Преобразователь семисегментного кода

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

ХАНТЫ-МАНСИЙСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

тАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУтАУ

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Инженерно-физический факультет

Кафедра Автоматики и компьютерных систем

Пояснительная записка к курсовому проекту

по специальности

Выполнил: студент

211 группы

Пахомов М.В.

Проверил: преподаватель

Запевалов А.В.

Сургут 2004

Содержание

Задание. 3

Введение. 4

1. Структурная схема преобразователя семисегментного кода. 5

2. Функциональная схема преобразователя семисегментного кода. 6

3. Принципиальная схема. 15

4. Расчет быстродействия и потребляемой мощности. 21

Заключение. 23

Список литературы. 24

Приложение 1: Функциональная схема ПСКтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАж..25

Приложение 2: Принципиальная схема ПСК .тАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАжтАж.26

Задание

Вариант 28

Тема: ВлПреобразователь семисегментного кодаВ».

1. Разработать функциональную схему, проанализировать работу при помощи временных диаграмм.

2. Выбрать типы ИМС, построить принципиальную схему.

3. Рассчитать временные соотношения и потребляемую мощность.

Исходные данные.

Для отображения состояния регистров цифрового устройства применяются семисегментные индикаторы, синтезирующие изображения цифр Вл0В» - Вл9В» и букв ВлAВ» тАУ ВлFВ». Необходимо разработать устройство, выполняющее преобразование двоичного кода в семисегментный, причем включенному сегменту соответствует сигнал лог.1. Начертания символов приведены на рисунке.

Устройство должно быть реализовано на логических элементах.

Основная элементная база ИМС серий ТТЛ и ТТЛШ.

Остальные требования согласовать с руководителем проекта.

Руководитель проекта ________________________________

Исполнитель ________________________________

Введение.

Задачей данного курсового проекта является проектирование устройства, выполняющего преобразование двоичного кода в семисегментный. Для успешного решения поставленной задачи необходимо процесс проектирования разделить на стадии, а именно: структурное, функционально-логическое и техническое проектирование.

При структурном проектировании выбираются, конкретизируются принципы построения устройства в целом. Определяется состав, устанавливаются связи взаимодействия между отдельными частями-блоками, формулируются требования к каждому блоку и выполняемым им функциям.

Функционально-логическое проектирование направлено на поиск и выбор способов реализации функций, возлагаемых на каждый блок. В результате определяются типы, номенклатура функциональных узлов и модулей, входящих в тот или иной блок, то есть функциональный состав блоков, образующих устройство.

Техническое проектирование представляет собой дальнейшую детализацию проектных решений: выбираются типы физических элементов, на которых будет реализовано устройство, то есть элементная база; конкретизируются типономиналы элементов и модулей; проводятся расчеты на обеспечение заданных технических требований.

Преобразователь семисегментного кода в основном находит свое применение в цифровых устройствах, в частности для отображения индикаторами состояния регистров.

1. Структурная схема преобразователя семисегментного кода.

Структурная схема тАУ это условное графическое представление, показывающее количество, номенклатуру блоков устройства, взаимосвязи между блоками и с внешними устройствами.

Рис.1 Структурная схема.

Структурная схема преобразователя семисегментного кода может быть представлена (Рис.1):

1. Входная 4-х значная комбинация тАУ 4-х разрядный двоичный код, поступающий на блок преобразования двоичного кода в семисегментный.

2. Блок преобразования двоичного кода в семисегментный тАУ блок, состоящий из простых логических элементов, который предназначен для преобразования входной информации, представленной в виде двоичного кода, в семисегментный код.

3. Блок индикации тАУ предназначен для отображения состояния регистров цифрового устройства на семисегментном индикаторе.

2. Функциональная схема преобразователя семисегментного кода.

Функциональная схема содержит сведения о способах реализации устройством заданных функций. По такой схеме можно определить, как осуществляются преобразования и какие для этого необходимы функциональные элементы. Каждый функциональный элемент содержит лишь те входы и выходы, которые необходимы для его корректной работы. Данная схема разрабатывается на основе структурной схемы для каждого блока, в результате из отдельных функциональных элементов составляется общая функциональная схема объекта.

Полная функциональная схема генератора представлена в приложении 1.

2.1. Блок преобразования двоичного кода в семисегментный.

Данный блок разрабатывается методом синтеза логических устройств с несколькими выходами, то есть на входе логического устройства есть 4-х значная двоичная комбинация, а на выходе 7-ми значная комбинация (семисегментный код).

