Разработка логічного устрою комбинационного типу на мультиплексорах

року міністерство освіти Російської Федерации.

Северокавказский Державний Технічний Университет.

Кафедра електроніки і микроэлектроники.

Курсової проект.

По дисципліни «Електро промислові устрою» на задану тему :

Розробка логічного устрою комбинационного типу на мультиплексорах.

Виконав: студент 4 курса.

групи УПЭ-991.

Козидубов Є. Н.

Прийняв: Денисюк.И.А.

Ставрополь 2001.

Введение

__________________________________________________________ 1. Постановка завдання й вибір методики розрахунку._________________________ 2. Розробка і розрахунок схеми логічного устрою управління.__________ 2.1Разработка логічного устрою управління двома входовых мультиплексорах._________________________________________________ 2.2 Розробка логічного устрою управління на трьох входовых мультиплексорах._________________________________________________ 2.3 Вибір варіанта схеми і переліку елементів.__________________________ 2.4 Розрахунок вимог до джерела харчування._____________________________ 2.5 Аналіз гонок сигналів.____________________________________________ 2.6 Розрахунок надійності устрою._____________________________________ 3. Розробка друкованої плати.________________________________________ 3.1 Розробка вимог до друкованої платі._____________________________ 3.2 Розробка схеми розміщення на плате.______________________________.

Література.______________________________________________________ Укладання _________________________________________________________.

Нині мікросхеми отримали стала вельми поширеною. Це зумовлено можливістю реалізації з їхньої основі найрізноманітніших цифрових пристроїв. Промисловістю випускаються мікросхеми кількох типів, кожен у тому числі задовольняє обмеженої кількості вимог. Разом вони перекривають широкий диаппазон требований.

До однією з типів мікросхем належить і мультиплексоры (МС). МС ставляться до схемами комутації ланцюгів, тобто вони з'єднують одне із входів з виходом .

МС ставляться до універсальним схемами з їхньої основі можна реалізувати будь-яку логічний функцію, число змінних у привышает число адресних входів, теж можна виконати перетворення паралельного коду в послідовний. Випускають мультиплексори з 2,3 і 4 адресними входами .

У цьому роботі розглядатиметься реалізація логічного функції на мультиплексорах.

1. ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ І ВИБІР МЕТОДИКИ РАСЧЕТА.

Побудова логічних схем на мультиплексорах та допоміжних елементах зазвичай ведеться як деревоподібних ланцюжків, каскадних структур, відмінних способами функціонального розділення бізнесу і розкладання булевых функцій (БФ). Найчастіше практично застосовується розкладання БФ по методу Шеннона, має вид:

[pic] де [pic]- залишкові функції (ОФ) розкладання, які виходять з функції f шляхом підстановки констант 0 і одну замість змінного безлічі [pic]. Для f0 маємо [pic]; для f1 маємо [pic]; для [pic] маємо [pic]. Розпад булевых функцій одна із трудомістких етапів проектування логічних схем на мультиплексорах, оскільки отримання оптимального рішення пов’язують із частковим чи повним перебором варіантів розкладання булевых функцій, за певним числу змінних, причому у залежність від складності реалізованих на мультиплексорах булевых функцій, процес розкладання є багатоступеневим, виконанням досі повного відомості одержуваних залишкових функцій до найпростішій виду. З урахуванням роботи мультиплексоров і конструктивних особливостей реалізації із кількістю управляючих входів q (q=2,3) та інформаційних входів, рівним 2q (2,8), розкладання заданої функції може бути з двох, трьом переменным.

Тоді при побудові логічного схеми на мультиплексорах ці перемінні повинні підключаться до управляючим входам, а залишкові функції до інформаційним входам відповідного мультиплексора.

2. РОЗРОБКА І РОЗРАХУНОК СХЕМИ ЛОГІЧНОГО УСТРОЮ УПРАВЛЕНИЯ.

2.1Разработка логічного устрою управління двома входовых мультиплексорах.

По завданням нам дана функція подана у числовому вигляді [pic] Уявімо цю функцію як таблиці (таб.1) истинности.

таблиця № 1. |№ |Х4 |Х3 |Х2 |Х1 |Х0 |Y | |0 |0 |0 |0 |0 |0 |1 | |1 |0 |0 |0 |0 |1 |0 | |2 |0 |0 |0 |1 |0 |0 | |3 |0 |0 |0 |1 |1 |1 | |4 |0 |0 |1 |0 |0 |1 | |5 |0 |0 |1 |0 |1 |1 | |6 |0 |0 |1 |1 |0 |1 | |7 |0 |0 |1 |1 |1 |1 | |8 |0 |1 |0 |0 |0 |0 | |9 |0 |1 |0 |0 |1 |0 | |10 |0 |1 |0 |1 |0 |0 | |11 |0 |1 |0 |1 |1 |0 | |12 |0 |1 |1 |0 |0 |0 | |13 |0 |1 |1 |0 |1 |0 | |14 |0 |1 |1 |1 |0 |0 | |15 |0 |1 |1 |1 |1 |1 | |16 |1 |0 |0 |0 |0 |1 | |17 |1 |0 |0 |0 |1 |1 | |18 |1 |0 |0 |1 |0 |1 | |19 |1 |0 |0 |1 |1 |1 | |20 |1 |0 |1 |0 |0 |1 | |21 |1 |0 |1 |0 |1 |1 | |22 |1 |0 |1 |1 |0 |1 | |23 |1 |0 |1 |1 |1 |1 | |24 |1 |1 |0 |0 |0 |1 | |25 |1 |1 |0 |0 |1 |1 | |26 |1 |1 |0 |1 |0 |0 | |27 |1 |1 |0 |1 |1 |0 | |28 |1 |1 |1 |0 |0 |0 | |29 |1 |1 |1 |0 |1 |0 | |30 |1 |1 |1 |1 |0 |0 | |31 |1 |1 |1 |1 |1 |0 |.

Далі мінімізуємо задану функцію за картою Карно.

Х3.

Х3.

Х2 Х2 |1 |0 |0 |1 |0 |0 |0 |1 | |1 |0 |0 |1 |1 |0 |1 |1 | |1 |0 |1 |1 |0 |0 |0 |1 | |1 |0 |1 |1 |1 |0 |0 |1 |.

Х4.

Минимизировав функцію запишемо МДНФ. [pic] Оскільки число входів у мультиплексора два, а змінних п’ять то зробимо декомпозицію логічного функции. После декомпозиції одержимо залишкові функції меншої кількості переменных.

Виберемо дві перемінні з МДНФ які подаватися на вхід першого мультиплексора .

Х0 — зустрічається 3 десь у МДНФ.

Х1 — 4.

Х2 — 6.

Х3 — 4.

Х4 — 3 Виберемо Х1 Х2 .

[pic].

Кількість змінних велике зробимо ще одне декомпозицию.

Х0 — зустрічається 3 десь у рівняннях у0, у1,у2,у3, першої декомпозиции.

Х1 — -;

Х2 — -;

Х3 — 6.

Х4 — 4 Зробимо декомпозицію щодо Х3 Х4 .

[pic].

По цих даних малюємо схему заданої логічного функції рис. 2.1.

2.2 Розробка логічного устрою управління на трьох входовых мультиплексорах.

Используя МДНФ із розділу 2.1 зробимо декомпозицію до трьох входів і одержимо вісім залишкових функций.

Х0 — зустрічається 3 десь у рівнянні МДНФ.

Х1 — 4.

Х2 — 6.

Х3 — 4.

Х4 — 3 Зробимо декомпозицію щодо Х3, Х2, Х1 .

[pic].

По цих даних малюємо схему заданої логічного функції рис. 2.2.

2.3 Вибір варіанта схеми і переліку элементов.

В залежність від технології ІВ поділяються на серії, різняться фізичними параметрами базових елементів, і навіть функціональним призначенням які входять у до їхнього складу мікросхем. У настояшее час розроблено кілька десятків технологій виготовлення ІВ. Найбільшого застосування отримали ІВ, изготавливаемые по ТТЛ, КМОП і п-МОП — технологіям. Кожна технологія постійно вдосконалюється з метою підвищення швидкодії ІВ, зменшення споживаної потужності і збільшення рівня інтеграції - число елементів, розміщуваних на кристалі заданої площі. Вибираємо серію К1533 изготавливаемую по ТТЛШ технології. З схем побудованих двома й трьох входовых мультиплексорах на малюнках 2,3. Бачимо що час використання здвоєних двох входовых мультиплексорах кількість корпусів таке як із використанні трьох входовых мультиплексорах. Вибираємо трьох входовые мультиплексори оскільки за її використанні зменшується кількість сполук Вибираємо мультиплексер типу К1533КП7. Селектор мультиплексер 8->1 зі стробированием К1533КП7.

|Входы |Виходи| |А2|А1|А0|? |Y |? | |X |X |X |1 |0 |1 | |0 |0 |0 |0 |D0|D0| |0 |0 |1 |0 | | | |0 |1 |0 |0 |D1|D1| |0 |1 |1 |0 | | | |1 |0 |0 |0 |D2|D2| |1 |0 |1 |0 | | | |1 |1 |0 |0 |D3|D3| |1 |1 |1 |0 | | | | | | | |D4|D4| | | | | | | | | | | | |D5|D5| | | | | | | | | | | | |D6|D6| | | | | | | | | | | | |D7|D7|.

таблиця истинности Справочные дані К1533КП7.

Питание (+5±5% У): висновок 16 Земля: висновок 8.

Iпот, мАЛО 10 Iвх 0;1, мАЛО -0,4; 0,02 Iвых 0;1, мАЛО 8; -0,4 Uвых 0;1, У 0,5; 2,7 Tзд, м. с 20.

2.4 Розрахунок вимог до джерела питания Используя довідкові дані мультиплексора К1533КП7 розрахуємо вимоги до джерела харчування. Знайдемо потужність споживану однієї мікросхемою Pмик=Iпот * Uпит =0,01А *5 В = 50 мВт. Знаючи потужність споживану однієї мікросхемою знайдемо потужність споживану всієї схемою Рсхем =N*Рмик =3*0,05 =150 мВт. де N кількість мікросхем. Для даної схеми потрібен джерело харчування на напруги 5 В, нестабільність напруги має перевищувати ±5%, потужністю не думка 150 мВт.

2.5 Аналіз гонок сигналов Гонки сигналів в комбінаційних схемах це процес пов’язані з тим, що на різні входи даної мікросхеми надходять сигнали мають різну величину тимчасової затримки щодо тактових точок. Для аналізу наявності гонок в схемою необхідно подивитися всіх можливих варіанти дії на мікросхему сигналів їхньому вході за наявності взаємних тимчасових затримок сигналів друг щодо друга.

Заходи боротьби з гонками. Перше вирівнювання запізнювання сигналів з допомогою штучних затримок тих сигналів що випереджають одне одного. Для затримок можуть використовуватися повторювачі мають затримку. Такий спосіб пов’язане з ускладненням схемы.

Ще одна спосіб це задля боротьби з гонками це збільшити тривалість імпульсу знизивши тактову частоту. Оскільки допускається спотворення як зміна тривалості імпульсу трохи більше [pic].

Наша комбінаційна схема нічого очікувати працювати великий частоті то тут для боротьби з гонками використовуємо метод збільшення тривалості імпульсу, а отже зменшення тактовою частоты.

2.6 Розрахунок надійності устройства.

Любое пристрій створюється для надійної безвідмовної роботи. Властивість устрою зберігати у часі в встановлених межах значення всіх параметрів, характеризуючих його спроможність виконувати необхідні функції в заданих режимах й нестерпні умови застосування, технічного обслуговування і ремонтів, збереження і транспортування, називається надійністю. Якщо всі параметри відповідають потребам документації, такий стан називають працездатним, а подія, яке у порушенні працездатності, -отказам. Отже, до виникнення відмови досить догляду хоча б одного параметра межі, встановлені нормативно-технічними документами.

Залежно від цього, як виявляються ці догляду параметрів, розрізняють раптові і поступові відмови. Раптовий відмова характеризується стрибкоподібним зміною експлуатаційних параметрів устрою, у зв’язку з ніж прогнозувати час його виникнення практично неможливо Приклади раптових відмов — коротке замикання обкладок конденсатора, обрив висновків чи пробою переходу транзистора. Поступовий відмова характеризується поступовими, плавними змінами у часі однієї чи кількох параметрів, зумовлені впливом необоротних процесів старіння і зносу. У цьому. спостерігаючи за відповідними параметрами протягом багато часу, можна виявити тенденції, чи закономірності їх зміни передбачити причину та палестинці час виникнення відмови. Як прикладу поступових відмов можна навести збільшення зворотного потоку коллекторного переходу транзистора Iко, зменшення коефіцієнта передачі чи смуги пропускання лінійної інтегральної схемы.

Для цифрових пристроїв, що працюють у умовах дії перешкод (наведення по ланцюгах харчування, внутрішні шуми тощо. буд), характерно наявність щодо значної частини самоустраняющихся відмов (збоїв). Цей вид відмов пов’язаний з порушенням працездатності устрою короткий час. після «чого правильна робота апаратури відновлюється спонтанно, без втручання сторонніх. Наслідком збоїв може бути спотворення інформації (вихідних даних, управляючих впливів тощо.), що може вплинути на нормальне функціонування устрою мала тривалість збою ускладнює завдання виявлення та ліквідації пов’язаних із нею небажаних последствий.

Надійність будь-якого об'єкта, зокрема і електронного устрою, залежить від багатьох чинників, як-от якість як у ньому деталей. їх взаємне розташування, умови охолодження, якість складання (монтажу), умови експлуатації (температура, вологість, наявність вібрації), якість обслуговування тощо. Залежно від призначення та режиму експлуатації вироби можна розділяти на дві групи: 1) невосстанавливаемые, у відмові їх заміняють справними (до них відносять елементи електронної і електротехнічній апаратури: резисторы, конденсатори, діоди, інтегральні мікросхеми тощо.), 2) відновлювані, їх можна ремонтувати, замінюючи в них отказавшие елементи і відновлюючи порушені связи.

Розглядаючи відмова як подія випадкове, для кількісної оцінки надійності використовують ймовірність безвідмовної роботи і можливість відмови можливість. що у заданому інтервалі часу t відмова устрою не станеться, т. е. його експлуатаційні параметри перебуватимуть в встановлених межах, називається ймовірністю безвідмовної роботи P (t). Ця характеристика є монотонно убутну функцію часу t, причому Р (0) = 1. Р (?) = 0. (Передбачається, що спочатку виріб справно, а після певного часу, може дуже великого, воно обов’язково вийде з експлуатації.) Уявлення про те, який характер функції P (t), можна отримати результаті експерименту з великою групою виробів. Результати експерименту з групою відбивають поведінка всієї маси виробів (генеральної сукупності), якщо вибірка досить об'ємний. І тут говорять про представницької вибірці. Нехай вибірка містить No = 1000 виробі (резисторів, конденсаторів, мікросхем). Поставимо в режим, відповідний паспортним умовам експлуатації (навколишня температура, струм, напруга), і фіксувати момент відмови кожного вироби чи кількість відмовили виробів наростаючим результатом через кожні ?t год. Тоді ймовірність безвідмовної роботи) P (t)=N (t)/N, (1) де N (t) — число виробів, решти справними на момент часу t. Маючи отриманої інформацією, можна визначити, як і загалом можливість. що ж виріб буде працездатним через 10, 100,1000 год, скільки б годин може експлуатуватися виріб, якщо поставлено дозволене нижнє значення P (t).

