|
|
|
|
|
|
|
|
00
|
01
|
11
|
10
|
|
00
|
0
|
1
|
0
|
1
|
|
01
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
11
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
10
|
1
|
1
|
0
|
1
|
Операцию склеивания также можно представить в
такой форме:
term1)
|
x
|
y
|
q
|
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
1
|
0
|
0
|
1
|
|
|
|
|
|
term2)
|
x
|
y
|
z
|
q
|
|
0
|
0
|
1
|
0
|
|
1
|
0
|
1
|
0
|
|
|
|
|
|
term3)
|
x
|
y
|
z
|
q
|
|
1
|
0
|
0
|
0
|
|
1
|
0
|
1
|
0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В итоге, МДНФ функции Y2:
Представим функции Y1 и Y2 в базисе «И-НЕ».
Перевод в заданный базис проводится с
использованием правила де Моргана и закона двойного отрицания.
4. Функциональная логическая схема
минимизированных функций алгебр логики Y1 и Y2
Рис. 2
5. Выбор технического решения.
Обоснование
Из рис.2 видно, что в схеме содержится 7
элементов 3И-НЕ и 5 элементов 2И-НЕ.
Выбор интегральной микросхемы.
Для реализации логических функций схемы рис.2
используем интегральные микросхемы из 155 серии ТТЛ (SN74): К155ЛА3 (или
К155ЛА13), состоящая из четырех логических элементов 2И-НЕ и К155ЛА4 (или
К155ЛА10), состоящая из трех логических элементов 3И-НЕ.
Типовые параметры микросхем серии К155:
. Время задержки распространения - 10нс;
. Удельная потребляемая мощность - 10мВт/лэ;
. Работа переключения - 100пДж;
. Коэффициент разветвления по выходу - 10;
. Напряжение питания - +5В;
. Выпускается в пластмассовых корпусах с
вертикальным расположением выводов типа DIP;
. Отклонение напряжения питания от номинального
значения: ±5%;
. Диапазон рабочих температур - -10…+700С;
Предельно допустимые значения параметров и
режимов эксплуатации микросхем серии К155 в диапазоне рабочих температур:
. Кратковременное, в течении 5нс, напряжение
питания - 7В;
. Максимальное постоянное напряжение питания -
5,25В;
. Минимальное постоянное напряжение питания -
4,75В;
. Максимальное напряжение между входами - 5,5В;
. Минимальное отрицательное напряжение на входе
- -0,4В;
. Максимальное напряжение логического «0» на
входе - 0,8В;
. Минимальное напряжение логической «1» на входе
- 2,0В;
. Максимальное напряжение на запертом выходе -
5,25В;
. Максимальный выходной ток логического «0» -
16мА;
. Максимальный выходной ток логической «1» -
1-0,4мА;
. Максимальная емкость нагрузки - 15пФ;
Конструктивные параметры микросхем серии К155
(чертеж в масштабе М1:2)
Рис. 3
Выберем из микросхем К155ЛА4 и К155ЛА10 наиболее
оптимальный вариант по их параметрам.
Параметры
при +25ºС
|
К155ЛА4
|
К155ЛА10
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Здесь, - ток потребления
при низком уровне напряжения;
- ток потребления
при высоком уровне напряжения;
- выходной ток
низкого уровня;
- входной ток
низкого уровня;
- входной ток
высокого уровня;
- выходное
напряжение низкого уровня;
- выходное
напряжение высокого уровня;
задержка распространения отрицательного
выходного сигнала относительно входного
.
задержка распространения положительного
выходного сигнала относительно входного;
потребляемая статическая мощность на один
элемент.
Из характеристик интегральных микросхем К155ЛА4
и К155ЛА10 видно, что микросхема К155ЛА4 отличается от К155ЛА10 только
параметром. У микросхемы К155ЛА4 он меньше. А если мал, то выходной импульс
запоздает мало и среднее время задержки распространения сигнала сократится, что
увеличивает эффективность интегральной микросхемы.
Следовательно, выбираем микросхему К155ЛА4
(аналог 7410PC).
Выберем из микросхем К155ЛА3 и К155ЛА13 наиболее
оптимальный вариант по их параметрам.
Параметры
при +25ºС
|
К155ЛА3
|
К155ЛА13
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Анализируя характеристики интегральных микросхем
К155ЛА3 и К155ЛА13 выбираем микросхему К155ЛА3 (аналог 7400PC)., т.к. у нее
параметры и меньше чем у
К155ЛА13.