Для визуализации чисел требуются индикаторы, отображающие цифры в привычной для человека форме, чаще всего это цифры десятичной и шестнадцатеричной систем счисления.

Простейшим из светодиодных индикаторов, выполняющих функции отображения выше названных чисел и некоторых других символов является семисегментный индикатор. Имеется семь элементов, расположенных так, как показано на рис. 2.1.1.

Рис. 2.1.1.

Каждый может светиться либо не светиться, в зависимости от значения соответствующей выходной функции, управляющей его свечением. Вызывая свечение элементов в определенных комбинациях, можно получить изображение цифр Вл0В» - Вл9В» и букв ВлAВ» тАУ ВлFВ» (рис. 2.1.2).

Рис. 2.1.2.

При построении таблицы истинности преобразователя семисегментного кода (табл. 2.1.1) были приняты следующие условия: включенному элементу соответствует сигнал лог.1.

Таблица 2.1.1.

Таблица истинности преобразователя семисегментного кода.

Отображаемые цифры и буквы	Входная комбинация (двоичный код)				Выходная комбинация (семисегментный код)
	X3	X2	X1	X0	g	f	e	d	c	b	a
0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1
1	0	0	0	1	0	0	0	0	1	1	0
2	0	0	1	0	1	0	1	1	0	1	1
3	0	0	1	1	1	0	0	1	1	1	1
4	0	1	0	0	1	1	0	0	1	1	0
5	0	1	0	1	1	1	0	1	1	0	1
6	0	1	1	0	1	1	1	1	1	0	1
7	0	1	1	1	0	0	0	0	1	1	1
8	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1
9	1	0	0	1	1	1	0	1	1	1	1
A	1	0	1	0	1	1	1	0	1	1	1
B	1	0	1	1	1	1	1	1	1	0	0
C	1	1	0	0	0	1	1	1	0	0	1
D	1	1	0	1	1	0	1	1	1	1	0
F	1	1	1	0	1	1	1	1	0	0	1
G	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	1

Синтез данного преобразователя производится с помощью минимизации каждой выходной функции в отдельности методом карт Карно.

При минимизации методом карт Карно нужно стремиться, чтобы число областей было минимальным, а каждая область содержала возможно большее число клеток. Т.к. синтезируемое устройство является устройством с несколькими выходами, то для получения минимальной схемы необходимо в картах Карно построить минимальное число областей, обеспечиваемых покрытие клеток, содержащих 1 во всех семи картах.

Для упрощения синтеза и получения минимальной схемы уменьшаем число единиц в картах Карно и, соответственно увеличиваем число ВлобщихВ» областей. Для этого инвертируем выходные функции в таблице истинности преобразователя семисегментного кода (табл. 2.1.2).

Таблица 2.1.2.

Таблица истинности преобразователя семисегментного кода с инверсными выходами.

Отображаемые цифры и буквы	Входная комбинация (двоичный код)				Выходная комбинация (семисегментный код)
	X3	X2	X1	X0
0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	1	1	1	1	0	0	1
2	0	0	1	0	0	1	0	0	1	0	0
3	0	0	1	1	0	1	1	0	0	0	0
4	0	1	0	0	0	0	1	1	0	0	1
5	0	1	0	1	0	0	1	0	0	1	0
6	0	1	1	0	0	0	0	0	0	1	0
7	0	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0
8	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
9	1	0	0	1	0	0	1	0	0	0	0
A	1	0	1	0	0	0	0	1	0	0	0
B	1	0	1	1	0	0	0	0	0	1	1
C	1	1	0	0	1	0	0	0	1	1	0
D	1	1	0	1	0	1	0	0	0	0	1
F	1	1	1	0	0	0	0	0	1	1	0
G	1	1	1	1	0	0	0	1	1	1	0

Проанализируем работу преобразователя с помощью временных диаграмм, представленных на рис. 2.1.3.

Рис. 2.1.3.

Производим минимизацию каждой выходной функции отдельно методом карт Карно в зависимости от входной комбинации.

