Комбинационная схема управляющая семисегментным индикатором

 

Введение

Микроэлектроника - это современная квинтэссенция электроники, в которой ее информационные свойства достигают максимума, то есть плотность потоков информации на единицу веса намного превосходят таковую в остальной электронике, а тем более в электротехнике. Задача микроэлектроники - сугубо обработка информации.

Также, как в свое время электроника выделилась из электротехники своими информационными функциями, - сначала лишь передачей информации (телеграфия XIX века, телефония на рубеже XIX - XX веков, радиотехника в первой половине XX века), а затем управлением (релейная техника, управление электрическими сетями и электроприводом), сбором и обработкой информации, так же и микроэлектроника выделилась из электроники, как ее передовая часть, с еще большим превалированием информационных потоков над энергетическими и вещественными. Микроэлектроника родилась не сразу, а эволюционно, в течение многих десятилетий.

Рассматривая это развитие в ключе электронного конструктива и монтажа, можно выделить следующие этапы развития.

На первом этапе технология электроники опиралась на навесной радиотехнический монтаж: навесные детали, паяные соединения монтажным проводом, клеммники, разъемы. Этот этап длился около столетия - с середины XIX века по середину XX века.

В 1940-х годах появилась новая технология - печатные платы. Их изготовляли методом фотолитографии с последующим травлением фольгированных диэлектрических листов, печатных плат. Новая технология позволила сократить затраты ручного труда на пайку и монтаж. Появились автоматизированные монтажные линии, осуществлявшие автоматическую сборку деталей на печатных платах и пайку волной, то есть кратковременным погружением в кювету с припоем. Электронные устройства стали более миниатюрными, модульными, легкими, устойчивыми к механическим воздействиям, более надежными благодаря замене навесных проводов печатными проводниками, плотно приклеенными к основанию платы.

В связи с изобретением точечного германиевого транзистора в 1948 году в лаборатории Bell Telephone Laboratories и созданием плоскостных кремниевых транзисторов в 1953 году на фирме Texas Instrument Incorporation и налаживанием их группового производства, которые в отличие от электронных ламп не рассеивали большого количества тепла, в 1950-х годах появилась технология микромодульного монтажа, когда сложный интегральный модуль собирался в виде этажерки отдельных микромодулей - маленьких печатных плат стандартного размера. При этом достигалась высокая плотность упаковки электронных компонентов. Однако эта технология быстро изжила себя в связи с появлением следующего поколения монтажа, но впоследствии возродилась в виде многослойных печатных плат.

В 1960-х годах появились первые микросхемы - гибридные интегральные схемы на основе тонкопленочной технологии, когда проводники изготавливались напылением металла на тонкие диэлектрические (обычно стеклянные) пластинки - подложки. На них пайкой монтировались бескорпусные электронные компоненты: транзисторы, диоды, емкости и резисторы. Последние часто изготавливались напылением резистивного слоя на стеклянную подложку.

После создания первой интегральной схемы на основе монокристаллической полупроводниковой технологии в 1961 году на фирме Fairchild Semiconductor, представляющей собой триггер, состоящий из четырех биполярных транзисторов и двух резисторов, началось развитие настоящих полупроводниковых микросхем, которые вначале часто использовались как электронные компоненты гибридных микросхем. Таким образом, в 1970-х годах произошел поворот электронной промышленности к разработке всё более сложных микросхем, использующих лишь единственный кристалл кремния ("чип").

1. Общая часть

.1 Назначение устройства

На рисунке в виде черного ящика показана комбинационная схема (КС) управляющая семисегментным индикатором.

На вход схемы подаются различные комбинации двоичных сигналов X1 - X4. 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 функциональной схемы).

Требуется:

. Составить совмещенную таблицу истинности для X1 - X4, комплект карт Карно для функции Y, провести минимизацию в СДНФ и записать логические формулы, выражающие Y через X1 - X4, выполнить преобразование этих формул к виду, обеспечивающему минимально возможную реализацию КС в системе логических элементов ТТЛ серии типа К155 или К555;

. Выполнить принципиальную электрическую схему устройства.

. Провести расчет быстродействия и мощности.

. Выполнить расчет надежности.

.2 Составление таблицы истинности работы устройства

Для создания электрической принципиальной схемы выстраиваем таблицу истинности работы устройства по следующему набору комбинаций 1,2,3,5,7,9,A,B,С.

