Разработка генератора кодовых последовательностей импульсов на интегральных схемах (стр. 1 из 4)
Пензенская государственная технологическая академия
Кафедра электроники и электротехники
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине:
"Электроника и микросхемотехника"
на тему:
«Разработка генератора кодовых последовательностей импульсов на интегральных схемах»
Пенза 2007 г.
Содержание
Введение
1. Разработка структурной схемы
2. Синтез функциональных блоков
2.1 Разработка генератора кодов
2.1.1 Выбор варианта структуры генератора кодов
2.1.2 Синтез комбинационной схемы на логических элементах
2.1.3 Синтез комбинационной схемы на мультиплексорах
2.2 Разработка блоков контроля кодовых комбинаций
2.2.1 Синтез блока контроля ошибочных комбинаций на логических элементах
2.2.2 Синтез блока контроля ошибочных комбинаций на мультиплексорах
2.2.3 Синтез блока контроля заданных комбинаций на логических элементах
2.2.4 Синтез блока контроля заданных комбинаций на мультиплексорах
2.3 Сравнительный анализ и выбор оптимального варианта функциональной схемы
3. Разработка принципиальной схемы
3.1 Выбор элементной базы
3.2 Выбор схемы и расчет генератора тактовых импульсов
3.3 Расчет схемы начальной установки
3.4 Расчет конденсаторов развязки по цепи питания
3.5 Расчет длительности переходного процесса
3.6 Расчет потребляемой мощности
3.7 Оценка показателей надежности
4. Моделирование отдельных узлов генератора в программе «ElectronicsWorkbench»
Заключение
Литература
Введение
Цель выполнения курсового проекта состоит в закреплении теоретических знаний по схемным принципам построения устройств вычислительной техники, а также в приобретении практических навыков проектирования конкретных цифровых устройств. Для успешного осуществления работы необходимо уметь: подбирать и использовать литературные источники и нормативные документы; выявлять аналоги и обоснованно выбирать оптимальные технические решения; грамотно применять методы синтеза и анализа микроэлектронных узлов; оформлять схемную и текстовую документацию согласно требованиям ЕСКД.
Элементной базой современных вычислительных устройств служат большие и сверхбольшие интегральные схемы (ИС), в том числе программируемые логические ИС (ПЛИС), которые проектируются автоматизированными методами с помощью ЭВМ. Однако, внутренние структуры таких ИС представляют сочетания все тех же типовых узлов (логических элементов, комбинационных и последовательностных блоков), которые продолжают выпускаться в виде автономных ИС средней степени интеграции. Реализация проектируемого устройства на ИС средней интеграции предполагает определенную свободу выбора элементов с учетом их назначения и особенностей применения, а также позволяет проявить элементы творчества в процессе их сопряжения.
Можно выделить следующие основные этапы проектирования:
* этап формирования технического предложения и структурного проектирования на основе анализа задания и уровня техники в данной области;
* этап функционального проектирования с выявлением общих технических решений и принципов функционирования;
* этап схемотехнического проектирования на основе выбранной элементной базы с поиском принципиальных решений узлов, расчетом режимов элементов и оценкой технических показателей функционирования. Итогом данного этапа является разработанная схемная конструкторская документация;
* этап экспериментального исследования спроектированного устройства с целью подтверждения его работоспособности.
Техническим заданием на работу предусмотрено проектирование генератора последовательности двоичных слов. Подобный генератор может использоваться для формирования микропрограмм управления технологическим процессом, для генерирования измерительной последовательности импульсов, для образования цифровых сообщений при передаче информации по линии связи. объем проекта в его содержании по существу относительно невелик, устройство в зависимости от предпочтений исполнителя может содержать от 10 до 20 корпусов ИС средней интеграции. В то же время работа охватывает основные этапы проектирования от поиска возможных вариантов структуры до получения электрической принципиальной схемы с проверкой ее работоспособности.
Материалы проекта изложены в пояснительной записке и приложениях к ней, включающих принципиальную электрическую схему разработанного устройства и перечень входящих в нее элементов. Результатом работы является создание устройства, доведенного до уровня практической реализации и проверенного экспериментально путем компьютерного моделирования.