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0	0	1	0	1	X3 X3 X3
	0	0	0	0
	0	0	1	0
	0	0	0	1
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0	1	1	0	1	X3 X3 X3
	0	0	1	0
	0	0	0	0
	1	0	0	0
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0	1	1	1	1	X3 X3 X3
	0	0	0	1
	0	0	0	0
	0	0	1	0
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0	0	1	0	1	X3 X3 X3
	0	1	0	0
	1	0	0	0
	0	0	1	0
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0	0	0	0	0	X3 X3 X3
	0	1	0	0
	0	1	1	0
	1	0	0	0
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0	0	0	0	0	X3 X3 X3
	1	1	0	0
	0	1	1	0
	0	1	0	0
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0	0	0	0	0	X3 X3 X3
	1	0	1	0
	0	0	0	0
	0	0	1	0
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

После реализации всех функций можно проследить какие логические элементы участвуют в реализации блока преобразования двоичного кода в семисегментный. Для преобразования двоичного кода в семисегментный потребуются четыре элемента НЕ, трех и четырех-входовые элементы И, трех-, четырех-, пяти-входовые элементы ИЛИ-НЕ.

Таблицы истинности и условно-графические обозначения этих элементов представлены на рис. 2.1.6, где Xi тАУ входные сигналы, Y тАУ выходной сигнал.

Xi	Y
0	1
1	0

X1	X2	X3	Y
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	0
1	1	1	1

а)

б)

X1	X2	X3	X4	Y
0	0	0	0	0
0	0	0	1	0
0	0	1	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	0	0
0	1	0	1	0
0	1	1	0	0
0	1	1	1	0
1	0	0	0	0
1	0	0	1	0
1	0	1	0	0
1	0	1	1	0
1	1	0	0	0
1	1	0	1	0
1	1	1	0	0
1	1	1	1	1

X1	X2	X3	Y
0	0	0	1
0	0	1	0
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	0
1	1	1	0

г)

X1	X2	X3	X4	X5	Y
0	0	0	0	0	1
*	*	*	*	*	0

в)

д)

X1	X2	X3	X4	Y
0	0	0	0	1
0	0	0	1	0
0	0	1	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	0	0
0	1	0	1	0
0	1	1	0	0
0	1	1	1	0
1	0	0	0	0
1	0	0	1	0
1	0	1	0	0
1	0	1	1	0
1	1	0	0	0
1	1	0	1	0
1	1	1	0	0
1	1	1	1	0

е)

Рис. 2.1.6. тАУ Таблица истинности и УГО элемента: а) НЕ; б) 3И; в) 4И; г) 3ИЛИ-НЕ; д) 5ИЛИ-НЕ; е) 4ИЛИ-НЕ.

2.2. Блок индикации.

Блок индикации предназначен для отображения состояние регистров цифрового устройства. Данный блок состоит из семисегментного индикатора с общими катодами (рис. 2.1.7), т.к. он управляется высоким уровнем сигнала.

Рис. 2.1.7.

3. Принципиальная схема

Принципиальную схему разрабатываем на основе функциональной, подбирая для каждого элемента из специальных справочников типономиналы, соответствующие ГОСТу.

3.1. КР1533ЛН1

Микросхема типа ЛН представляет собой инвертор и реализует функцию НЕ. УГО микросхемы представлено на рис. 3.1.1.

Рис. 3.1.1.

Данная ИМС содержит шесть элементов НЕ, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.1.1.

Таблицы 3.1.1.

Таблица истинности элемента НЕ

X	Y
0	1
1	0

где Х тАУ входной сигнал,

Y тАУ выходной сигнал.

3.2. КР1533ЛИ6

Микросхема типа ЛИ реализует функцию И. УГО микросхемы представлено на рис. 3.2.1.

Рис. 3.2.1.

Данная ИМС содержит два четырехвходовых элемента И, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.2.1.

Таблица 3.2.1.

Таблица истинности элемента 4И.

X1	X2	X3	X4	Y
0	0	0	0	0
0	0	0	1	0
0	0	1	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	0	0
0	1	0	1	0
0	1	1	0	0
0	1	1	1	0
1	0	0	0	0
1	0	0	1	0
1	0	1	0	0
1	0	1	1	0
1	1	0	0	0
1	1	0	1	0
1	1	1	0	0
1	1	1	1	1

где Xi тАУ входные сигналы,

Y тАУ выходной сигнал.

3.3. КР1533ЛИ3

Микросхема типа ЛИ реализует функцию И. УГО микросхемы представлено на рис. 3.3.1.

Рис. 3.3.1.

Данная ИМС содержит три трехвходовых элемента И, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.3.1.

Таблица 3.3.1.

Таблица истинности элемента 3И.

X1	X2	X3	Y
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	0
1	1	1	1

где Xi тАУ входные сигналы,

Y тАУ выходной сигнал.

3.4. КР1533ЛЕ4

Микросхема типа ЛЕ реализует функцию ИЛИ-НЕ. УГО микросхемы представлено на рис. 3.4.1.

Рис. 3.4.1.

Данная ИМС содержит три трехвходовых элемента ИЛИ-НЕ, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.4.1.

Таблица 3.4.1.

Таблица истинности элемента 3ИЛИ-НЕ.

X1	X2	X3	Y
0	0	0	1
0	0	1	0
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	0
1	1	1	0

где Xi тАУ входные сигналы,

Y тАУ выходной сигнал.

3.5. КР531ЛЕ7

Микросхема типа ЛЕ реализует функцию ИЛИ-НЕ. УГО микросхемы представлено на рис. 3.5.1.

Рис. 3.5.1.

Данная ИМС содержит два пятивходовых элемента ИЛИ-НЕ, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.5.1.

Таблица 3.5.1.

Таблица истинности элемента 5ИЛИ-НЕ.

Х1	X1	X2	X3	Y
0	0	0	0	1
*	*	*	*	0

где Xi тАУ входные сигналы,

Y тАУ выходной сигнал.

3.6. К155ЛЕ3

Микросхема представляет собой два логических элемента 4ИЛИ-НЕ со стробированием. Если на входе стробирования присутствует низкий уровень, то вывод соответствующего элемента будет переведен в высокий уровень, независимо от состояния других входов. Если на входе стробирования присутствует высокий уровень, то элемент работает как обычный 4ИЛИ-НЕ (рис. 3.6.1).

Рис. 3.6.1.

Данная ИМС содержит два пятивходовых элемента ИЛИ-НЕ, в каждом из которых один вход тАУ стробирующий (Е1), и работает в соответствии с таблицей 3.6.1.

Таблица 3.6.1.

Таблица истинности элемента 4ИЛИ-НЕ.

E1	Х1	X1	X2	X3	Y
1	0	0	0	0	1
	0	0	0	1	0
	0	0	1	0	0
	0	0	1	1	0
	0	1	0	0	0
	0	1	0	1	0
	0	1	1	0	0
	0	1	1	1	0
	1	0	0	0	0
	1	0	0	1	0
	1	0	1	0	0
	1	0	1	1	0
	1	1	0	0	0
	1	1	0	1	0
	1	1	1	0	0
	1	1	1	1	0
0	*	*	*	*	1

где Xi тАУ входные сигналы,

Е1 тАУ вход стробирования,

Y тАУ выходной сигнал.

3.7. АЛС320Б

Одноразрядный семисегментный цифробуквенный индикатор. Изготавливается на основе структур галлий тАУ фосфор. Данный индикатор имеет зеленый корпус и не имеет цветных точек. УГО данного индикатора представлено на рис. 3.7.1.

Рис. 3.7.1.

где a, b, c, d, e, f, g тАУ светодиоды индикатора.

Составленная принципиальная схема представлена в приложении 2.

4. Расчет быстродействия и потребляемой мощности.

Спроектированная принципиальная схема объекта сопровождается поверочными расчетами технических характеристик: быстродействия, потребляемой мощности, погрешности и т.д.

В данном курсовом проекте необходимо рассчитать быстродействие и потребляемую мощность.

4.1. Расчет потребляемой мощности.

В первом приближении Р_сумм рассчитывается как сумма максимальных мощностей, потребляемых микросхемами.

(4.1.1)

Р_пот тАУ потребляемая мощность;

Р_махi тАУ максимальная потребляемая мощность ИМС i-го типономинала;

n_iтАУ количество ИМС i-го номинала;

M тАУ число различных типономиналов ИМС, входящих в схему.

При расчете Р_махiнеобходимо пользоваться формулой:

(4.1.2)

U_пит тАУ напряжение источника питания микросхем (для ИМС серии ТТЛ U_пит=5В).

I_потi тАУ максимально потребляемый ток ИМС i-го типа.

Максимальная потребляемая мощность для каждой ИМС приведена в таблице 4.1.1.

Таблица 4.1.1.

Таблица мощностей ИМС.

№	ИМС	n	Рмах,мВт
1	КР1533ЛН1	1	12
2	КР1533ЛИ3	2	12
3	КР1533ЛИ6	5	8
4	КР1533ЛЕ4	1	14,5
5	К155ЛЕ3	2	95
6	КР531ЛЕ7	1	185
7	АЛС320Б	1	40

Вместе с этим смотрят:

10 интересных фактов о пищевых продуктах окружающих человека

Development of technology of crude smoked sausage

McDonald's

National features of cuisine and table manners

РЖсторiя виготовлення, виробництво та сучасний стан ринку коньяку