Разработка специализированного цифрового узла, осуществляющего преобразование параллельного 8-разрядного входного слова в последовательную форму
| Загрузить архив: | |
| Файл: ref-23060.zip (179kb [zip], Скачиваний: 53) скачать |
Восточно-Сибирский государственный технологический университет
Кафедра ЭВС
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ПО СХЕМОТЕХНИКЕ
Вариант: 1/6/3/3.
Выполнил: студент гр. 621-1
Лазарев В. С.
Руководитель проекта:
Могнонов П. Б.
Улан-Удэ
2004 г.
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ
ПРОЕКТ
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подп. |
|
Дата |
|
Разраб. |
|
Проверил |
|
Н. контр. |
|
Литер. |
|
Лист |
|
Листов |
ВСГТУ ЭТФ |
|
Лазарев В.С. |
|
Утв. |
|
Могнонов П.Б. |
|
|
|
Д |
|
П |
|
621.06211.040.ПЗ |
Восточно-Сибирский Государственный Технологический
Университет
ЗАДАНИЕ
на курсовой проект
по курсу: Схемотехника ЭВМ
студент: Лазарев В.С. группа: 621-1
руководитель: Могнонов П. Б.
срок выполнения проекта по графику:20% к ___ нед., 40% к__нед.,
60% к___нед., 100% к___нед.
Защита проекта _______________2004 г.
1. Тема проекта: Разработка специализированного цифрового узла.
2. Техническое задание: Разработать узел, осуществляющий преобразование параллельного 8-разрядного входного слова в последовательную форму. Считывание входного слова должно выполняться под управлением разрабатываемого узла автоматически по окончании передачи предыдущего слова. Критерий оптимизации: минимум потребляемой мощности.
3. Графическая часть:
лист 1: Функциональная схема
лист 2: Принципиальная схема
1. Содержание расчетно-пояснительной записки (объем не менее 25 страниц, список литературы не менее 10 источников).___________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Руководитель проекта:______________
Дата выдачи: "___" _________________
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Содержание:
Задание на курсовой проект……………….……………………...
Содержание…………………………………………………………….……...
Введение……………………………………………………………….…...
1. Сравнительный анализ возможных вариантов реализации……………………………………………….…………….......
1.1 Анализ возможных вариантов реализации….....................................
1.2 Выбор реализации схемы по заданному критерию оптимизации.....
2. Выбор и описание используемой системы элементов…
2.1 Выбор типа системы элементов и конкретной серии………………. 2.2 Описание характеристик используемой серии……………………...
2.3 Описаниеиспользуемых элементов………………………………...
3. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ГЕНЕРАТОРА ТАКТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ….
4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УЗЛА………..…………
Список используемой литературы……………………………….
ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………......
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подп. |
|
Дата |
|
Разраб. |
|
Проверил |
|
Н. контр. |
|
Литер. |
|
Лист |
|
Листов |
ВСГТУ ЭТФ |
|
Лазарев В.С. |
|
Утв. |
|
Могнонов П.Б. |
|
Д |
|
П |
|
. |
|
621.06211.040.ПЗ |
Введение
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Основной элементной базой современной
дискретной техники является интегральная микроэлектроника. Переход к
интегральным микросхемам существенно изменил способы построения электронной
аппаратуры, поскольку изделия микросхемотехники
представляют собой законченные функциональные узлы. Показатели сложности
микросхемы с точки зрения числа входящих в нее элементов служит степень
интеграции. На практике сложность микросхем оценивают качественными критериями:
микросхемами малой степени интеграции (МИС) считают изделия, содержащие до 10
элементов, средней (СИС) - до 100, большой (БИС) - от 100 до 1000 и
сверхбольшой (СБИС) - свыше тысячи элементов.
Современный этап развития микроэлектронной техники характеризуются широким применением изделий средней и большой степени интеграции. Преимущество цифровых систем на интегральных схемах СИС сравнительно с устройствами, реализованными на приборах МИС, не только в меньшем числе корпусов. С помощью СИС достигается более высокое быстродействие, поскольку задержка импульсов в объеме кристалла меньше задержек во внешних соединениях. Кроме того, элементы, образующие СИС, для уменьшения времени переключения используются, где это допустимо, в ненасыщенном режиме. Функциональные устройства СИС расходуют меньше энергии, поскольку мощность, потребляемая внутренним элементом для переключения конкретной нагрузки, наперед известна, тогда как изделия МИС рассчитываются на максимальную возможную нагрузку, которая в большинстве случаев используется не полностью. Помехоустойчивость СИС также выше, если учесть, что соединения внутри кристалла менее подвержены действию наводок, чем соединения между отдельными интегральными схемами и платами.
Изделия МИС используют по преимуществу как связующие звенья между устройствами СИС и БИС, а также во вспомогательных устройствах (генераторах, формирователях и т. п.)
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Для удобства разработчиков аппаратуры
и по технологическим признакам цифровые интегральные схемы выпускают сериями.
Серией называют совокупность микросхем различного функционального назначения,
которые имеют согласованные электрические и временные параметры для совместного
использования. Микросхемы одной серии изготавливают по единой технологии, и они
имеют сходное конструктивное исполнение. В состав современных развитых серий
входят десятки типов микросхем - от логических элементов до функционально
законченных узлов: счетчиков, регистров, сумматоров, запоминающих устройств.
1. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИЙ
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подп. |
|
Дата |
|
Разраб. |
|
Проверил |
|
Н. контр. |
|
Литер. |
|
Лист |
|
Листов |
ВСГТУ ЭТФ |
|
Лазарев В.С. |
|
Утв. |
|
Могнонов П.Б. |
|
|
|
Д |
|
П |
|
. |
|
621.06211.040.ПЗ |
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
1.1 Анализ возможных вариантов реализации.
При разработке преобразователя параллельного кода в последовательный код было разработано три варианта функциональных схем. В первом варианте работа преобразователя кода основана на схеме малой степени интеграции, основанной на логических элементах и триггерах. Во втором варианте работа преобразователя кода основана на схеме средней степени интеграции, основанной на D-триггерах и двоично-десятичных счётчиках. Третий вариант реализуется на больших интегральных схемах, на основе ПЗУ.
При реализации схемы на элементах малой степени интеграции (см. схему в приложении А), я использовал логические схемы следующих элементов: триггер, элементы И, НЕ, ИЛИ.
При реализации схемы на элементах средней степени интеграции (см. схему в приложении Б) были использованы следующие элементы: генератор тактовых импульсов, двоично-десятичные счетчики. Моя схема имеет 3 внешних сигнала управления: задание режима работы схемы, запись входного слова и стартовый сигнал.
Преобразование кода основано на сдвиговом счетчике, собранном на D-триггерах. Триггера, в количестве 8 штук создают сдвиг параллельного кода на один конечный выход. Конечный выход является прямым выходом последнего триггера. Тактирование происходит от генератора тактовых импульсов.
Для реализации схемы на элементах большой степени интеграции (см. схему в приложении С) я выбрал микросхему ПМЛ КР1556ХП8. Микросхема содержит 8 входов и 8 каналов сдвига с D-триггерами. Каждый D-триггер делай сдвиг, смещает последовательно принятый код на последний Т7 канал.
1.2 Выбор реализации схемы по заданному критерию оптимизации.
Согласно варианту данного задания критерием оптимизации является минимум потребляемой мощности.
1) На СИС это будет таким образом:
DD1=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт
DD2=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт
DD3=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт
DD4=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт
DD5=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт
DD6=(15пФ+7*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1622,46*10-6Вт
DD7=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1466,45*10-6Вт
DD8=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1466,45*10-6Вт
DD9=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1466,45*10-6Вт
DD10=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1466,45*10-6Вт
DD11=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1466,45*10-6Вт
DD12=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1466,45*10-6Вт
DD13=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт
DD14=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт
DD15=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт
Робщ =1528,86*8+1622,46+1466,45*6=22,65204мВт
2) На МИС это будет таким образом:
DD1=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт
DD2=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014Гц=1579,63*10-6Вт
DD3=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт
DD4=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт
DD5=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт
DD6=(15пФ+7*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1944,16*10-6Вт
DD7=(15пФ+7*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1944,16*10-6Вт
DD8=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1336,61*10-6Вт
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
DD9=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1336,61*10-6Вт
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
DD10=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1336,61*10-6Вт
DD11=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1336,61*10-6Вт
DD12=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1336,61*10-6Вт
DD13=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1336,61*10-6Вт
DD14=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт
DD15=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт
DD16=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт
Робщ =1528,86*8+1622,46+1466,45*6=24,545мВт
3) На БИС это будет таким образом:
Для реализации схемы на ПМЛ была выбрана микросхема КР1556ХП8. Данная микросхема потребляет 180 мВт.
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
ГТИ |
|
& |
|
S |
|
& |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
Y0 |
|
D0 |
|
Y1 |
|
D1 |
|
D2 |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
D3 |
|
D4 |
|
D5 |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
D6 |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
D7 |
|
1 |
|
Запись |
|
Запуск |
|
T |
|
J |
|
C |
|
R |
|
T |
|
J |
|
C |
|
R |
|
T |
|
J |
|
C |
|
R |
|
& |
Схема, реализованная на МИС
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
ГТИ |
|
& |
|
S |
|
& |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
Y0 |
|
D0 |
|
Y1 |
|
D1 |
|
D2 |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
D3 |
|
D4 |
|
D5 |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
D6 |
|
& |
|
& |
|
& |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
D7 |
|
≥8 |
|
СT2/10 |
|
+1 |
|
1 |
|
Запись |
|
Запуск |
|
Q0 |
|
Q1 |
|
Q2 |
|
& |
|
К155ИЕ5 |
|
К155ИЕ5 |
|
К155ТМ2 |
|
К155ТМ2 (1/2) |
Схема, реализованная на СИС.
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
T |
|
D |
|
C |
|
R |
|
& |
|
S |
|
≥8 |
|
СT2/10 |
|
+1 |
|
1 |
|
Запись |
|
Запуск |
|
Q0 |
|
Q1 |
|
Q2 |
|
& |
|
К155ИЕ5 |
|
К155ТМ2 (1/2) |
|
ГТИ |
|
+Е |
|
К1556ХП8 |
|
Выход |
|
Входа |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Схема, реализованная на БИС.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подп. |
|
Дата |
|
Разраб. |
|
Проверил |
|
Н.контр |
|
Литер. |
|
Лист |
|
Листов |
ВСГТУ ЭТФ |
|
Лазарев В.С. |
|
Утв. |
|
Могнонов П.Б. |
|
|
|
Д |
|
П |
|
. |
|
621.06211.040.ПЗ |
2.ВЫБОР И ОПИСАНИЕ
ИСПОЛЬЗУЕМОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
2.1 Выбор типа системы элементов и конкретной серии.
Перед любым из разработчиков средств вычислительной техники встает вопрос о выборе используемой системы элементов. Существует более десятка различных систем элементов. Однако перспективными, часто используемыми системами являются системы типов ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ и КМОП.
Каждая из систем имеет свои достоинства и используется для достижения определённого результата.
У нас в стране обширна номенклатура выпускаемых интегральных микросхем. Для построения устройств автоматики и вычислительной техники широкое применение находят цифровые микросхемы серии К155, которые изготавливают по стандартной технологии биполярных микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Имеется свыше 100 наименований микросхем серии К155. При всех своих преимуществах - высоком быстродействии, обширной номенклатуре, хорошей помехоустойчивости - эти микросхемы обладают большой потребляемой мощностью.
Схемы ТТЛШ по сравнению со стандартными схемами ТТЛ позволяют получить большее быстродействие (серии 530, 531), а при некотором увеличении быстродействия значительно уменьшается потребляемая мощность (серии 533, 555, 1533).
Системы элементов ЭСЛ очень быстродейственны, но потребляют значительную мощность.
Системы элементов КМОП используются в устройствах с малым потреблением мощности.
Основными параметрами, позволяющими производить сравнение базовых ЛЭ различных серий, являются время задержки распространения сигнала tз, потребляемая логическим элементом мощность Рсс и работа переключения – произведение потребляемой мощности на время задержки. При сравнении базовых ЛЭ чаще всего используются типовые значения параметров.
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Таким
образом, для достижения оптимизации по максимуму быстродействия, мною была
выбрана серия К155.
2.2 Описание характеристик используемой серии.
Преимуществами элементов серии К155 является обширная номенклатура, высокое быстродействие и хорошая помехоустойчивость.
Ниже приведены основные характеристики микросхем ТТЛ:
· время задержки распространения сигнала tp, - 10 нс/ЛЭ (Сн=15пФ).
· потребляемая логическим элементом мощность Рсс – 10 мВт/ЛЭ.
· частота переключения триггеров,до 35 МГц.
· работа переключения – 100 (Рссtp), пДж.
2.3 Описаниеиспользуемых элементов.
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
2 |
|
4 |
|
6 |
|
8 |
|
3 |
|
5 |
|
9 |
|
11 |
|
13 |
|
10 |
|
12 |
В качестве элемента типа НЕ, я
использовал микросхему К155ЛН1.
1, 3, 5, 9, 11, 13 - входы;
2, 4, 6, 8, 10, 12 - выходы;
7 - общий;
14 - напряжение питания;
Возьмем одну штуку.
Таблица 3. Электрические параметрыК155ЛН1.
|
1 |
Номинальное напряжение питания |
5 В |
|
2 |
Выходное напряжение низкого уровня |
не более 0,4 В |
|
3 |
Выходное напряжение высокого уровня |
не менее 2,4 В |
|
4 |
Входной ток низкого уровня |
не более -1,6 мА |
|
5 |
Входной ток высокого уровня |
не более 0,04 мА |
|
6 |
Входной пробивной ток |
не более 1 мА |
|
7 |
Ток потребления при низком уровне выходного напряжения |
не более 33 мА |
|
8 |
Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения |
не более 12 мА |
|
9 |
Потребляемая статическая мощность на один логический элемент |
не более 19,7 мВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Микросхема К155ЛА3 представляет собой
четыре логических элемента 2И-НЕ. Возьмем 6 штук.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1, 3, 4, 6, 9, 10, 12, 13 - входы X1-X8;
5 - выход Y2; 11 - выход Y4;
7 - общий;
14 - напряжение питания;
Таблица 4. Электрические параметры К155ЛА3.
|
1 |
Номинальное напряжение питания |
5 В |
|
2 |
Выходное напряжение низкого уровня |
не более 0,4 В |
|
3 |
Выходное напряжение высокого уровня |
не менее 2,4 В |
|
4 |
Напряжение на антизвонном диоде |
не менее -1,5 В |
|
5 |
Входной ток низкого уровня |
не более -1,6 мА |
|
6 |
Входной ток высокого уровня |
не более 0,04 мА |
|
7 |
Входной пробивной ток |
не более 1 мА |
|
8 |
Ток потребления при низком уровне выходного напряжения |
не более 22 мА |
|
9 |
Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения |
не более 8 мА |
|
10 |
Потребляемая статическая мощность на один логический элемент |
не более 19,7 мВт |
Микросхема К155ЛЕ1 представляет собой четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ. Возьмем одну штуку.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1, 3, 4, 6, 9, 10, 12, 13 - входы X1-X8;
5 - выход Y2;
11 - выход Y4;
7 - общий;
14 - напряжение питания;
Таблица 4. Электрические
параметры К155ЛЕ1.
|
1 |
Номинальное напряжение питания |
5 В |
|
2 |
Выходное напряжение низкого уровня |
не более 0,4 В |
|
3 |
Выходное напряжение высокого уровня |
не менее 2,4 В |
|
4 |
Напряжение на антизвонном диоде |
не менее -1,5 В |
|
5 |
Входной ток низкого уровня |
не более -1,6 мА |
|
6 |
Входной ток высокого уровня |
не более 0,04 мА |
|
7 |
Входной пробивной ток |
не более 1 мА |
|
8 |
Ток потребления при низком уровне выходного напряжения |
не более 22 мА |
|
9 |
Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения |
не более 8 мА |
|
10 |
Потребляемая статическая мощность на один логический элемент |
не более 19,7 мВт |
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Микросхема К155ЛИ3 представляет собой три логических элемента 3И-НЕ. Возьмем одну штуку.
|
1 |
|
12 |
|
6 |
|
8 |
|
13 |
|
4 |
|
10 |
|
2 |
|
3 |
|
5 |
|
11 |
|
& |
|
& |
|
& |
|
9 |
|
|
6 - выход Y2;
8 – выход Y3;
1, 2, 3, 4, 5, 9, 10, 11, 13 - входы X1-X9;
7 - общий;
14 - напряжение питания;
Таблица 4. Электрические
параметры К155ЛИ3.
|
1 |
Номинальное напряжение питания |
5 В |
|
2 |
Выходное напряжение низкого уровня |
не более 0,3 В |
|
3 |
Выходное напряжение высокого уровня |
не менее 2,4 В |
|
4 |
Напряжение на антизвонном диоде |
не менее -1,5 В |
|
5 |
Входной ток низкого уровня |
не более -1,4 мА |
|
6 |
Входной ток высокого уровня |
не менее 0,04 мА |
|
7 |
Входной пробивной ток |
не более 1 мА |
|
8 |
Ток потребления при низком уровне выходного напряжения |
не более 22 мА |
|
9 |
Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения |
не более 7 мА |
|
10 |
Потребляемая статическая мощность на один логический элемент |
не более 19,4 мВт |
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
 |
Микросхема К155ЛИ1 представляет собой четыре логических элемента 2И. Возьмем одну штуку.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1, 2, 4, 5, 9, 10, 12, 13 - входы X1-X8;
11 - выход Y4;
7 - общий;
14 - напряжение питания;
Таблица 4. Электрические параметры К155ЛИ1.
|
1 |
Номинальное напряжение питания |
5 В |
|
2 |
Выходное напряжение низкого уровня |
не более 0,4 В |
|
3 |
Выходное напряжение высокого уровня |
не менее 2,4 В |
|
4 |
Напряжение на антизвонном диоде |
не менее -1,5 В |
|
5 |
Входной ток низкого уровня |
не более -1,6 мА |
|
6 |
Входной ток высокого уровня |
не более 0,04 мА |
|
7 |
Входной пробивной ток |
не более 1 мА |
|
8 |
Ток потребления при низком уровне выходного напряжения |
не более 22 мА |
|
9 |
Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения |
не более 8 мА |
|
10 |
Потребляемая статическая мощность на один логический элемент |
не более 19,7 мВт |
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Микросхема К155ИЕ5 является четырехразрядным двоичным
счетчиком выполненном на двухступенчатых JK-триггерах. Возьмем одну штуку.
1 – вход счетный; 2, 3 – вход установки «0»
4, 6, 7 – свободный; 5 – Ucc;
8 – выход 2 - разряда; 9 – выход 1 - разряда;
10 – общий; 11 – выход 3 - разряда;
12 – выход 0 - разряда; 13 – свободный;
14 – вход счетный
Таблица 2. Электрическиепараметры счетчиков К155ИЕ5.
|
1 |
Номинальное напряжение питания |
5 В |
|
2 |
Выходное напряжение низкого уровня при Uп=4,75 В |
не более 0,4 В |
|
3 |
Выходное напряжение высокого уровня при Uп=4,75 В |
не менее 2,4 В |
|
5 |
Помехоустойчивость |
не менее 0,4 В |
|
6 |
Входной ток низкого уровня |
не более 1,6 мА |
|
7 |
Входной ток высокого уровня |
не более 0,04 мА |
|
8 |
Входной пробивной ток |
не более 1 мА |
|
9 |
Ток короткого замыкания |
-18...-65 мА |
|
10 |
Ток потребления |
не более 102 мА |
|
11 |
Потребляемая статическая мощность |
не более 535 мВт |
|
Q1 |
|
Q1 |
|
Q2 |
|
Q2 |
|
S1 |
|
R1 |
|
C1 |
|
D1 |
|
S2 |
|
R2 |
|
C2 |
|
D2 |
|
TT |
|
TT |
|
1 |
|
2 |
|
13 |
|
12 |
|
6 |
|
5 |
|
3 |
|
4 |
|
8 |
|
9 |
|
11 |
|
10 |
Микросхема К155ТМ2 содержит два независимых D-триггера, срабатывающих по положительному фронту
сигнала. Возьмем 4 штуки.
6, 8 – входы S; 5, 9 – входы D;
1, 13 – прямые выходы
2, 12 – инверсные выходы;
3, 11 – входы С; 7 – общий;
14 – напряжение питания;
4, 10 – входы R.
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Таблица 2. Электрическиепараметры счетчиков К155ТМ2.
|
1 |
Номинальное напряжение питания |
5 В |
|
2 |
Выходное напряжение низкого уровня при Uп=4,75 В |
не более 0,4 В |
|
3 |
Выходное напряжение высокого уровня при Uп=4,75 В |
не менее 2,4 В |
|
5 |
Помехоустойчивость |
не менее 0,3 В |
|
6 |
Входной ток низкого уровня |
не более 1,6 мА |
|
7 |
Входной ток высокого уровня |
не более 0,04 мА |
|
8 |
Входной пробивной ток |
не более 1 мА |
|
9 |
Ток короткого замыкания |
-18...-65 мА |
|
10 |
Ток потребления |
не более 120 мА |
|
11 |
Потребляемая статическая мощность |
не более 570 мВт |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
D |
|
C |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
Микросхема К1556ХП8 является
программируемой матрицей логики. Данная микросхема содержит в себе 8 В-каналов
и 8 Т-каналов. В нашем случае используются только В-каналы. В каждом канале
имеется D-триггер. Таким образом получается сдвиговый
регистр.
Выходные буферы ПМЛ получает разрешение или запрещение работы от матрицы И, как было рассмотрено в предыдущем параграфе. В микросхеме типа ХП8 имеются элементы памяти – триггеры типа D, в количестве 8 штук.
Задержка между выводами вход-выход составляет не более 40 нс, а между тактовым сигналом и выходом не более 25 нс. Потребляет микросхема 180мА. Следовательно статическое потребление мощности составляет 945 мВт.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подп. |
|
Дата |
|
Разраб. |
|
Проверил |
|
Н. контр. |
|
Литер. |
|
Лист |
|
Листов |
ВСГТУ ЭТФ |
|
Лазарев В.С. |
|
Утв. |
|
Могнонов П.Б. |
|
Д |
|
П |
|
. |
|
621.06211.040.ПЗ |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подп. |
|
Дата |
|
Разраб. |
|
Проверил |
|
Н. контр. |
|
Литер. |
|
Лист |
|
Листов |
ВСГТУ ЭТФ |
|
Лазарев В.С. |
|
Утв. |
|
Могнонов П.Б. |
|
Д |
|
П |
|
. |
|
621.06211.040.ПЗ |
3. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ
ГЕНЕРАТОРА ТАКТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ
Создание ГТИ для больших вычислительных устройств и систем является самостоятельной сложной инженерной задачей. Подобные ГТИ строятся, как правило, на дискретных компонентах, обеспечивают значительную выходную мощность, высокую стабильность временных соотношений качественные перепады выходного сигнала.
|
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
R1 |
Расчет номиналов элементов для ГТИ.
При использовании микросхем не ТТЛ логики необходимо использовать дополнительный резистор. В моем же случае этого не надо.
Возьмём R1 = 300Ом.
tзд=tздDD13.1+tздDD6+tздDD15=22нс+36нс +27нс=85нс
F=1/tзд=1/85нс=11,764 МГц
С1 = 1/ (2,3 • R1 • 11,764МГц) = 125пФ
Выбран конденсатор типа КМ-5 емкостью 125пФ и резистор МЛТ-0,125 сопротивлением 300Ом.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подп. |
|
Дата |
|
Разраб. |
|
Проверил |
|
Н. контр. |
|
Литер. |
|
Лист |
|
Листов |
ВСГТУ ЭТФ |
|
Лазарев В.С. |
|
Утв. |
|
Могнонов П.Б. |
|
|
|
Д |
|
П |
|
. |
|
621.06211.040.ПЗ |
4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ
СХЕМЫ УЗЛА
Переход к принципиальной схеме.
При разработке принципиальной электрической схемы осуществляется переход от выбранной функциональной схемы к схеме принципиальной. В данном курсовом проекте нужно спроектировать устройство преобразующее двоичный код в доично-десятичнй код. При этом основным важным компонентом проектирования схемы будет подбор требуемых микросхем.
На схеме каждому элементу присвоено цифровое позиционное обозначение согласно ГОСТ 2.710-81.
Для надежной работы схемы и для обеспечения помехоустойчивости напряжения питания в цифровых устройствах обязательно фильтруются. Как правило, используется простейший способ фильтрации с помощью конденсатора. В этих целях используемнизкочастотный электролитический конденсатор (типа К52, К53 или подобным ему) значительной емкости 5-30мкФ по каждой из шин питания и по одному высокочастотному конденсатору (типа КМ-5, КМ-6) емкостью 0,1-1мкФ на каждые 2-5 корпусов микросхем.