1. Разработка структурной схемы
В структуру разрабатываемого устройства необходимо включить генератор тактовых импульсов, снабжающий остальные блоки синхросигналами. Наряду с генератором тактовых импульсов основным блоком служит собственно генератор кодов, представляющий собой цифровой автомат. Для обеспечения функционирования устройства и проверке комбинаций на правильность необходимо предусмотреть блок контроля ошибочных комбинаций и блок контроля заданной комбинации. Структурная схема устройства представлена на рисунке 1.1.
В схеме приняты обозначения:
ГТИ – генератор тактовых импульсов;
ГК – генератор кодов;
БКЗК – блок контроля заданной комбинации;
БКОК – блок контроля ошибочных комбинаций;
СНУ – схема начальной установки
Рис. 1.1. Структурная схема устройства
Работа схемы начинается после подачи питающего напряжения. Схема начальной установки приводит в исходное состояние все функциональные блоки. После этого начинает работать генератор тактовых импульсов, который подает импульсы на генератор кодов, который в свою очередь вырабатывает на своих выходах заданные кодовые комбинации. Кроме того, во время работы блок контроля ошибочных комбинаций вырабатывает один сигнал, который поступает на логический ключ, где разрешается или запрещается выработка кодовых комбинаций, если в ходе проверки будет обнаружена незапланированная комбинация, то блок контроля ошибочных комбинаций вырабатывает управляющий сигнал для блокировки сигналов с генератора тактовых импульсов. Также в схеме предусмотрен блок контроля заданной комбинации, который проверяет кодовую комбинацию, заданную изначально при разработке, для проверки правильности работы устройства. При подробном рассмотрении генератор кодов выполнен на основе двоично-десятичного счетчика и преобразователя кодов.
2. Синтез функциональных блоков
При проектировании любого технического устройства возникает вопрос об оптимизации его структуры по какому-либо критерию, дающему основания для сравнения и выбора наилучшего варианта. Согласно заданию при разработке следует стремиться к минимуму затрат аппаратуры. В тоже время следует учитывать и другие важные аспекты дальнейшего использования устройства, в частности при прочих равных условиях преимущество следует отдать вариантам с минимальным потреблением мощности источников питания и вариантам, обеспечивающим наиболее высокую помехоустойчивость и надежность. Дополнительный критерий, которым необходимо руководствоваться при выборе применяемых элементов схем, это их стоимость.
2.1 Разработка генератора кодов
2.1.1 Выбор варианта структуры генератора кодов
Существует несколько вариантов разработки структуры генератора кодов:
1. генератор кодов строится на основе отдельных триггеров и комбинационной схемы, которая обеспечивает на выходах триггеров заданные комбинации двоичных чисел;
2. на основе регистра сдвига и комбинационной схемы, такой вариант построения генератора кодов возможен, если каждое последующее двоичное число получается путем сдвига предыдущего двоичного числа на один разряд вправо или влево;
3. построение генератора кодов на основе двоичного счетчика с модулем счета 10 и комбинационной схемы (преобразователя кодов).
Проанализировав задание и возможные варианты структуры генератора кодов, наиболее подходящим для разработки данного генератора является третий вариант, представленный на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Структура генератора кодов
2.1.2 Синтез комбинационной схемы на логических элементах
Необходимо сформировать следующую циклическую последовательность десяти 4-разрядных слов:
0000, 0101, 0010, 0100, 0110, 1000, 1010, 1100, 1110, 1111.
Поскольку счетчик имеет модуль счета равный 10. Составим таблицу истинности для выходных функций Х3, Х2, Х1, Х0 четырех аргументов Q3, Q2, Q1, Q0 (табл. 1.1). Так как число аргументов менее шести, то наиболее просто минимизация осуществляется с помощью карт Карно, в которые построчно переносятся значения функций для каждой комбинации аргументов.
Таблица 2.1
| Выходы счетчика СТ10 | Выходы генератора | ||||||
| Q3 | Q2 | Q1 | Q0 | X3 | X2 | X1 | X0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Составим карту Карно и уравнение для Х3: