Устройство двоично-десятичного (BCD) кодирования номера зачетной книжки студента

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.О. СУХОГО

Факультет автоматизированных и информационных систем

Кафедра "Промышленная электроника"

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине "Цифровая электроника"

на тему: "Устройство двоично-десятичного (BCD) кодирования номера зачетной книжки студента. "

Исполнитель: студент гр. ПМ-31

Широкий А.С.

Руководитель: преподаватель

Котова Ю.Е.

Гомель 2012

Содержание

Введение

1. Постановка задачи

2. Таблица истинности

3. Генераторы импульсов

4. Счетчик импульсов

5. Схема совпадения кодов

6. Регистры памяти

7. Минимизация булева выражения

Заключение

Литература

Введение

Ускорение научно-технического прогресса, развитие автоматизации процессов производства требует постоянного совершенствования систем сбора и переработки информации. Наиболее успешно это решается при выполнении операций с величинами, представленными в дискретном (цифровом) виде.

К основным преимуществам обработки дискретной информации следует отнести высокую точность, большое быстродействие и хорошую помехозащищенность, в чем немалую роль сыграл опыт разработки средств цифровой вычислительной техники. Последнее относится не только к результатам, полученным на выходе цифровых приборов, но и ко многим узлам собственно аналого-цифровых преобразователей (АЦП), представляющих типичные элементы и устройства ЭВМ.

Следует отметить также и то, что в настоящее время в связи со снижением стоимости элементов и узлов цифровой и вычислительной техники наметилась тенденция ещё более широкого введения этих элементов в состав измерительных устройств с цифровым выходом, вплоть до применения процессоров, устройств отображения и т.п. Положительные свойства с многодекадным цифровым отсчетом известны давно и в случаях, когда необходима высокая точность измерения при большом линейном диапазоне, применялись приборы подобного типа (например, мосты и компенсаторы постоянного тока). При этом, однако, логические операции в измерительном процессе выполнялись оператором.

Современные цифровые приборы отличаются большой степенью автоматизации измерительного процесса, высоким быстродействием и удобством передачи результатов измерения на расстоянии, что особенно важно при непосредственной передаче информации в ЭВМ, работающие в режиме реального масштаба времени, например, в системе автоматического управления технологическим процессом. Автоматические цифровые приборы также широко применяют при выполнении лабораторных и цеховых измерений с участием оператора; при этом повышается удобство и производительность измерений, а также исключается субъективная погрешность отсчета, связанная с использованием стрелочных приборов.

Схемотехническая реализация всего многообразия цифровых ИС осуществляется на основе логических элементов (Л. Э.), которые представляют собой логические электронные схемы, выполняющие элементарные логические функции (конъюнкцию, дизъюнкцию, инверсию, запоминание и др.)

При проектировании ЭВМ и ЦИП используется та или иная система ЛЭ, отвечающая требованиям функциональной полноты и обеспечивающая техническую реализацию достаточно сложных логических цепей, согласованность уровней входных и выходных сигналов, общность эксплуатационных свойств, типизацию функциональных схем и конструкций ЦИП и ЭВМ.

Существует большое разнообразие систем логических элементов в зависимости от типа логической схемы (диодно-транзисторная логика, транзисторно-транзисторная логика, эмиттерно-связанная логика и др.), физических принципов построения активных приборов (биполярные полевые, тоннельные), от типа информационных сигналов (потенциальные, импульсные, импульсно - потенциальные), от способа передачи информации от одного ЛЭ к другому (синхронные, асинхронные). Однако, несмотря на все это, ЛЭ характеризуется некоторыми общими свойствами и параметрами, выделяющими их в самостоятельный класс электронных схем, работающих по качественному признаку да - нет.

цифровое устройство регистр память

1. Постановка задачи

1)Составить таблицу истинности для четырех входных переменных A, B, C, D. В правой части таблицы должно быть n столбцов F1, F2, F3,…Fn-1, где n - число цифр номера зачетной книжки, Fn - последняя цифра зачетной книжки. В каждом из n столбцов правой части 1 будет только в одной строке, соответствующей двоичному коду этой цифры.

2)Разработать схему генератора импульсов с частотой повторения 170 кГц с нестабильностью частоты 30%. Разработать схему устройства на ТТЛ микросхемах.

3)К выходу генератора импульсов подключить счетчик с числом разрядов, равным 4.

4)К выходам разрядов счетчика подключить n схем совпадения кодов, обеспечивающих формирование импульсов записи в моменты совпадения кодов 4 младших разрядов счетчика с интервалом времени, соответствующим каждой цифре номера зачетной книжки.

5)По каждому из этих n импульсов записи произвести запись четырехразрядного кода-BCD каждой цифры номера зачетной книжки в соответствующий регистр памяти.

6)Для проверки знаний студентов первоначально таблицу истинности преобразовать, объединив в одном столбце правой части таблицы все единицы всех столбцов первоначальной правой части таблицы. По такой преобразованной таблице истинности заполнить карту Карно, произвести минимизировано и записать минимизированное булево выражение.

7)Разработать структурную схему по первоначальной таблице истинности.

8)Разработать принципиальную электрическую схему

2. Таблица истинности

Составляем таблицу истинности для четырех входных переменных A, B, C, D. В правой части таблицы должно быть n столбцов F1, F2, F3,…Fn-1, где n - число цифр номера зачетной книжки, Fn - последняя цифра зачетной книжки.

В каждом из n столбцов правой части 1 будет только в одной строке, соответствующей двоичному коду этой цифры.

Таблица 2.1

№АВСDЦифра709087F1F2F3F4F5F6F?0000000101001100011000000020010200000003001130000000401004000000050101500000006011060000000701117100000181000800001019100190010001

Исходя из таблицы 2.1, получаем необходимые нам коды цифр зачетной книжки с номером "709087". Для удобства выделим их в отдельную таблицу 2.2.

Таблица 2.2

№ЦифраРазряды кода цифрABCD170111200000391001400000581000670111

Булево выражение, соответствующее таблице истинности, будет выглядеть следующим образом:

F=

. Генераторы импульсов

Генераторы импульсов на логических элементах основаны на том, что логические элементы используются как усилители с коэффициентами усиления от 20 до 100. Так как разброс аналоговых параметров очень большой, то расчёт импульсных устройств на логических элементах.

По условию необходимо разработать схему генератора импульсов с частотой повторения f = 170 кГц и относительной нестабильностью частоты ?f / f = ± 30 % на микросхемах ТТЛ - серии.

Данным условием нестабильности частоты соответствуют генераторы, выполненные на логических элементах.

Выберем схему генератора на двух инверторах с конденсатором в цепи обратной связи.

Схема генератора и временные диаграммы его переключений приведены на рисунке 3.1.

а) б)

Рис. 3.1

а) схема генератора с конденсатором в цепи обратной связи

б) временные диаграммы его переключений

Для ТТЛ микросхем R выбирают R = 150 …680 Ом. Резистор R выполняет две функции: смещает рабочую точку логического элемента ЛЭ1на крутой участок передаточной характеристики, обеспечивая этим мягкое самовозбуждение, и вместе с конденсатором C служит времязадающим элементом. Длительность каждого полупериода колебаний Т1 и Т2 примерно равна 2? R?C.

В качестве инверторов в схеме генератора использована ИС К155ЛН1 [2], которая имеет следующее условное графическое изображение:

- питание; 7 - общий

Рис. 3.2 - Структурная схема ИС К155ЛН1.

Микросхема типа ЛН представляют собой инверторы и выполняют логическую операцию НЕ. Микросхема имеет двухтактный выходной каскад и содержит внутри себя шесть инверторов, два из которых используются непосредственно в самом генераторе, а ещё два включаются на выход генератора для формирования более крутых фронтов выходных импульсов.

Период выходных колебаний кратен 4-м RC:

(3.1)

Частота прямо пропорциональна периоду Т:

(3.2)

Зададимся R = 680 Ом, тогда конденсатор С равен:

(3.3)

Выбираем C и R:

С = 2.2 нФ: К10-17-2 2,2нФ5% 30В,= 680Ом: МЛТ 6.8кОм 1% 0.125Вт

4. Счетчик импульсов

Разрядность двоичного параллельного цифрового кода N = 4.

Формирование двоичных кодов, соответствующих порядковым номерам цифры в номере зачетной книжки, будем осуществлять за один полный цикл работы устройства. Таким образом, когда на выходах формирователя кода будут все единицы, коды, соответствующие порядковым номерам цифры в номере зачетной книжки, пройдут все по одному разу и нужные из них запомнятся в соответствующих устройствах хранения.

Разрядность формирователя двоичного кода будет равна числу переменных, кодирующих цифр, т.е. четырем.

В качестве МС счётчика выберем К155ИЕ19, которая содержит два одинаковых четырехразрядных двоичных счетчика с индивидуальной синхронизацией и сбросом.

14 - питание; 7 - общий

Рис.4.1 Условное обозначение и цоколёвка ИС К155ИЕ19

Каждый из четырехразрядных счетчиков имеет инверсный динамический вход синхронизации С, инверсный статический вход сброса R и четыре выхода Q.

Если на вход сброса R подать напряжение высокого уровня, то счетчик по всем выходам устанавливается в нулевое состояние (низкий уровень напряжения). Когда на вход R подано напряжение низкого уровня, то с приходом на вход С отрицательного перепада (спада) тактового импульса начнется режим отсчета.

В таблице 4.1 показаны состояния выходов в зависимости от числа входных импульсов.

Таблица 4.1

Число вх. импульсовВход RВыходыQ3Q2Q1Q0Х10000000000100001200010300011400100500101600110700111801000901001100101011010111201100130110114011101501111

Рис. 4.2 Функциональная схема ИС К155ИЕ19

С выходов нашего счетчика будет сниматься двоичный код, младшие четыре разряда которого кодируют цифры номера зачетной книжки.

К инверсному входу сброса счетчиков подключим RC цепочку, которая будет сбрасывать счетчик в ноль при включении питания. Для надёжного сброса необходимо, чтобы постоянная времени RC равнялась 100мс. Выберем значение сопротивления R = 1 кОм, тогда:

.

По справочнику [1] выбираем:

R3 - МЛТ 0.125 1 кОм ±1%;

С4 - К50-31 100 мкФ 40 В ±1%.

5. Схема совпадения кодов

К четырем младшим разрядам счетчика импульсов подключается схема совпадения. Схема совпадения предназначена для формирования импульсов, по которым будет разрешена запись данных в регистры памяти. Разрешающие импульсы будут формироваться в моменты времени, когда код выдаваемый счетчиком будет совпадать с кодом цифры в номере зачетной книжки. Число схем совпадения будет равно числу неповторяющихся цифр в номере зачетной книжки, то есть четырем. Таким образом, схема совпадения нужна для выделения из последовательностей комбинаций кодов, выдаваемых счетчиком кодов, соответствующих цифре в номере зачетной книжки.

Схема совпадения представляет собой неполный матричный дешифратор, с соответствующих выходов которого подаются импульсы на регистры.

В качестве ИС дешифратора в схеме совпадения используется 155ИД7.

16 - питание; 8 - общий узел

Рис. 5.1 Условное обозначение и цоколёвка ИС 155ИД7

Микросхема ИД7 - двоично-десятичный дешифратор-демультиплексор, преобразующий трехразрядный код в напряжение низкого уровня, появляющегося на одном из восьми выходов Y0…Y7.

