Преобразователь кода (ПК) (стр. 1 из 2)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра комплексной информационной безопасности электронно-вычислительных систем (КИБЭВС)
Курсовая работа
по дисциплине «Электроника и схемотехника»
Тема: Проектирование преобразователя кода (ПК)
Выполнил:
Студент
гр. 523-3
Захаров Д.М.
Проверил:
Доцент кафедры ИИТ
Шибаев А.А.
2005 г.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАЕНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ «ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ КОДА (ПК)»
Выдано студенту гр. 523-3
Тема: Проектирование преобразователя кода (ПК), вариант 14.
Исходные данные (ТЗ):
Входной код Хвх: G4 – 4-х разрядный код Грея;
Выходной код Yвых: 2421 – код формата четырехразрядного двоичного счетчика;
Быстродействие tзд. р – 0,3 мксек;
Потребляемая преобразователем кода мощность Рпотр. – минимально возможная.
Этапы проектирования:
* Полное уяснение принятого к исполнению ТЗ.
* Составление таблицы истинности ПК.
* Написание булевых функций ПК.
* Преобразование булевых функций ПК к выбранному базису.
* Составление структурной схемы ПК.
* Обоснованный выбор элементной базы, представление ИМС.
* Составление электрической схемы в соответствии с ЕСКД.
* Расчеты энергопотребления и быстродействия устройства.
* Выводы о соответствии ТЗ на проектирование достигнутым результатам.
* Выполнить трассировку печатной платы для электрической схемы ПК.
* Оформление приложений:
А. Структурная схема ПК.
Б. Электрическая схема ПК.
В. Поразрядные временные диаграммы для входов и выходов ПК.
СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ
1. Задание на проектирование ПК (заполненный бланк ТЗ).
2. Этапы проектирования ПК.
2.1. Составление таблицы истинности ПК.
2.2. Написание булевых функций ПК.
2.3. Минимизация булевых функций ПК.
2.4. Преобразование булевых функций ПК к выбранному базису.
2.5. Составление структурной схемы ПК.
2.6. Обоснованный выбор элементной базы, представление ИМС.
2.7. Составление электрической схемы в соответствии с ЕСКД.
2.8. Расчеты энергопотребления и быстродействия устройства.
2.9. Предусмотреть вход стробирования низким уровнем CS(IE).
3. Заключение. Выводы о соответствии ТЗ на проектирование и достигнутых результатов.
4. Выполнить моделирование разработанного ПК, используя, например, популярный пакет ElectronicsWorkbench (версии 5.12 или ниже), либо доступный Вам на сайте кафедры «Промышленная электроника» ТУСУР пакет ASIMEC (русифицированный и более мощный по используемым математическим средствам моделирующий пакет с отечественными компонентами и с возможностью их редактирования и пополнения библиотеки).
5. Рекомендуемое задание - выполнить трассировку печатной платы для электрической схемы ПК, используя доступные Вам многочисленные (например, ACCELTechP-CAD 2000 (с), CamCadGraphicv.3.8, SpectraAutoRouter 7.0.2, ExpeditionPCB 2000 или другие) прикладные программы.
Выполнение пунктов 4 и 5 не является обязательным, но желательным, т.к. показывает стремление обучающегося не ограничивать себя минимальными знаниями, а работать творчески и в полную силу.
Приложения:
А. Структурная схема ПК.
Б. Электрическая схема ПК.
В. Поразрядные временные диаграммы для входов и выходов ПК.
Г. Трассировка печатной платы для электрической схемы ПК (при выполнении п.4).
2. Этапы проектирования ПК
 |
| Входной код Х вх | Выходной код Y вых | |||||||
| G4 | 2421 | |||||||
| N | X3 | X2 | X1 | X0 | Y3 | Y2 | Y1 | Y0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 2 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 3 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 4 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 5 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 6 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 7 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 8 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 9 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
2.2. Написание булевых функций ПК.
Булевы функции семи выходов ПК (для каждого из сегментов) записываются в дизъюнктивной нормальной форме и приведены ниже:
; 
; 
Данная система булевых функций не является минимальной и привела бы к существенной избыточности структуры ПК при реализации на ее основе. Поэтому следующим логическим шагом процедуры проектирования является минимизация булевых функций ПК.
Для минимизации булевых функций используем правила алгебры Буля и процедуру Карт Карно:
Сегмент Y3: исходная булева функция:
; | Х1Х0 Х3Х2 | 00 | 01 | 11 | 10 |
| 00 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 01 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 11 | 1 | 1 | х | х |
| 10 | х | х | х | х |
Где Х – Нейтральные позиции.
Сегмент Y2: исходная булева функция:
; | Х1Х0 Х3Х2 | 00 | 01 | 11 | 10 |
| 00 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 01 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 11 | 1 | 1 | х | х |
| 10 | х | х | х | х |
;Сегмент Y1: исходная булева функция:
;| Х1Х0 Х3Х2 | 00 | 01 | 11 | 10 |
| 00 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 01 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 11 | 1 | 1 | x | x |
| 10 | x | x | x | x |
;Сегмент Y0: исходная булева функция:
| Х1Х0 Х3Х2 | 00 | 01 | 11 | 10 |
| 00 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 01 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 11 | 0 | 1 | x | x |
| 10 | x | x | x | x |
2.4. Преобразование булевых функций ПК к выбранному базису
Минимальные булевы функции ПК получены в произвольном логическом базисе. Приведем систему булевых функций к единому логическому базису И-НЕ. Для этого каждое уравнение подвергнем двойному инвертированию и преобразуем в соответствии с правилом де Моргана.
Полученные таким образом булевы функции записаны в едином базисе И-НЕ и являются основой для составления структурной схемы ПК.
2.5. Составление структурной схемы ПК (приложение А)
Структурная схема ПК составляется непосредственно по полученным минимальным булевым функциям единого базиса И-НЕ. В выражении каждой булевой функции просматривается три указания по рациональному вычерчиванию структурной схемы. Все входящие в них переменные представлены тремя уровнями. Нижний уровень переменных - сами входные переменные и их инверсии. За реализацию этого уровня переменных отвечает «слой» инверторов, расположенных на структурной схеме рис. 2 слева (I). В целях унификации типов логических ИМС инверторы выполняются на базе двухвходовых логических элементов И-НЕ с объединенными входами. Далее для удобства рисования структурной схемы наносятся вертикальные шины входных переменных и их инверсий.
Следующий уровень переменных - конъюнкции из двух, трех или четырех переменных нижнего уровня. Слой конъюнкторов (II) содержит двух-, трех - или четырехвходовые логические элементы И-НЕ. Разводка входов элементов выполняется на основе выражений булевых функций для соответствующих выходов Yi.
Наконец, верхним уровнем переменных являются сами выходные переменные ПК. Они также реализуются на выходах двух- или трех- входовых логических элементов И-НЕ, как это следует из выражений булевых функций.