Неиспользованные входы можно подключить либо к источнику питания, либо к “земле” с учетом функциональных особенностей микросхемы.
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подп. |
|
Дата |
|
Разраб. |
|
Проверил |
|
Н. контр. |
|
Литер. |
|
Лист |
|
Листов |
ВСГТУ ЭТФ |
|
Лазарев В.С. |
|
Утв. |
|
Могнонов П.Б. |
|
|
|
Д |
|
П |
|
. |
|
621.06211.040.ПЗ |
Список использованной
литературы
1. Угрюмов Е.П. “Проектирование элементов и узлов ЭВМ” М. Высшая школа, 1987г.
2. “Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник”, Под ред. С.В.Якубовского. - М. Радио и связь, 1990.
3. Могнонов П.Б. “Схемотехника ЭВМ”: Учебное пособие ВСГТУ.- Улан-Удэ, 1997г.
4. Справочник «Логические И.С.1553,1554», 2-часть.- «Бином»,1993г.
5. “Методические указания к курсовому проекту по Схемотехнике ЭВМ.” Составитель П.Б.Могнонов. -Улан-Удэ,1995г.
6. Шило В.Л. “Популярные цифровые МС.”, М: Радио и связь.1989г.
7. Учебник «Схемотехника ЭВМ»,составитель Могнонов.П.Б.
8. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Том 2./А. В. Нефедов. - М.:ИП РадиоСофт, 1998г.
9. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги Справочник. Перельман Б.Л.,Шевелев В.И. "НТЦ Микротех", 1998г.
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Приложения
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подп. |
|
Дата |
|
Разраб. |
|
Проверил |
|
Н. контр. |
|
Литер. |
|
Лист |
|
Листов |
ВСГТУ ЭТФ |
|
Лазарев В.С. |
|
Утв. |
|
Могнонов П.Б. |
|
|
|
Д |
|
П |
|
. |
|
621.06211.040.ПЗ |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подп. |
|
Дата |
|
Разраб. |
|
Проверил |
|
Н. контр. |
|
Литер. |
|
Лист |
|
Листов |
ВСГТУ ЭТФ |
|
Лазарев В.С. |
|
Утв. |
|
Могнонов П.Б. |
|
|
|
Д |
|
П |
|
621.06211.040.ПЗ |
Расчет мощности элементов
|
621.06211.040.ПЗ |
Лист |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
Расчет
мощности элементов.
С достаточной для практического применения точностью потребляемая каждым элементом мощность может быть найдена по формуле,приведенной в методических указаниях к курсовому проекту:
где Сн = См + kСвх - емкость нагрузки; Свых - выходная емкость логического элемента (принимается 30 пФ); См - емкость монтажа (принимается 15 пФ); Свх - входная емкость элемента нагрузки (принимается 10 пФ или по паспортным данным); k - количество элементов нагрузки; F - частота переключения; E - напряжение питания.
DD1=(15пФ+10*10пФ+30пФ)*25в*2Мгц =725*10-6Вт
DD2=(15пФ+9*10пФ+30пФ)*25в*5Мгц =1562,5*10-6Вт
DD3=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*25в*4Мгц=850*10-6Вт DD4=(15пФ+1*10пФ+30пФ)*25в*4Мгц =550*10-6Вт
DD5=(15пФ+1*10пФ+30пФ)*25в*15Мгц =2062,5*10-6Вт
DD6=(15пФ+1*10пФ+30пФ)*25в*15Мгц =2062,5*10-6Вт
DD7=(15пФ+1*10пФ+30пФ)*25в*15Мгц =2062,5*10-6Вт
DD8=(15пФ+1*10пФ+30пФ)*25в*15Мгц =2062,5*10-6Вт
DD9=(15пФ+1*10пФ+30пФ)*25в*15Мгц =2062,5*10-6Вт
DD10=(15пФ+1*10пФ+30пФ)*25в*15Мгц =2062,5*10-6Вт
DD11=(15пФ+1*10пФ+30пФ)*25в*15Мгц =2062,5*10-6Вт
DD12=(15пФ+1*10пФ+30пФ)*25в*15Мгц =2062,5*10-6Вт
DD13=(15пФ+1*10пФ+30пФ)*25в*15Мгц =2062,5*10-6Вт
Pобщ.(СИС)=222500 • 10-6 Вт=22,25мВт.