Дешифрация происходит тогда, когда на входах Е2 и Е3 (смотри рисунок 5.2) действует напряжение низкого уровня, а на входе Е1 - высокого. При других сочетаниях уровней на входах разрешения Еi на всех выходах будет напряжение высокого уровня.

Рис.5.2 - Функциональная схема ИС 155ИД7 высокого уровня.

Для формирования неполного матричного дешифратора необходимо к выходам ИС дешифраторов подключить четыре (количество неповторяющихся цифр в номере зачетной книжки) ЛЭ 2ИЛИ-НЕ, в качестве которых используем ИС 155ЛЕ1.

Микросхема типа ЛЕ выполняет логическую функцию mИЛИ-НЕ, где

m - число входов. Каждый из корпусов ИС типа ЛЕ содержит от 2 до 4 логических элементов.

Выходы ЛЭ 2 ИЛИ-НЕ соединяются с входом разрешения записи последующих регистров.

Рис. 5.3 - Условное обозначение и цоколёвка ИС 155ЛЕ1

6. Регистры памяти

Для запоминания кодов соответствующих цифрам номера зачетной книжки будем использовать ИС регистров памяти. Таким образом, необходимое количество ИС регистров памяти будет равно количеству неповторяющихся цифр номере зачетной книжки. Выпускаемые промышленностью ИС регистров памяти имеют число разрядов, кратное степени числа два, поэтому все неиспользуемые разряды мы просто заземлим.

В качестве ИС регистров памяти будем использовать 155ИР27:

20 - питание; 10 - общий

Рис. 6.1 Условное обозначение и цоколёвка ИС 155ИР27

Микросхема 155ИР27 - восьмиразрядный регистр. Регистр имеет синхронный тактовый вход С, вывод 11, а также синхронный вход разрешения параллельной загрузки V.

Если на вход V подано напряжение низкого уровня, то данные со входов D0…D7 загружаются в регистр (см. табл.6.1). На входе эти данные появятся одновременно с приходом положительного перепада тактового импульса на вход С. Когда на входе V действует напряжение высокого уровня, то обеспечивается режим хранения информации.

Таблица 6.1

Рис. 6.2 Функциональная схема 155ИР27

. Минимизация булева выражения

При разработке логических схем можно минимизировать необходимое число элементарных схем. Схему можно упростить с помощью правил булевой алгебры. Другой способ оптимизации основан на применении карт Карно - графического метода, который легко усваивается и оказывается гораздо проще чисто алгебраического. Используя данные, полученные в пункте 1, запишем булево выражение для четырех входных переменных:

F=

Тогда карты Карно для данной функции будут выглядеть следующим образом:

1111

Таким образом, булево выражение осталось неизменным:

F=

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта в соответствии с заданием было разработано цифровое устройство, осуществляющее двоично-десятичное кодирование цифр номера зачетной книжки студента.

При проектировании были выбраны следующие элементы:

1)Резисторы МЛТ, как наиболее дешевые и распространенные;

2)Конденсаторы серий К10 и К50, а что касается подстроечного, то предпочтение было отдано КТ4-28, его диапазон емкости соответствует заданному условию;

3)ИС были взяты 155-ой.155-ая серия ИС обладает широким функциональным рядом, имеет повышенное быстродействие, обусловленное применением технологии Шотки, относительно невысокую потребляемую мощность.

При проектировании схемы делался акцент на использование минимального числа корпусов микросхем и максимально полное их использование. Работа выполнена в полном объеме без отклонений от условия задания.

Полученная схема не несет смысловой нагрузки, следовательно, практическое применение вероятнее всего исключено. Работа выполнялась в чисто учебных целях.

Литература

1.Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990;

2.Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. - Богданович М.И. и др. - Мн.: Беларусь, 1991;

.Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - 2-е изд., исправленное. - М.: Радио и связь, 1989;

.Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. Л. Энергоатомиздат. 1986 г;

.Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели РЭА: Справочник. Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко. - Мн.: Беларусь. 1994;

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.О. СУХОГО Факультет авто

Больше работ по теме: