Устройство селективного управления работой семисегментного индикатораТребования 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 X 1 , X 2 , X 3 , X 4 ( X 1 - 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 . | N | X 1 | X 2 | X 3 | X 4 | Y 1 | Y 2 | Y 3 | Y 4 | Y 5 | Y 6 | Y 7 | | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | | 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | | 3 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | | 4 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | | 7 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | | 8 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | | B | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | | C | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | | F | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1.3. Минимизация логической функции.
Составить СДНФ по таблице, построить карты Карно и минимизировать их.     EQ   EQ EQ                    1.4. Выбор и обоснование функциональной схемы устройства. SHAPE * MERGEFORMAT | На основе карт Карно составлена следующая функциональная схема. |  1.5. Синтез электрической принципиальной схемы в базисе «И-НЕ». Можно уменьшить количество наименований схем. Это можно сделать путем преобразования с помощью формул:   В результате получаем только схемы “И-НЕ” и схемы отрицания        Повторяющиеся значения формул СДНФ         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: ¾ ¾ 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 VT 2 – VT 4, многоэмиттерный транзистор VT 1, 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 | № выв. | Назначение | № выв. | Назначение | | 1 2 3 4 5 6 7 | Вход Х 1 Вход Х 2 Свободный Вход Х 3 Вход Х 4 Выход Y 1 Общий | 8 9 10 11 12 13 14 | Выход Y 2 Вход Х 5 Вход Х 6 Свободный Вход Х 7 Вход Х 8 Ucc | DIP14 Пластик | Тип микросхемы | К555ЛА1 | | Фирма производитель | СНГ | | Функциональные особенности | 2 элемента 4И-НЕ | | U пит | 5В ± 5% | | U пит (низкого ур-ня) | 0,5В | | U пит (высокого ур-ня) | 2,7В | | I потреб (низкий ур-нь U вых ) | 2,2мА | | I потреб (высокий ур-нь U вых ) | 0,8мА | | I вых (низкого ур-ня) | |-0.36| мА | | I вых (высокого ур-ня) | 0,02мА | | P | 7,88мВт | | t задержки | 20нСек | | K развёртки | 20 | | Корпус | DIP 14 | К555ЛА2 Логический элемент 8И-НЕ | № выв. | Назначение | № выв. | Назначение | | 1 2 3 4 5 6 7 | Вход Х 1 Вход Х 2 Вход Х 3 Вход Х 4 Вход Х 5 Вход Х 6 Общий | 8 9 10 11 12 13 14 | Выход Y 1 Свободный Свободный Вход Х 7 Вход Х 8 Свободный Ucc | DIP14 Пластик | Тип микросхемы | К555ЛА2 | | Фирма производитель | СНГ | | Функциональные особенности | элемент 8И-НЕ | | U пит | 5В ± 5% | | U пит (низкого ур-ня) | 0,5В | | U пит (высокого ур-ня) | 2,7В | | I потреб (низкий ур-нь U вых ) | 1,1мА | | I потреб (высокий ур-нь U вых ) | 0,5мА | | I вых (низкого ур-ня) | |-0 ,4 | мА | | I вых (высокого ур-ня) | 0,02мА | | P | 4,2мВт | | t задержки | 35нСек | | K развёртки | 20 | | Корпус | DIP 14 | К555ЛА4 Три логических элемента 3И-НЕ | № выв. | Назначение | № выв. | Назначение | | 1 2 3 4 5 6 7 | Вход Х 1 Вход Х 2 Вход Х 4 Вход Х 5 Вход Х 6 Выход Y 2 Общий | 8 9 10 11 12 13 14 | Выход Y 3 Вход Х 7 Вход Х 8 Вход Х 9 Выход Y 1 Вход Х 3 Ucc | DIP14 Керамический | Тип микросхемы | К555ЛА4 | | Фирма производитель | СНГ | | Функциональные особенности | 3 элемента 3И-НЕ | | U пит | 5В ± 5% | | U пит (низкого ур-ня) | 0,5В | | U пит (высокого ур-ня) | 2,7В | | I потреб (низкий ур-нь U вых ) | 1,2мА | | I потреб (высокий ур-нь U вых ) | 0,8мА | | I вых (низкого ур-ня) | |-0.36| мА | | I вых (высокого ур-ня) | 0,02мА | | P | 11,8мВт | | t задержки | 15нСек | | K развёртки | 20 | | Корпус | DIP 14 | К555ЛН 1 Шесть инверторов | № выв. | Назначение | № выв. | Назначение | | 1 2 3 4 5 6 7 | Вход Х 1 Выход Y 1 Вход Х 2 Выход Y 2 Вход Х 3 Выход Y 3 Общий | 8 9 10 11 12 13 14 | Выход Y 4 Вход Х 4 Выход Y 5 Вход Х 5 Выход Y 6 Вход Х 6 Ucc |  DIP14 Пластик | Тип микросхемы | К555ЛН1 | | Фирма производитель | СНГ | | Функциональные особенности | 6 инверторов | | U пит | 5В ± 5% | | U пит (низкого ур-ня) | 0,5В | | U пит (высокого ур-ня) | 2,7В | | I потреб (низкий ур-нь U вых ) | 6,6мА | | I потреб (высокий ур-нь U вых ) | 2,4мА | | I вых (низкого ур-ня) | |-0.36| мА | | I вых (высокого ур-ня) | 0,02мА | | P | 23,63мВт | | T задержки | 20нСек | | K развёртки | 20 | | Корпус | DIP 14 | К555ЛН2 Шесть инверторов с открытым коллекторным выходом | № выв. | Назначение | № выв. | Назначение | | 1 2 3 4 5 6 7 | Вход Х 1 Выход Y 1 Вход Х 2 Выход Y 2 Вход Х 3 Выход Y 3 Общий | 8 9 10 11 12 13 14 | Выход Y 4 Вход Х 4 Выход Y 5 Вход Х 5 Выход Y 6 Вход Х 6 Ucc |  DIP14 Пластик | Тип микросхемы | К555ЛН2 | | Фирма производитель | СНГ | | Функциональные особенности | 6 инверторов с открытым коллекторным выходом | | U пит | 5В ± 5% | | U пит (низкого ур-ня) | 0,5В | | U пит (высокого ур-ня) | 2,7В | | I потреб (низкий ур-нь U вых ) | 6,6мА | | I потреб (высокий ур-нь U вых ) | 2,4мА | | I вых (низкого ур-ня) | |-0.36| мА | | I вых (высокого ур-ня) | 0,02мА | | P | 23,63мВт | | T задержки | 32нСек | | K развёртки | 20 | | Корпус | DIP 14 | ИНДИКАТОР ЦИФРОВОЙ АЛС320Б | Название | АЛС320Б | | Цвет свечения | зеленый | | Н, мм | 5 | | М | 1 | | Lmin , нм | 555 | | L max, нм | 565 | | Iv, мДж | 0.15 | | при Iпр, мА | 10 | | Uпр max(Uпр max имп), В | 3 | | Uобр max(Uобр max имп), В | 5 | | I пр max(Iпр max имп), мА | 12 | | I пр и max, мА | 60 | | при t и, мс | 1 | | при Q | 12 | | Т,°С | -60…+70 | 2. Расчетная часть 2.1. Расчет быстродействия и потребляемой мощности устройства · Расчет номиналов резисторов EQ    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      Таким образом, из расчета, время задержки составляет 127 нс. · Расчет мощности       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 | l о 10 -6 | Режим работы | Усл. раб. К l | Коэф. а | l i = a к l l о 10 -6 |  10 -6 | | К н | t с | | Резисторы | R 1 | 1 | 1 | 1 | 50 | 1, 6 | 2,7 | 4,32 | 4,32 | | R 2-8 | 7 | 0,4 | 1,728 | 12,096 | | ИМС | DD 1 -DD 10 | 10 | 0,1 | 1 | 50 | 1 | 2 , 7 | 0,27 | 2,7 | | ИМС (К555ЛН2) | DD 11 - DD 12 | 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    2. Ориентировочный расчет    3. Окончательный расчет              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.
|
