [Див / 3 /].
У серії немає восьмирозрядних суматорів, тому будемо використовувати два чотирирозрядний швидкодіючих повних суматора К155ІМ3, з'єднаних за схемою з послідовним переносом.
Для перетворення зворотного коду числа в додатковий будемо використовувати додатковий суматор, теж на мікросхемі К155ІМ3.
В якості буферного регістра використовуємо восьмирозрядний синхронний реверсивний регістр зсуву К155ІР13.
Блок переповнення виконаємо на ЛЕ, реализующем функцію "виключає Або" і входить до складу К155ЛП5.
Старт-стопові пристрій і формувач сигналу скидання регістра синтезуємо на ЛЕ "АБО" і "І-НІ" мікросхем К155ЛЛ1 і К155ЛА3.
У таблиці наведені основні параметри зазначених ІМС, взяті з / 1 / і / 3 /, що дозволяють оцінити і обгрунтувати вірний вибір серії.

ІМС	Iпот, мА	Tзд.р.ср., нс	Fmax, МГц	Kраз
К155ІМ3	128	60	10	10
К155ІР13	116	35	25	10
К155ЛА3	12	22	10	10
К155ЛЛ1	16	22	10	10
К155ЛП5	50	23	10	10

Обчислимо приблизно споживаний пристроєм струм:
I = 3 * 128 + 116 + 12 + 16 + 50 = 450 мА
Споживана потужність пристроєм приблизно дорівнює:
P = U * I = 5 * 0,450 = 2,25 Вт
Як видно, обрана серія ІМС задовольняє умові завдання.

Пояснення до принципової електричної схеми

[Див Додаток 2]
Запуск і зупинка пристрою здійснюється псредством входу START. Команді "Старт" відповідає низький рівень, команді "Стоп" - високий.
Світлодіоду HL1 відповідає старший розряд вихідний суми, HL8 - молодший. HL9 своїм світінням сигналізує про переповнення.

Тимчасові діаграми

Нижче наведені часові діаграми, які допомагають зрозуміти роботу деяких ділянок схеми. Робоча частота така, що часом затримки поширення сигналу можна знехтувати.

Вхід З

t

U

Вхід START

t

U

Вхід C ел-та DD3

t

U

Вихід ел-та DD5.2

t

U

Вхід ел-та DD5.3

t

U

Вихід ел-та DD5.3

t

U

Розрахункова частина

У схемі присутній одновібратор для формування сигналу скидання регістра. Для обнулення останнього, неободимо на інверсний вхід R подати напряжненіе низького рівня [Див / 3 /]. Расчитаем RC-ланцюжок формувача для генерації імпульсу тривалістю близько 400 нс. Для використовуваної схеми це легко зробити за допомогою формули t _і =-tln (U _пір / (U _піт)). Шляхом нескладних перетворень і дій отримуємо значення R1 і C1, рівні 1кОм і 1 нФ, відповідно, які і забезпечують обрану тривалість імпульсу.
У пристрої використовується індикація на основі світлодіодів АЛ307. Для їх нормального функціонування необхідно забезпечити номінальні значення робочого струму та напруги. Для даного виду включення потрібно послідовно світлодіоду додати опір, значення якого визначається за наступною формулою: R = (U _{піт-U д.пр.)} / I _д.пр. При U _д.пр. = 2В і I _д.пр. = 15 мА, значення R3-R11 рівні 200 Ом. Розсіюється на них потужність дорівнює P = U _піт * I _д.пр. = 5 * 15 * 10 ^-3 = 0,075 Вт, тому в схемі будемо використовувати резистори МЛТ-0, 125.

Розробка друкованої плати

У процесі розробки друкованої плати (ДП) використовувалася система аватоматіческого проектування радіоелектронної апаратури P-CAD версії 4.5. Система надає набір інструментальних засобів, що спрощують створення УДО і конструктивів елементів, що відповідають необхідним ГОСТам; розміщення компонентів на ПП і розведення багатошарових ПП. Система дозволяє використовувати результати своєї роботи в технологічному процесі виробництва ПП із застосуванням фотоплотерам і свердлильних верстатів.
Процес розробки принципової електричної схеми і ПП виглядає наступним чином:
1) створення УДО компонентів схеми в метричній системі з дотриманням ГОСТів на розміри УДО і розташування написів позначень і значень;
2) створення електричний принципової схеми, позначення елементів і ланцюгів;
3) створення ескізу ПП, розташування на ній фіксованих елементів і ланцюгів;
4) розстановка компонентів схеми на ПП в ручному або напівавтоматичному режимі;
5) розведення ПП в напівавтоматичному режимі з подальшою ручною коригуванням (при необхідності);
6) підготовка реультате роботи для виведення на друк.

Список літератури

1. Андрєєв О.А., Івон А.І., Можаровський Л.А., Рибка Ю.М. Методичні вказівки щодо виконання курсових проектів з дисципліни "Комп'ютерна електроніка". - Д.: ДДУ, 1997
2. Угрюмов Є.П. Проектування елементів і вузлів ЕОМ. - М.: Вища школа, 1987
3. Богданович М.І. та ін Цифрові інтегральні мікросхеми. - Мн.: Білорусь, 1991

Суматор

Буферний РЕГІСТР

БЛОК Переповнення

СТАРТ-Стопові ПРИСТРІЙ

БЛОК ІНДИКАЦІЇ

8 біт

8 біт

1 біт

2 біти

5 біт

1 біт

1 біт

ПЕРЕТВОРЮВАЧ ОБР. КОД-ДОП.КОД

4 біта

Додаток 1. Схема електрична функціональна

Змін

Лист

N докум.

Підпис.

Дата

Лист

Змін

Лист

N докум.

Підпис.

Дата

Лист

Додаток 2. Схема електрична принципова

Змін

Лист

N докум.

Підпис.

Дата

Лист

№	Позначення на схемі	Найменування	Кількість
1	DD1, DD2, DD7	К155ІМ3	3
2	DD3	К155ІР13	1
3	DD4	К155ЛЛ1	1
3	DD5	К155ЛА3	1
4	DD6	К155ЛП5	1
5	C1	КТ 1000 пФ	1
6	C2	К50-6 20мкФ 10В	1
7	R1, R2	МЛТ-0, 125 1 кОм	2
8	R3 - R11	МЛТ-0б125 200 Ом	9
9	HL1 - HL9	АЛ307	9

	Додаток 3. Перелік елементів

Змін

Лист

N докум.

Підпис.

Дата

Лист

60

95

Додаток 4. Друкована плата (загальний вигляд)

Змін

Лист

N докум.

Підпис.

Дата

Лист

Додаток 5. Друкована плата (сторона компонентів)

Змін

Лист

N докум.

Підпис.

Дата

Лист

Додаток 6. Друкована плата (сторона провідників)

Технологічний процес.

1. Плату друковану виготовляти комбінованим позитивним методом.
2. Друкована плата повинна відповідати ГОСТ 23751-86.
3. Плата 3 класу точності.
4. Крок координатної сітки 2,5 мм.
5. Покриття - сплав Розе ТУ 6-09-4065-75.
Отвори

УДО
Діаметр	0,8 мм	2,5 мм
Кількість	59	4
Металізація	Так	Ні

Монтажна плата.
1. Установку елементів проводити відповідно до
ОСТ 4.010.030-81
2. Паяти припоєм ПОС61 ГОСТ 21931-76