X1X2X3X4Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7100011000001200101101110300111101011501010111011701111100001910011111011A10101111101B10110011111С11000110110

.3 Минимизация логической функции

Карты Карно представляют собой специально организованные таблицы соответствия, на которых удобно осуществляются операции склеивания при упрощении функции на пути к минимальным формам. Столбцы и строки таблицы соответствуют всевозможным наборам значений переменных, причем эти наборы расположены в таком порядке, что каждый последующий отличается от предыдущего только одной из переменных. Благодаря этому соседние ячейки по горизонтали и вертикали отличаются значением только одной переменной. Ячейки, расположенные по краям таблицы, также считаются соседними и обладают этим свойством.

Составление СДНФ по таблице, построение карт Карно и минимизирование их.

1.4 Выбор и обоснование функциональной схемы устройства

Построение схемы на основе карт Карно

1.5 Выбор и обоснование элементной базы проектируемого устройства

Синтез электрической принципиальной схемы в базисе «И-НЕ» можно сделать путем преобразования следующих формул:

Я сделал это потому что в базисе «ИЛИ» нету 4-х и 5-ти ходовых микросхем серии К155 и К555.

В результате получаем схемы отрицания:

Для проектирования устройства было предложено выбрать элементы ТТЛ серий К155 и К555.

В таблице показано сравнение главных характеристик выбранных микросхем К155 и К555 серий.

Обознач. параметрыЛА1ЛА2ЛА4К155К555К155К555К155К555Потребляемая мощность, мВт78,87,88214.259,111,8Время задержки, нс222015332220Коэффициент разветвления102010201020

После сравнения характеристик этих двух серий я выбрал К555 серию, так как:

. Коэффициент разветвления у неё в два раза больше, чем у 155 серии, что в дальнейшем даст возможность не использовать дополнительные резисторы на входе схемы;

. Элементы К555 серии потребляют меньше мощности в отличие от серии 155, так как при незначительном отличии в быстродействии, разница в энергопотреблении очень существенна.

Потребляемая мощность - значение мощности, потребляемой микросхемой от источников питания в заданном режиме;

Время задержки - интервал времени между входным и выходным импульсами.

Коэффициент разветвления - число единичных нагрузок, которые можно подключить одновременно к выходу микросхемы.

В моей схеме используется микросхемы серии К555:ЛА1, ЛА2, ЛА4, ЛН1.

В качестве индикатора выбран семисегментный индикатор АЛС113Е, так как у него низкая потребляемая мощность как и у микросхем серии К555, что подходит под эту серию микросхем.

Элементная база устройства

Цифровой индикатор АЛС113Е.

2. Специальная часть

.1 Ориентировочный расчет быстродействия и потребляемой мощности устройства

Расчет быстродействия устройства:

Ток индикатора равен 5мА, а напряжение равно 2В. Из этого следует, что мощность индикатора равна Р = I * U :

Pинд = 5 * 2 = 10мВт

Расчет мощности устройства:

.2 Расчет вероятности безотказной работы устройства сравнения и среднего времени наработки на отказ

семисегментный индикатор электрический схема

Данные для расчета надежности устройства показаны в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Наименование и тип элементаОбозначение в схемеКол-во элементовlо*10-6Режим работыПоправ коэф кlКоэф.аlini liКнtсИМС c закрытым коллекторомD1-D12120.115012,70,273,24ИндикаторVD1-VD77515011,6856

Расчет надёжности устройства:

Расчет времени наработки до отказа:

Расчет Р(t) производится по общей формуле .

Имея значения P(t) в десяти точках, можно построить графически зависимость P(t).

Заключение

В данном курсовом проекте я разработал электрическую принципиальную схему управления семисегментного индикатора.

По заданию, я составил таблицы истинности и минимизировал логическую функцию. Затем получил сигналы которые поступят на индикатор, пройдя инверсию. Преобразовав полученные формулы и выделив повторяющиеся блоки, оптимизировал работу схемы. В схеме используются микросхемы серии К555, так как во-первых они новее чем серия К155, а во-вторых они потребляют меньше мощности. Также рассчитывал быстродействие, потребляемую мощность, вероятность безотказной работы устройства. Затем графически показал зависимость P(t).

Список использованной литературы

1.Мышляева И.М. «Цифровая схемотехника: Учебник для сред. проф. Образования / Ирина Михайловна Мышляева. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 400с.»

2.Голомедова А.В. «Полупроводниковые приборы, диоды высокочастотные, диоды импульсные, оптоэлектронные приборы: Справочник/А.Б. Гитцевич, А. А. Зайцев, В.В Мокряков и др.; Под ред. А.В. Голомедова - М : Радио и связь, 1988 - 592 с.: ил»

3.Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Серии К544-К564.-М.; KУбК-а, 1997г

4.#"justify">5.http://bourabai.kz/toe/ic0.htm

Введение Микроэлектроника - это современная квинтэссенция электроники, в которой ее информационные свойства достигают максимума, то есть плотность потоко

Больше работ по теме: