Устройство селективного управління роботою семисегментного индикатора

Розвиток мікроелектроніки спричинило появу малогабаритних, высоконадежных і економічних обчислювальних пристроїв з урахуванням цифрових мікросхем. Вимоги збільшення швидкодії і зменшення потужності споживання обчислювальних коштів створило серій цифрових мікросхем. Серія є комплект мікросхем, мають єдине конструктивно — технологічне виконання. Найбільшого поширення сучасної апаратурі отримали серії мікросхем ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ і схеми на МОП — структурах.

ТТЛ схеми з’явилися як наслідок розвитку схем ДТЛ внаслідок заміни матриці діодів многоэмиттерным транзистором. Цей транзистор є інтегральний елемент, який би властивості диодных логічних схем і транзисторного усилителя.

1. Загальна часть.

1.1. Призначення устройства.

На малюнку як «чорної скриньки» показано комбінаційна схема (КС) управляюча семисегментным індикатором. На вхід схеми подаються різні комбінації двох сигналів X1, X2, X3, X4 (X1- старший). На індикатор передбачається виводити лише окремі цифри з багатьох шестнадцатеричных цифр. На виході Y мусить бути одиниця, якщо з'єднаний з цим виходом сегмент повинен спалахнути при відображенні цифр (для логічного схеми). Требуется:

1. Скласти поєднану таблицю істинності, комплект карт Карно для функції Y, провести спільну мінімізацію в СДНФ та не записати логічні формули, які виражають Y через X, виконати перетворення цих формул до виду, що забезпечує мінімально можливу реалізацію КС у системі логічних елементів ТТЛ серії типу К155 чи К555;

2. Виконати принципову електричну схему устрою, провести розрахунок швидкодії і мощности;

3. Виконати розрахунок надежности.

1.2. Упорядкування таблиці істинності роботи устройства.

Створення таблиці істинності роботи пристрої з наступному набору комбінацій 1, 2, 3, 4, 7, 8, B, З, F.

N X1 X2 X3 X4 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7.

1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1.

2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0.

3 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1.

4 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1.

7 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1.

8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1.

B 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1.

З 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0.

F 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0.

1.3. Мінімізація логічного функции.

Скласти СДНФ за таблицею, побудувати карти Карно і мінімізувати их.

1 1.

1 1.

1 1.

1 1 1.

1 1 1.

1 1.

1 1.

1 1 1.

1 1.

1 1.

1 1.

1 1.

1 1.

1 1 1.

1.4. Вибір та обґрунтування функціональної схеми устройства.

1.5. Синтез електричної принципової схемы.

в базисі «И-НЕ».

Можна зменшити кількість найменувань схем. Це можна зробити шляхом перетворення з допомогою формул:

У результаті дістаємо лише схеми «И-НЕ» і схеми отрицания.

Повторювані значення формул СДНФ.

1.6. Вибір та обґрунтування елементної базы.

Для проектування запропонували вибрати елементи ТТЛ серій 155 і 555. Після порівняння характеристик цих двох серій я обрано 555 серия.

Тому что:

* по-перше, коефіцієнт розгалуження в неї вдвічі більше, ніж в 155 серії, що у можна буде не використовувати додаткові резисторы на вході схемы.

* по-друге, елементи 555 серії споживають менше потужності на відміну від серії 155, бо їх максимальне напруга й сила струму менше, ніж в 155 серии.

У 555 серію входять різні логічні елементи загальною кількістю 98 найменувань. Їх призначення у побудові вузлів ЕОМ і пристроїв дискретної автоматики з великим швидкодією й малої споживаної мощностью.

Елементи І - НЕ в 555 серії містять прості n-p-n транзистори VT2 — VT4, многоэмиттерный транзистор VT1, а як і резисторы і діоди, кількість яких залежить від конкретного елемента. Така схема забезпечує можливість роботи з велику емкостную навантаження за вищого быстродействии і помехоустойчивости.

Як індикатора обраний семисегментный індикатор АЛС320Б, одне з небагатьох індикаторів здатний відображати як цифрову інформацію, а й буквенную, що необхідна за проектованому устройстве.

У моєму схемою використовується такі мікросхеми серії К555:

К555ЛА1, К555ЛА2, К555ЛА4, К555ЛН1, К555ЛН2.

1.7. Опис які у схемою ІМС і семисегментного индикатора.

К555ЛА1.

Два логічних елемента 4И-НЕ.

№ вивши. Призначення № вивши. Назначение.

1 2 3 4 5 6 7 Вхід Х1 Вхід Х2 Вільний Вхід Х3 Вхід Х4 Вихід Y1 Загальний 8 9 10 11 12 13 14 Вихід Y2 Вхід Х5 Вхід Х6 Вільний Вхід Х7 Вхід Х8 Ucc.

DIP14.

Пластик.

Тип мікросхеми К555ЛА1.

Фірма виробник СНГ.

Функціональні особливості 2 елемента 4И-НЕ.

Uпит 5 В ± 5%.

Uпит (низького ур-ня)? 0,5 В.

Uпит (високого ур-ня)? 2,7 В.

Iпотреб (низький ур-нь Uвых)? 2,2мА.

Iпотреб (високий ур-нь Uвых)? 0,8мА.

Iвых (низького ур-ня)? |-0.36|мА.

Iвых (високого ур-ня)? 0,02мА.

P 7,88мВт.

tзадержки 20нСек.

Kразвёртки 20.

Корпус DIP14.

К555ЛА2.

Логічний елемент 8И-НЕ.

№ вивши. Призначення № вивши. Назначение.

1 2 3 4 5 6 7 Вхід Х1 Вхід Х2 Вхід Х3 Вхід Х4 Вхід Х5 Вхід Х6 Загальний 8 9 10 11 12 13 14 Вихід Y1 Вільний Вільний Вхід Х7 Вхід Х8 Вільний Ucc.

DIP14.

Пластик.

Тип мікросхеми К555ЛА2.

Фірма виробник СНГ.

Функціональні особливості елемент 8И-НЕ.

Uпит 5 В ± 5%.

Uпит (низького ур-ня)? 0,5 В.

Uпит (високого ур-ня)? 2,7 В.

Iпотреб (низький ур-нь Uвых)? 1,1мА.

Iпотреб (високий ур-нь Uвых)? 0,5мА.

Iвых (низького ур-ня)? |-0,4|мА.

Iвых (високого ур-ня)? 0,02мА.

P 4,2мВт.

tзадержки 35нСек.

Kразвёртки 20.

Корпус DIP14.

К555ЛА4.

Три логічних елемента 3И-НЕ.

№ вивши. Призначення № вивши. Назначение.

1 2 3 4 5 6 7 Вхід Х1 Вхід Х2 Вхід Х4 Вхід Х5 Вхід Х6 Вихід Y2 Загальний 8 9 10 11 12 13 14 Вихід Y3 Вхід Х7 Вхід Х8 Вхід Х9 Вихід Y1 Вхід Х3 Ucc.

DIP14.

Керамический.

Тип мікросхеми К555ЛА4.

Фірма виробник СНГ.

Функціональні особливості 3 елемента 3И-НЕ.

Uпит 5 В ± 5%.

Uпит (низького ур-ня)? 0,5 В.

Uпит (високого ур-ня)? 2,7 В.

Iпотреб (низький ур-нь Uвых)? 1,2мА.

Iпотреб (високий ур-нь Uвых)? 0,8мА.

Iвых (низького ур-ня)? |-0.36|мА.

Iвых (високого ур-ня)? 0,02мА.

P 11,8мВт.

tзадержки 15нСек.

Kразвёртки 20.

Корпус DIP14.

К555ЛН1.

Шість инверторов.

№ вивши. Призначення № вивши. Назначение.

1 2 3 4 5 6 7 Вхід Х1 Вихід Y1 Вхід Х2 Вихід Y2 Вхід Х3 Вихід Y3 Загальний 8 9 10 11 12 13 14 Вихід Y4 Вхід Х4 Вихід Y5 Вхід Х5 Вихід Y6 Вхід Х6 Ucc.

DIP14.

Пластик.

Тип мікросхеми К555ЛН1.

Фірма виробник СНГ.

Функціональні особливості 6 инверторов.

Uпит 5 В ± 5%.

Uпит (низького ур-ня)? 0,5 В.

Uпит (високого ур-ня)? 2,7 В.

Iпотреб (низький ур-нь Uвых)? 6,6мА.

Iпотреб (високий ур-нь Uвых)? 2,4мА.

Iвых (низького ур-ня)? |-0.36|мА.

Iвых (високого ур-ня)? 0,02мА.

P 23,63мВт.

Tзадержки? 20нСек.

Kразвёртки 20.

Корпус DIP14.

К555ЛН2.

Шість інверторів з відкритою коллекторным выходом.

№ вивши. Призначення № вивши. Назначение.

1 2 3 4 5 6 7 Вхід Х1 Вихід Y1 Вхід Х2 Вихід Y2 Вхід Х3 Вихід Y3 Загальний 8 9 10 11 12 13 14 Вихід Y4 Вхід Х4 Вихід Y5 Вхід Х5 Вихід Y6 Вхід Х6 Ucc.

DIP14.

Пластик.

Тип мікросхеми К555ЛН2.

Фірма виробник СНГ.

Функціональні особливості 6 інверторів з відкритою коллекторным выходом.

Uпит 5 В ± 5%.

Uпит (низького ур-ня)? 0,5 В.

Uпит (високого ур-ня)? 2,7 В.

Iпотреб (низький ур-нь Uвых)? 6,6мА.

Iпотреб (високий ур-нь Uвых)? 2,4мА.

Iвых (низького ур-ня)? |-0.36|мА.

Iвых (високого ур-ня)? 0,02мА.

P 23,63мВт.

Tзадержки? 32нСек.

Kразвёртки 20.

Корпус DIP14.

ІНДИКАТОР ЦИФРОВОЙ.

АЛС320Б.

Назва АЛС320Б.

Колір світіння зеленый.

М, мм 5.

М 1.

Lmin, нм 555.

Lmax, нм 565.

Iv, мДж 0.15.

при Iпр, мАЛО 10.

Uпр max (Uпр max имп), У 3.

Uобр max (Uобр max имп), У 5.

Iпр max (Iпр max имп), мАЛО 12.

Iпр і max, мАЛО 60.

при tи, мс 1.

при Q 12.

Т,°С −60…+70.

2. Розрахункова часть.

2.1. Розрахунок швидкодії і споживаної потужності устройства.

* Розрахунок номіналів резисторов.

З розрахунків видно, що іракський опір одно 758 Ом, яке наминал,.

дорівнює 1 кОм. Опір індикатора одно 167 Ом, а его.

наминав, дорівнює 250 Ом.

* Розрахунок быстродействия.

Отже, з розрахунку, час затримки становить 127 нс.

* Розрахунок мощности.

Отже, з розрахунку 2004 року одержав споживану мощность.

рівну 402,88 мВт.

2.2. Розрахунок ймовірності безвідмовної роботи устрою и.

середнього часу напрацювання на отказ.

Найменш Позначення на схемою У елементів ?про 10−6 Режим роботи Ум. раб. До? Коэф. а ?і =a?к???о 10−6 10−6.

Кн tс.

Резисторы R1 1 1 1 50 1,6 2,7 4,32 4,32.

R2−8 7 0,4 1,728 12,096.

ІМС DD1-DD10 10 0,1 1 50 1 2,7 0,27 2,7.

ІМС (К555ЛН2) DD11-DD12 2 0,08 1 50 1 2,7 0,216 0,432.

Індикатор VD 7 5 1 50 1,6 2,7 21,6 151,2.

1. Прикидочный расчет.

2. Орієнтовний расчет.

3. Остаточний расчет.

Графічна частина проекта.

Заключение

.

У курсовому проекті я розробив електричну принципову схему управління семисегментного индикатора.

Спочатку, за завданням, склавши таблиці до справжності й мінімізувавши логічний функцію, отримали ті сигнали, які надійдуть безпосередньо на індикатор (пройшовши попередню інверсію). Перетворивши отримані формули і виділивши повторювані блоки, оптимізував роботу схеми. У ньому використовуються мікросхеми серії К555, т.к. є більш новими, ніж серія К155, і навіть розраховувалися номінал резисторів, швидкодія, споживана міць і ймовірність безвідмовної роботи устройства.

Значення прикидочного розрахунку більше, бо за його розрахунку робилося максимальне значення коефіцієнта інтенсивності відмов, а орієнтовному розрахунку кожному за елемента своє. Через цієї різниці в орієнтовному розрахунку збільшилося P (t) і Tср.

1. «Довідник по інтегральним мікросхемах» Тарабин; Москва 1981 г.

2. «Цифрові інтегральні мікросхеми» Богданович М. И., Грель І.Н., Похоренко В. А., Шалимо В. В.; Мінськ, Білорусь 1991 г.

3. Конспект на уроках «Конструювання ЕОМ» викладач — Пушницкая И.В.

4. Конспект на уроках «Типові елементи та внутрішнього облаштування цифровий техніки» викладач — Золотарьов І.В., Тихонов Б.Н.

5. методична вказівки до виконання курсового проекту з предмета «Електронні цифрові обчислювальні машини та мікропроцесори» Пушницкая І.В., Чечурина А.В.

Ленінград 1990 г.

6. Методичні рекомендації на оформлення курсових і дипломних проектів Лагутіна Н.І.; Ленінград 1987 г.

7. «Довідник по напівпровідникових електронних приладів» Іванов В.И.

8. «Довідник інтегральних мікросхем» Нефедов.

9. «Імпульсні і цифрові устрою» Браммер Ю. О., Пащук И.Н.