Т.о. выбираем микросхемы К155ЛА3 и К155ЛА4:
Рис. 4
№
выв.
|
Назначение
|
1
|
Вход
|
2
|
Вход
|
3
|
Выход
|
4
|
Вход
|
5
|
Вход
|
6
|
Выход
|
7
|
Общий
GDN (-5В)
|
8
|
Выход
|
9
|
Вход
|
10
|
Вход
|
11
|
Выход
|
12
|
Вход
|
13
|
Вход
|
14
|
(+5В)
|
Принципиальная схема цифрового автомата.
Для составления принципиальной и монтажной схем,
нам необходимо определить количество микросхем, а также, дополнительного
оборудования, поэтому составляем спецификации используемых микросхем и
оборудования (табл.3, табл.4).
Таблица 3 - Спецификация используемых микросхем
№
п/п
|
Тип
микросхемы
|
Кол-во
|
Обозначение
в схеме
|
Примечание
|
1
|
К155ЛА4
|
3
|
D1,
D2, D3
|
|
2
|
К155ЛА3
|
1
|
D4
|
|
Таблица - Спецификация дополнительного
оборудования
№
п/п
|
Тип
оборудования
|
Кол-во
|
Обозначение
в схеме
|
Примечание
|
1
|
Коннектор
CONN-SIL2
|
2
|
XS2,
XS3
|
|
2
|
Коннектор
CONN-SIL4
|
1
|
XS1
|
|
Микросхемы D1, D2 и элемент D3.1 микросхемы D3,
работают в режиме 3И-НЕ.
Элемент D3.2 микросхемы D3, работает в режиме
2И-НЕ. Для этого в элементе соединим ножки 4 и 5.
Микросхема D4 работает в режиме 2И-НЕ.
Рис. 5
Монтажная схема представлена в масштабе М1:2.
Тип монтажа и размещения элементов: печатная плата.
Трассировка дорожек печатной платы:
двухсторонняя (трассировка дорожек печатной платы выполнена в программном
комплексе Proteus v7.7).
Геометрические характеристики монтажа:
толщина платы: 1,25мм;
высота зазора (верх): 10мм;
высота зазора (низ): 1мм;
Выводы
Расчетно-графическая работа была выполнена по
дисциплине "Основы электроники" по теме "Синтез и исследование
логической схемы цифрового автомата, построенного на цифровых
микросхемах".
В расчетно-графической работе была разработана
схема цифрового автомата, принцип работы которого был определен функциями
алгебр логики Y1 и Y2. По таблице истинности и данным логическим функциям Y1 и
Y2, была составлена СДНФ логических функций, которые, с помощью карт Карно,
минимизировали в МДНФ и представили в базисе И-НЕ.
С помощью МДНФ была построена функциональная
схема цифрового автомата, которая использовалась для создания принципиальной
схемы ЦА.
Принципиальная схема цифрового автомата
построена с использованием микросхем серии К155 имеющей достаточно высокое
быстродействие. Схема построена на логических элементах базиса И-НЕ. Общее
количество микросхем 4, потребляемая мощность 39,4 мВт. По принципиальной схеме
была составлена монтажная схема печатной платы с размещением элементов и
трассировкой дорожек.
Список используемой литературы
1. Безуглов
Д.А., Калиенко И.В. Цифровые устройства и микропроцессоры. Учебное пособие. 2-е
издание. Р-Д., 2008. - 469 с.
2. Джон
Ф. Уэйкерли. Проектирование цифровых устройств. Т.1.М.: Постмаркет, 2002. - 533
с.
. Бойко
В.И. Схемотехника электронных систем. Цифровые устройства. С-П.: БХВ-Петербург,
2004. - 501 с.
. Миловзоров
В.П. Элементы информационных систем.М.: Высшая школа, 1989. - 434 с.
. Новиков
Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы
проектирования. М.: Мир, 2001. - 379 с.
. Новиков
Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. Курс лекций. М.:
ИНТУИТ.РУ, 2003. - 440 с.
. Сапожников
Н.Е. Основы программирования и вычислительной техники. - Ч. 1 / Н.Е.
Сапожников. - Севастополь: СИЯЭиП, 1990. - 200 с.
. Шило
В.Л. Популярные цифровые микросхемы. М.: Радио и связь, 1988. - 352 с.
. Усатенко
С.Т. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник / С.Т. Усатенко и др. -
М.: Изд-во стандартов, 1989. - 325 с.
. Основы
устройства и применения вычислительной техники / Под ред. В.Я. Суханова. -
Петродворец: ВВМУРЭ им. А.С. Попова, 1987. - 600 с.
. Пухальский
Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учеб. пособие для ВТУЗов. СПб.:
Политехника, 2006. - 885 с.
. Преснухин
Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств. М.:
Высш. шк., 2001. - 526 с.
. Букреев
И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств.
М.: Радио и связь, 2000. - 416 с.