Можливість відмови окреслюється можливість появи відмови від перебіг часу t: Q (t) = (No — N (t))/No. Оскільки працездатне статки у зстояння відмови утворюють повну, групу подій (третього просто немає!), то характеристики P (t) і Q (t) задовольняють співвідношенню P (t) +Q (t) = 1.

Введемо поняття щільності ймовірності появи відмови: [pic] (2) важливою характеристикою надійності є і інтенсивність відмов: [pic] (3) що є ймовірність відмови вироби в одиницю часу після на даний момент t за умови, що перед ним відмова не виникав. Порівнюючи висловлювання для a (t) і ?(t), неважко побачити різницю між ними. Значення а (t)?t характеризує відносну частку відмовили виробів за інтервал [t, t + ?t], які зі довільній групи поставлених на випробування виробів, незалежно від цього, справні вони або відмовили на момент часу t. Значення? (t)?t визначає відносну частку відмовили виробів на інтервалі [t, t + ?t], які вибираються зі групи виробів, решти працездатними до оскільки він розглядався моменту t. Для елементів електронної апаратури типові значення? від 10−6 до 10−81/ч.

Важливий кількісний показник надійності - середнє час безвідмовної роботи (середня напрацювання вщерть), що визначається як математичне очікування часу роботи вщерть. Цю характеристику знаходять як [pic] (4) де ti, — час безвідмовної роботи i-го вироби (для відновлюваних виробівчас між двома сусідніми відмовами). Для експоненційного закону надійності [pic] Середня напрацювання вщерть Т і інтенсивність відмов? зручні як довідкових даних, оскільки вони не залежить від часу. Нерідко з оцінки безвідмовності устрою використовується така характеристика, як гама відсоткова напрацювання вщерть Т?, т. е. напрацювання, протягом якого відмова устрою т виникає з імовірністю ?, що у відсотках. Відповідне значення знаходять з рівняння [pic] (5) Наприклад. Т90% означає, що зазначений час напрацювання вщерть реалізується з імовірністю P (T90%,) = 0,9. т. е. зазначений час буде досягнуто для 90% виробів. Довідкові дані зазвичай наводяться для одиночних елементів в нормальних умовах експлуатації. Реальні умови експлуатації можуть бути різні від нормальних, а устрою, надійність яких слід визначити, містять велика кількість різних елементів. Вплив умов експлуатації (електричних режимів, температури, радіації, вологості вібрації і ударів) проявляється у зміні інтенсивності відмов, визначеному дослідним шляхом. Ускладнення умови істотно підвищує інтенсивність відмов. Наприклад, збільшення робочого напруги на конденсаторі на 10% може підвищити ?1 більш як удвічі. Способи сполуки елементів та вузлів, перетинів поміж ними різноманітні. Зазвичай виділяють основна будівля і резервне сполуки. Поєднання, коли відмова кожного з елементів призводить до відмови всього устрою, називають основним (наприклад, побутова апаратура). Модель розрахунку надійності для такого сполуки — послідовна ланцюжок елементів, коли работоспособному стану устрою відповідає справність P першого, P другого,…, P n-го елементів Можливість справного стану системи, що містить n елементів: [pic] У цьому вся причина низькою надійності складних систем з великою кількістю елементів: якщо Р, = 0,999, а n = 1000, то Рс = 0,37. Інші показники надійності для основного сполуки елементів виводять з формули твори ймовірностей [pic] Знайдемо показники надійності нашої розробленої схеми. З довідника знаємо ?і одно резисторів 0.64*10−4, конденсаторів 0,25*10−6 і мікросхеми 0,06*10−6. Знайдемо? з всім елементів схеми для резисторів [pic] для конденсаторів [pic] для мікросхем [pic] Знайдемо Рс всім елементів схеми для резисторів [pic] для конденсаторів [pic] для мікросхем [pic] Знайдемо Тс всім елементів схеми для резисторів [pic] для конденсаторів [pic] для мікросхем [pic].

