Преобразователь семисегментного кода

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

ХАНТЫ-МАНСИЙСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

––––––––––––––––––––––––

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 ПСК……………………………....25

Приложение 2: Принципиальная схема ПСК ..…………………………….26


Задание

Вариант 28

Тема: «Преобразователь семисегментного кода».

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 «0» - «9» и букв «A» – «F». 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 – 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 – 4-х разрядный двоичный код, поступающий на блок преобразования двоичного кода в семисегментный.

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

3. Блок индикации – 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 «0» - «9» и букв «A» – «F» (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 буквыВходная комбинация (двоичный код)Выходная комбинация (семисегментный код)
X3X2X1X0gfedcba
000000111111
100010000110
200101011011
300111001111
401001100110
501011101101
601101111101
701110000111
810001111111
910011101111
A10101110111
B10111111100
C11000111001
D11011011110
F11101111001
G11111110001

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 «общих» 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 буквыВходная комбинация (двоичный код)Выходная комбинация (семисегментный код)
X3X2X1X0

000001000000
100011111001
200100100100
300110110000
401000011001
501010010010
601100000010
701111111000
810000000000
910010010000
A10100001000
B10110000011
C11001000110
D11010100001
F11100000110
G11110001110

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

0101

X3

X3

X3

0000
0010
0001
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

1101

X3

X3

X3

0010
0000
1000
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию


Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

1111

X3

X3

X3

0001
0000
0010
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

0101

X3

X3

X3

0100
1000
0010
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию


Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

0000

X3

X3

X3

0100
0110
1000
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

0000

X3

X3

X3

1100
0110
0100
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию


Карта Карно для функции :

X1 X1

X0

X0

0000

X3

X3

X3

1010
0000
0010
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 – входные сигналы, Y – выходной сигнал.

Xi

Y

01
1

0

X1X2X3Y
0000
0010
0100
0110
1000
1010
1100
1111

а)

б)

X1X2X3X4Y
00000
00010
00100
00110
01000
01010
01100
01110
10000
10010
10100
10110
11000
11010
11100
11111
X1X2X3Y
0001
0010
0100
0110
1000
1010
1100
1110


г)


X1X2X3X4X5Y
000001
*****0

в)

д)

X1X2X3X4Y
00001
00010
00100
00110
01000
01010
01100
01110
10000
10010
10100
10110
11000
11010
11100
11110


е)

Рис. 2.1.6. – 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

XY
01
10

где Х – входной сигнал,

Y – 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.

X1X2X3X4Y
00000
00010
00100
00110
01000
01010
01100
01110
10000
10010
10100
10110
11000
11010
11100
11111

где Xi – входные сигналы,

Y – 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.

X1X2X3Y
0000
0010
0100
0110
1000
1010
1100
1111

где Xi – входные сигналы,

Y – 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.

X1X2X3Y
0001
0010
0100
0110
1000
1010
1100
1110

где Xi – входные сигналы,

Y – 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.

Х1X1X2X3Y
00001
****0

где Xi – входные сигналы,

Y – 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 – стробирующий (Е1), и работает в соответствии с таблицей 3.6.1.

Таблица 3.6.1.

Таблица истинности элемента 4ИЛИ-НЕ.

E1Х1X1X2X3Y
100001
00010
00100
00110
01000
01010
01100
01110
10000
10010
10100
10110
11000
11010
11100
11110
0****1

где Xi – входные сигналы,

Е1 – вход стробирования,

Y – выходной сигнал.

3.7. АЛС320Б

Одноразрядный семисегментный цифробуквенный индикатор. Изготавливается на основе структур галлий – 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 – 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 Рсумм рассчитывается как сумма максимальных мощностей, потребляемых микросхемами.

(4.1.1)

Рпот – потребляемая мощность;

Рмахi максимальная потребляемая мощность ИМС i-го типономинала;

ni количество ИМС i-го номинала;

M – число различных типономиналов ИМС, входящих в схему.

При расчете Рмахiнеобходимо пользоваться формулой:

(4.1.2)

Uпит – напряжение источника питания микросхем (для ИМС серии ТТЛ Uпит=5В).

Iпотi – 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.

ИМСn

Рмах,мВт

1

КР1533ЛН1112

2

КР1533ЛИ3212

3

КР1533ЛИ658

4

КР1533ЛЕ4114,5

5

К155ЛЕ3295

6

КР531ЛЕ71185

7

АЛС320Б140
Актуально: