курсач (Курсовая)

Посмотреть архив целиком

6



МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


Кафедра ВТ



Курс: Основы элементов и схемотехники



Курсовая работа

Тема: «Регистр сдвига»



Выполнили: Митрохина О.Б.

Суханова И.В.

гр. ВУС-7-98

Преподаватель: Шпиев В.А.



Москва, 2001г.

Содержание

Введение 3

Задание 3

Исполнитель 3

Обзор литературы 3

Регистр сдвига 3

Код Грея 4

Элемент индикации ЦИЖЗ-2 5

Программируемые логические матрицы 8

Структурная схема 12

Выбор и обоснование элементной базы 12

Расчет потребляемой мощности 17

Расчет максимального времени установки сигнала на выходе устройства 17

Заключение 17

Список использованной литературы 19


Введение

Данный документ содержит расчетно-пояснительную записку к курсовой работе «16 разрядный регистр сдвига».

Задание

Разработать 16-ти разрядный универсальный регистр сдвига. Обеспечить преобразование результата в код Грея и дешифрацию регистра сдвига с целью индикации. Элемент индикации ЦИЖЗ-2. Преобразователь результата построить на программируемых логических матрицах.

P = 2 Вт; F = 10 МГц; T = -50...+125 °С

Исполнитель

Работа выполнена творческой бригадой группы ВУС 7-98 в составе: Митрохина О.Б. и Суханова И.В.

Обзор литературы

Поскольку поставленная задача по разработке курсового проекта имеет целью изучение электронных элементов и схемотехники, то при выполнении работы использовались, главным образом, имеющиеся в наличии учебники и справочники.

Регистр сдвига

Регистр – функциональное устройство для хранения чисел с двоичным представлением разряда. Применяется для накопления и сдвига данных. Представляет собой последовательное соединение нескольких триггеров, не имеет внутренних запрещающих связей. Регистр сдвига реализует функции ввода, хранения и сдвига информации.

Код Грея

Код Грея построен таким образом, что при переходе от одного числа к следующему изменялся всегда только один двоичный разряд. Для его получения следует при переходе к следующему по старшинству разряду числа оставить без изменения все младшие разряды и приписать спереди единицу. При этом количество записанных нулей не должно увеличиваться.

Код Грея не позволяет выполнять арифметические операции, поэтому его используют только в тех случаях, когда этот дает существенные преимущества, и после этого снова переходят к двоичному коду.

Таблица 1 Сравнение кода Грея с двоичным.

Десятичный код

Двоичный код

Код Грея

0

0

0

1

1

1

2

10

11

3

11

10

4

100

110

5

101

111

6

110

101

7

111

100

8

1000

1100

9

1001

1101

10

1010

1111

11

1011

1110

12

1100

1010

13

1101

1011

14

1110

1001

15

1111

1000


Для преобразования двоичного кода в код Грея можно использовать операцию «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ»:

,

где gi – i-й разряд кода Грея;

di – i-й разряд двоичного кода.

Для старшего разряда gN N-разрядного числа эта операция упрощается, т.к. gN+1=0:

.

Таким образом, для преобразования N-разрядного двоичного числа требуется N-1 элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ».

Элемент индикации ЦИЖЗ-2

Элемент индикации ЦИЖЗ-2 представляет собой одноразрядный буквенно-цифровой индикатор. Предназначен для отображения информации в виде букв русского, латинского алфавитов, цифр, символов и других знаков. Выполнен для работы на отражение. Оформление – стеклянное, плоское, выводы ленточные, под распайку.


Рисунок 1 Расположение сегментов элемента индикации ЦИЖ3-2


Таблица 2 Соответствие выводов и электродов элемента ЦИЖЗ-2

Вывод

Электрод

1-13

Элемент знакового электрода

14

Сигнальный электрод

15-18

Элемент знакового электрода



Таблица 3 Основные параметры элемента ЦИЖЗ-2

Параметр

Значение

Контраст знака по отношению к фону,

не менее, %

90

Управляющее напряжение, В

20

Ток индикатора, не более, мкА

200

Время реакции, мс

80

Время релаксации, мс

1500

Частота управляющего напряжения, Гц

50

Минимальная наработка, ч

10000

Предельно допустимые эксплуатационные данные:

Управляющее напряжение, В

наибольшее

30

наименьшее

15

Частота управляющего напряжения, Гц

30...60





Таблица 4 Таблица истинности элемента индикации ЦИЖЗ-2

Цифра

Двоично-десятичный выход

18-сегментный вход элемента индикации

23

22

21

20

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

2

0

0

1

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

0

0

1

3

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0

0

0

4

0

1

0

0

1

1

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

0

0

0

0

5

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

1

0

0

0

6

0

1

1

0

1

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

1

0

0

1

7

0

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

8

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

0

0

1

9

1

0

0

1

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

0

0

0



Программируемые логические матрицы

Программируемые логические матрицы (ПЛМ) позволяют значительно упростить разработку различных устройств. Это особенно справедливо для категории цифровых устройств. Конфирурировать ПЛМ значительно проще и бестрее, чем объединять стандартные компоненты в сложные, насыщенные связями схемы. Программируемые компоненты наиболее целесообразны для реализации функций с большим числом входных и выходных данных.

Связь мехду входными и выходними переменными задается с помощью таблиц переключений или булевых функций. При этом входные переменные выполняют роль адреса.

Таблица прожига ПЛМ составляется на основе таблицы истинности элемента индикации ЦИЖ3-2.

Мощность, потребляемая ПЛМ зависит от количества перемычек, оставленных после прожига. В среднем, потребляемая мощность
PПЛМ≈800 мВт. Это значение возьмем для расчета потребляемой мощности узла.





Таблица 5 Фрагмент таблицы истинности преобразователя результата в двоично-десятичный код


Таблица 6 Таблица перемычек преобразователя результата для вывода на индикацию




23

22

21

20

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

0

0

0

0

0

-

X

-

X

-

X

-

X

-

X

-

-

X

X

X

-

-

X

1

0

0

0

1

-

-

-

-

X

-

-

-

-

-

-

-

-

X

-

-

-

-

2

0

0

1

0

X

-

-

X

-

X

-

X

X

-

-

-

X

X

X

-

-

X

3

0

0

1

1

-

-

-

X

-

X

X

-

X

X

-

-

X

X

X

-

-

-

4

0

1

0

0

X

X

-

-

-

-

-

X

X

X

-

-

-

X

-

-

-

-

5

0

1

0

1

X

X

-

X

-

X

-

-

X

X

-

-

X

X

X

-

-

-

6

0

1

1

0

X

X

-

X

-

X

-

-

X

X

-

-

X

X

X

-

-

X

7

0

1

1

1

-

-

-

X

X

-

-

-

-

-

-

-

-

X

-

-

-

-

8

1

0

0

0

X

X

-

X

-

X

-

X

X

X

-

-

X

X

X

-

-

X

9

1

0

0

1

X

X

-

X

-

X

-

X

X

X

-

-

X

X

X

-

-

-


Примечание: X – перемычка сохранена;

- – перемычка разрушена.



Структурная схема

С
труктурная схема устройства строится в соответствии с заданием.

Рисунок 2 Структурная схема



Выбор и обоснование элементной базы

Интегральные микросхемы являются самостоятельными сборочными единицами и выступают как законченные комплексные электронные устройства. При этом одна интегральная микросхема содержит большое количество микроминиатюрных транзисторов и других элементов, количество которых может превышать тысячи единиц. В новых изделиях электронной техники интегральные микросхемы постепенно вытесняют дискретные элементы, которые остаются в радиоэлектронной аппаратуре специального назначения.

В основу классификации цифровых микросхем положены следующие признаки:

  • вид логических схем;

  • способ соединения полупроводниковых приборов в логическую схему и вид связи между логическими схемами.

По этим признакам логические микросхемы классифицируются:

  • ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика);

  • ТТЛШ (транзисторно-транзисторная логика с применением p-n переходов с барьером Шотки);

  • микросхемы на полевых транзисторах серии КМОП (комплементарные полевые транзисторы со структурой металл-окисел-проводник).

Цифровые интегральные микросхемы относятся к потенциальным микросхемам, сигналы на их выводах и выходах представляются в виде двух уровней:

  • низкий уровень (логический ноль - 0);

  • высокий уровень (логическая единица - 1).

Логические уровни ТТЛ микросхем отличаются от логических уровней КМОП: логический уровень ТТЛ микросхем не зависят от напряжения питания, а у КМОП микросхем логические уровни определяются относительно величины питающего напряжения.

Таблица 7 Логические уровни интегральных микросхем

Тип микросхемы

Напряжение питания, В

Логические уровни, В

высокий (1)

низкий (0)

ТТЛ

5±10 %

2,4

0,4

ТТЛШ

5±10 %

2,4

0,4

КМОП

5

10

15

2,5 < U < 5,0

5,0 < U < 10

7,5 < U < 15

0 < U < 2,5

0 < U < 5

0 < U < 7,5


К числу электрических параметров, которые характеризуют микросхемы различных серий и позволяют их сравнивать между собой, относятся:

  • напряжение питания;

  • величина логических уровней;

  • потребляемый ток (мощность);

  • нагрузочная способность;

  • помехоустойчивость.

Микросхемы серий ТТЛ и ТТЛШ потребляют статический ток, сравнимый по величине с динамическим. На предельных скоростях работы токи потребления КМОП и ТТЛ сопоставимы по уровню. Микросхемы ТТЛШ серии К555 по быстродействию соответствует микросхемам ТТЛ серии К155, однако топребляемый ток у серии К555 меньше в 5 раз.

Логические КМОП-микросхемы допускают больший диапазон изменений напряжения питания: от 3 В до 15 В (кроме серии К176). При питании пониженным напряжением значительно возрастает время задержки прохождения сигнала. Микросхемы ТТЛ потребляют значительно больший ток от источника электропитания, чем их КМОП аналоги. Однако с ростом рабочей частоты переключения (на частотах порядка 1 МГц) мощность потребления КМОП-микросхемы резко возрастает и может превзойти потребление аналогичной ТТЛ микросхемы. КМОП-микросхемы обладают большей помехоустойчивостью, чем ТТЛ аналоги.

Таблица 8 Сравнительные параметры микросхем ТТЛ, ТТЛШ, КМОП

Наименование параметра

ТТЛ

ТТЛШ

ЭСЛ

КМОП

Потребляемая мощность, мВт

5-40

1-19

25-70

0,0025 на

1 МГц

Задержка распространения сигнала при включении, нс

9-70

5-20

1,3-2,9

3,5-45

Задержка распространения сигнала при выключении, нс

9-70

4,5-20

1,3-2,9

3,5-45

Диапазон рабочих температур, °С

-60...+125

-60...+125

-10...+75

-40...+125

Напряжение питания, В

5±10%

5±10%

-5,2±5%

10±10%

Выходное напряжение низкого уровня, В

0,4

0,4-0,5

-0,81...-1,02

0,3-2,9

Выходное напряжение высокого уровня, В

2,4

2,5

-1,62...-1,85

7,2-8,2

Нагрузочная способность

10

10-30

10

50

Частота переключения триггеров, МГц

до 35

до130

до 300

до 125

Помехоустойчивость, В

0,4

0,3-0,4

0,12-0,15

1,5

Работа переключения (Р*t), nДж

30-100

4-57

30-50

0,008-0,1

Входной ток низкого уровня, мА

-0,1...-2

-0,1...-2

0,25-3

-5*10-5

Входной ток высокого уровня, мА

0,02-0,04

0,02-0,05

0,5мкА

0,05мкА


Учитывая малую потребляемую мощность проектируемого узла и диапазон температур (P = 2 Вт; F = 10 МГц; T = -50...+125 °С), остановимся на технологии ТТЛШ.