Судя за розрахунками плата зможе пропрацювати щонайменше 15 000 часов.

1. РОЗРОБКА ДРУКОВАНОЇ ПЛАТЫ.

3.1 Розробка вимог до друкованої плате.

Сутність друкованого монтажу залежить від заподіянні на ізоляційне підставу тонких электропроводящих покриттів, виконують функції монтажних дротів і елементів схеми — резисторів, конденсаторів, котушок індуктивності, контактних деталей та інших. Конструкторськадокументація на друковані плати й на блоки оформляється в відповідно до вимог ГОСТ 2 109 73, ГОСТ 2 417−68 і дієвими нормативно технічними документами Креслення друкованої плати односторонньої чи двосторонньої класифікується як креслення деталі Креслення друкованої плати мусить мати вся інформація, необхідних її виготовлення й контролю зображення друкованої плати із боку друкованого монтажу, раз заходи, граничні відхилення і шорсткість поверхонь друкованої плати й на всіх його елементів (отворів, провідників), і навіть розміри відстаней з-поміж них, необхідні технічні вимоги, інформацію про материале.

Розміри кожного боку друкованої плати повинні прагнути бути кратними 2,5 при довжині до 100 мм, 5 при довжині до 350 мм, 20 при довжині більш 350 мм Максимальний розмір будь-якої зі сторін друкованої плати ні перевищувати 470 мм Співвідношення лінійних розмірів сторін друкованої плати має не більше 3:1 і вибирається з низки 1:1, 1:2, 2:3, 2:5 Товщину плат визначають, виходячи з механічних вимог, що висуваються до конструкції друкованого блоку, з урахуванням методу виготовлення. Рекомендуються плати завтовшки 0,8, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0 мм. Креслення друкованих плат виконують у натуральний розмір чи зі збільшенням 2:1, 4:1, 5:1, 10:1 Розробку креслення друкованої плати починають із нанесення координатної сітки За основний крок прямокутної координатної сітки по ГОСТ 10 317 79 приймається 2,5 мм. Для малогабаритній апаратури й у технічно обгрунтованих випадках допускається застосовувати додаткові кроки 1,25 і 0,5 мм.

Центри всіх отворів на друкованої плати повинні розташовуватися в вузлах координатної сітки. Якщо з за конструктивних особливостей навісного елемента цього не можна, то центри отворів мають відповідно до вказівкам креслення цей елемент Таке розташування центрів отворів використовують із лампових панелей, малогабаритних реле, рознімань та інших елементів У цьому мають дотримуватися такі вимоги центр однієї з отворів, прийнятого за основне, може бути лежить у вузлі координатної сітки, центри інших отворів потрібно наскільки можна розташовувати на вертикальних чи горизонтальних лініях координатної сітки Діаметри монтажних і перехідних металізованих і металізованих отворів обирають з низки (0,2), 0,4, (0,5), 0,6, (0,7), 0,8, (0,9), 1,0, (1,2), 1,3,1,5, 1,8; 2,0, 2,2, (2.4), (2,6), (2,8), (3,0) Діаметри, не взяті в дужки, є предпочтительными Не рекомендується в одній друкованої платі мати більше трьох різних діаметрів отворів Діаметри металізованих отворів вибирають залежно від діаметрів висновків навісних елементів і товщини плати, а діаметри не металізованих отворів залежно від діаметрів висновків навісних елементів, встановлюваних у ці отвори. Необхідність зенковки монтажних і перехідних отворів диктується конкретними конструктивними вимогами і методом виготовлення платы.

Шорсткість поверхні монтажних не металізованих отворів і торців друкованих плат мусить бути Rz.