Блок сложения двоичных чисел (стр. 2 из 2)
4.2 Особенности реализации функциональных узлов и элементов БУДЧФЗ на выбранных элементах и узлах серии 155
Для реализации десяти разрядных регистров Рг.1, Рг.2, Рг.3 используются два регистра: - восьмиразрядный универсальный регистр сдвига 155ИР13, на информационные входы подаётся код числа, S0=S1=1, на вход С подаётся тактовый импульс, DR и DL произвольно, R=1.
Для реализации преобразователя кода из прямого в обратный код и на оборот используется 9 элементов "исключающий или" ЛП5.
Для реализации одиннадцати разрядного сумматора в схеме используются три четырёх разрядных АЛУ 155ИП3, выход С4 первого соединяется со входом С0 следующего, М- вход выбора режима, Е- вход кода операции.
Для реализации "блока 2" (определение переполнения), используется элемент "исключающий или" 155 ЛП5 (см.выше).
| Обозначение узла элемента на схеме Э2 | Название и тип узла элемента в схемах Э2, Э3 | Обозначение узла элемента Э3 | Тип узла элемента в серии | Количество корпусов микросхем шт | Количество элементов в корпусе |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| DD1, DD2 | Регистр 10 разрядный | DD1,DD2 DD3,DD4 | К155ИР13 | 4 | 1 |
| DD3,DD4 | Преобразователь кода "искл. или" | DD5-DD7 DD8-DD10 | 155ЛП5 | 6 | 4 |
| DD5 | АЛУ выполняет функцию сумматора | DD11-DD13 | K155ИП3 | 3 | 1 |
| DD6 | Флаг переполнения "искл. или" | DD18 | 155ЛП5 | 1 | 4 |
| DD7 | Преобразователь результата | DD15-DD17 | 155ЛП5 | 3 | 4 |
| DD8 | Флаг равнозначности 0 | DD23 DD24 DD14 | К155ЛЕ4 К155ЛА4 155Лн1 | 1 1 1 | 3 3 6 |
| DD9 | Регистр 10 разрядный | DD19,DD20 | К155ИР13 | 2 | 1 |
| DD10 | Флаг чётности | DD21,DD22 DD14 | 155ЛП5 155Лн1 | 2 1 | 4 6 |
| DD11 | Регистр флагов 4 разрядный | DD25 | К155ИР13 | 1 | 1 |
| Тип микросхемы | Ток потребления | Задержка в мС | tср НС | |
| t01 | t10 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| К155ИР13 | 116 | 26 | 35 | 30,5 |
| 155ЛП5 | 50 | 22 | 30 | 27,5 |
| К155ИП3 | 150 | 50 | 50 | 50 |
| К155ЛЕ4 | 6,8 | 15 | 15 | 15 |
| К155ЛА4 | 16,5 | 15 | 22 | 18,5 |
| 155ЛН1 | 33 | 22 | 15 | 18,5 |
4.3 Описание работы проектируемого блока по схеме электрическая принципиальная
На входы регистров Рг.1 микросхем DD1 и DD2 поступает число [А] с 10-и разрядной шины данных в прямом коде на входы D0-D7 микросхемы DD1 и входы D0-D1 микросхемы DD2, с управляющим сигналом CS1.
Аналогично поступает число [B] на микросхемы DD3,DD4.
После, число [А] и [В] в прямом коде поступают на преобразователи кодов построенных на элементах " искл. или " и реализованных на микросхемах DD5-DD10, где операнды [А] и [В] из прямого кода преобразуются в обратно модифицированный код ( в знаковой области поятся второй разряд и число будет 11 разрядное с 2 разрядами в знаковой части ).
Далее операнды поступают на сумматор в обратно модифицированном коде, реализованный тремя четырёх разрядными АЛУ выполняющими операцию сложения (для нормальной работы сумматора на входы Е0 и Е4 уровень логического "0", а на входы М, Е2, Е3 подаём уровень логической "1", в случае переполнения, с выхода С0 на вход С4 следующего АЛУ будет произведён перенос логической "1", в противном случае "0").
Затем происходит проверка результата в обратно модифицированном коде на наличие переноса, данный блок реализован на элементе "искл. или", на входы подаются два разряда из знаковой области результата, и в случае переполнения на выходе будет уровень логической "1", в противном случае "0".
Далее результат в обратно модифицированном коде попадает в преобразователь кода, который построен по такой же технологии что и преобразователь кода описанный ранее.
Далее результат в прямом коде поступает на входы десяти разрядного регистра Рг3 реализованном как сказано выше, на двух восьми разрядных регистрах, с управляющим сигналом CS3.
Затем происходит определение флагов S, P, Z:
Флаг Z – реализован на 3 элементах "3ИЛИ-НЕ" объединённых в один корпус и 1 элементом "3И-НЕ" и 1 элементе "НЕ".
Флаг P - реализован на 6 элементах "искл. или" и 1 элементе "НЕ".
Флаг S – это знак результата.
Эти данные вносятся в четырёх разрядный регистр флагов с управляющим сигналом CS3.
5. Расчетная часть
В данном разделе выполняется расчет:
- времени выполнения операции в разработанном блоке;
- мощности потребляемой блоком;
- параметров надежности блока.
5.1 Расчет времени выполнения операции в БСДЧСПЗ
Основой для расчета послужили:
1. Схема электрическая принципиальная.
2. Таблица 2. Параметры микросхем.
3. Временные диаграммы, разработанные для схемы электрической функциональной.
4. Формулы, выведенные для проведенных ВД.
Время срабатывания для схемы электрической функциональной определяется по формуле:
t1= τзад.Рг1 = 30,5 [нс]
t2 = τзад.Рг2+τзад.ЛП5+ τзад.,DD11 + τзад.DD121 + τзад.DD13 + τзад.,Лп5 =
= 30,5 + 27,5+50+50+50+27,5 = 235,5 [нс]
t3 = τзад.Рг3 + τзад.ЛП5(DD21) + τзад.ЛП5(DD22) + τзад.ЛП5(DD22) + τзад.ЛП5(DD22) +
+τзад.ЛН1 =30,5+27,5+27,5+27,5+27,5+8,5 = 149 [нс]
t4 = τзад.Рг4 = 30,5 [нс]
Tвып.операции = t1 + t2 + t3 + τ4=30,5+205+149+30,5= 445,5 [нс]
5.2 Расчёт потребляемой мощности
РпотрИР13 = 0,116*5 = 0,58 Вт
РпотрЛП5 = 0,05*5 = 0,25 Вт
РпотрИП3 = 0,15*5 = 0,75 Вт
РпотрЛЕ4 = 0,068*5= 0,034 Вт
РпотрЛА4 = 0,0165*5 = 0,082 Вт
РпотрЛН1 = 0,033*5 = 0,165 Вт
РпотрИР13 = 0,116*5 *7= 4,06 Вт
РпотрЛП5 = 0,05*5*12 = 3 Вт
РпотрИП3 = 0,15*5*3= 2,25 Вт
РпотрЛЕ4 = 0,068*5*1 = 0,034 Вт
РпотрЛА4 = 0,0165*5*1 = 0,082 Вт
РпотрЛН1 = 0,033*5*1 = 0,165 Вт
Рпотр БСДЧфз = 4,06+3+2,25+0,034+0,082+0,165 = 9,5 Вт
5.3 Расчёт параметров надёжности
Надёжность - это комплексное свойство машин, технических устройств, систем, приборов, заключающееся в его способности выполнять заданные функции, сохраняя при этом свои характеристики при определённых условиях эксплуатации, в установленных пределах.
Критерии надёжности:
1. Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что при определённых условиях эксплуатации в заданном пределе времени не произойдёт ни одного отказа.
Р(t) = е-λΣ*t
2. Интенсивность отказов - это отношение числа отказавших изделий в единицу времени к среднему числу изделий, исправно работающих в данный отрезок времени.
3. Вероятность отказа - это вероятность того, что при определённых условиях эксплуатации, в заданном интервале времени произойдёт хотя бы один отказ.
Q(t) = 1 - P(t)
4. Среднее время наработки до первого отказа.
Тср = 1/ λΣ
Таблица 3: Данные о составе элементной базы схемы электрической принципиальной
| Наименование и тип элемента | Обозначение по схеме Э3 | Кол-во элементов Ni | Интенсивность отказов λi*10-6 ч-1 | Ni* λi* 10-6 ч -1 |
| Микросхема ИР13 | DD1-DD4, DD19-DD20, DD25 | 7 | 0,1 | 0,7 |
| Микросхема ЛП5 | DD5-DD10, DD15-DD18, DD21-DD22, | 12 | 0,1 | 1,2 |
| Микросхема ИП3 | DD1-DD13 | 3 | 0,1 | 0,3 |
| Микросхема ЛЕ4 | DD23 | 1 | 0,1 | 0,1 |
| Микросхема ЛА4 | DD24 | 1 | 0,1 | 01 |
| Микросхема ЛН1 | DD14 | 1 | 0,1 | 0,1 |
| Резистор | R1 | 1 | 0,1 | 0,1 |
| Разъём | Х1 | 1 | 0,1 | 0,1 |
λΣ = 2.7*10-6 ч-1
P(10) = ℮-2.7*10‾5 = 0,999
P(1000) = ℮-2.7*10‾3 =0,997
P(10000) ℮-2.7*10‾2 =0,973
P(50000) ℮-2.7*5*10‾2 =0,874
P(100000) ℮-2.7*10‾1 =0,764
P(200000) ℮-2.7*2*10‾1 =0,584
P(236407) ℮-2.7*0.236407 =0,530
Определение вероятности безотказной работы:
Рисунок: График вероятности безотказной работы.
Q(t)=1-P(t)
Определение вероятности отказа:
Q(10) = 1 - 0,999 = 0,001
Q(1000) = 1 - 0,997 = 0,003
Q(10000) = 1 - 0,973 = 0,027
Q(50000) = 1 - 0,874 = 0,126
Q(100000) = 1 - 0,764 = 0,236
Q(200000) = 1 - 0,584 = 0,416
Q(236407) = 1 - 0,530 = 0,470
Рисунок: График вероятности отказа.
Определение среднего времени наработки до первого отказа:
Тср = 1/ λΣ = ½.7*10-6 ≈ 370370,370 ч