Таблица 9 Серии ТТЛШ

Наименование параметров

Серия

533, 555

530, 531

1533

1531

Входной ток низкого уровня, мА

-0,4

2

-0,2

-0,6

Входной ток высокого уровня, мА

0,02

0,05

0,02

0,02

Выходное напряжение низкого уровня, В

0,4

0,5

0,4

0,5

Выходное напряжение высокого уровня, В

2,5

2,5

2,5

2,5

Выходной ток низкого уровня, мА

4

20

4

20

Выходной ток высокого уровня, мА

-0,4

-1

-0,4

-1

Нагрузочная способность

10


10

10

30

Задержка распространения сигнала при включении, нс

20

5

4

2,7

Задержка распространения сигнала при выключении, нс

20

4,5

4

2,7

Помехоустойчивость, В

0,3

0,3

0,4

0,3

Частота переключения триггеров, МГц

25

75

30

100

Uпит max, B

5,5

6

6

6

Uвх max, B

5,5

5,5

5,5

5,5

Uвх min, B

-0,4

-0,4

-0,4

-0,4

Напряжение питания, В

5±10%

5±10%

5±10%

5±10%

Потребляемая мощность, мВт

3,8

19

1

4

Температура, °С

-60…+125 (1533,530,М530,1531)

-10…+70 (К555,КП531,КР1533,КР1531)


Анализируя таблицу ТТЛШ серий, скажем, что для проектирования узла подходят серии 1533, 530, М530, 1531.

Остановимся на серии с наименьшей потребляемой мощностью 1533.

Расчет потребляемой мощности

Потребляемая мощность схемы будет равняться сумме потребляемых мощностей всех элементов, входящих в схему.

P = 4∙PRG + 4∙P=1 + 5∙PH + 1∙PПР + 1∙PPLM =

= 4∙1+4∙1+5∙ (20∙200∙10-3)+1∙1+1∙800 = 4+4+20+1+800 =

= 825 мВт

Расчет максимального времени установки сигнала на выходе устройства

Расчёт выполним, исходя из максимального возможного пути прохождения сигнала через устройство.

tmax=tRG+tПР+tPLM=(4+4+4)∙10-6 ≈ 12 нс

Заключение

В данном курсовом проекте был разработан 16-ти разрядный универсальный регистр сдвига с преобразованием полученного результата в код Грея и выводом на элемент индикации ЦИЖ3-2.

Исходя из критериев проектирования, схема устройства построена на основе ТТЛШ технологии, на перспективной быстродействующей серии с большим функциональным набором элементов.

Были разработаны и описаны следующие электрические схемы:

Структурная - которая служит для общего ознакомления с проектируемым узлом, определяет назначение и взаимосвязи устройства.

Принципиальная - указывает все необходимые элементы для построения разрабатываемого устройства, связи между элементами и элементы, которыми заканчиваются входные и выходные цепи.

Преобразование результатов в двоично-дсятичный код и для вывода на индикацию выполнено на ПЛМ. Это позволило значительно упростить схему и сократить количество используемых элементов: для преобразования 16-разрядного двоичного кода в двоично-десятичный необходимо использовать 16 элементов ПР7, использование ПЛМ позволило сократить количесто элементов до 3. Это позволило уменьшить потребляемую мощность разработанного узла.

В расчетной части курсового проекта был произведен расчет потребляемой мощности, который показал, что выполнены основные требования к курсовой работе.

Еще раз отметим, что разработанное устройство полностью удовлетворяет техническому заданию на курсовой проект.



Список использованной литературы

  1. У. Титце К. Шенк Полупроводниковая схемотехника. Перевод с немецкого М.: «МИР». 1982

  2. В.В. Мукосеев И.Н. Сидоров Маркировка и обозначение радиоэлементов. Справочник М.: «Горячая линия-Телеком», 2001

  3. П. Гелль Электронные устройства с программируемыми компонентами. Перевод с французского М.: ДМК Пресс, 2001

  4. Н.В. Пароль С.А. Кайдалов Знакосинтезирующие индикаторы и их применение М.: «Радио и связь», 1988

  5. Г.Р. Аванесян В.П. Левшин Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ. Справочник М.: «Машиностроение», 1993

  6. М.А. Бедраковский А.А. Косыбаров П.П. Мальцев Интегральные микросхемы: взаимозаменяемрсть и аналоги. Справочник М.: «Энергоатомиздат», 1991

  7. Интегральные микросхемы. Справочник Под редакцией Б.В. Тарабрина М.: «Радио и связь», 1983



6