Разработка простейшего микроконтроллера, выполняющего логические и арифметические операции, сопряженного с модулями памяти и индикации. Расчет электрических схем отдельных структурных объектов. Подсчет потребляемой мощности и создание источника питания.
Аннотация к работе
Все разнообразные средства цифровой техники: ЭВМ, микропроцессорные системы измерений и автоматизации технологических процессов, цифровая связь и телевидение и т.д. строятся на единой элементной базе, в состав которой входят чрезвычайно разные по сложности микросхемы - от логических элементов, выполняющих простейшие операции, до сложнейших программируемых кристаллов, содержащих миллионы логических элементов. С использованием базы элементов логик ТТЛ и ТТЛШ в данной курсовой работе и предстоит разработать схему простейшего микроконтроллера. Micro Controller Unit, MCU) - микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами.В ходе данной работы следует разработать арифметический, логический блоки, блок выбора функции, порты ввода/вывода, блок индикации результата, запоминающее устройство и блок питания. Для их реализации логические элементы строят, как правило, из двух частей: части схемы, выполняющей операции И или ИЛИ (так называемой входной логики), и инвертора, выполняющего операцию НЕ. В зависимости от вида полупроводниковых элементов, применяемых для изготовления входной логики и инверторов, различают: диодно-транзисторную логику (ДТЛ), транзисторно-транзисторную логику (ТТЛ), ТТЛ с диодами Шоттки (ТТЛШ), эмиттерно-связанную логику (ЭСЛ), интегральную инжекционную логику (И2Л), логику на комплементарных парах полевых транзисторов (КМОП). Простейший логический элемент ТТЛ строится на базе многоэмиттерного транзистора VT? выполняющего функцию «И» для сигналов, подаваемых на его эмиттеры, и транзисторного ключа VT1, выполняющего функцию «НЕ» Элементы транзисторно-транзисторной логики с диодами Шоттки (или ТТЛШ) в сравнении с элементами ТТЛ имеют более высокое быстродействие и меньшую потребляемую мощность, что достигается применением диодов Шоттки.В данный микроконтроллер входят: два порта ввода операндов А и В, порт ввода выбора номера логической или арифметической функции, блок питания, порт вывода для вывода полученной информации от АЛУ, память ОЗУ для хранения данных, порт управления выбора логической или арифметической функции, блок индикации для отображения полученной информации и само АЛУ. Порты ввода для первого и второго операндов (А, В) предназначены для приема входной информации, т. е. на них (в последовательном или параллельном формате) поступают операнды, с которыми впоследствии будет выполнена арифметико-логическим устройством одна из заданных операций. Порт ввода для выбора функции представляет собой дешифратор, адресующий необходимую функцию в зависимости от поданного на вход номера функции. Отсюда можно сделать вывод, что блок управления представляет собой дешифратор, выбирающий одну из трех операций (логическая, арифметическая, индикация результата), в зависимости от сигналов на его входах. О том, какую операцию необходимо выполнять, АЛУ получает информацию от порта управления и от порта выбора функции.Рис.3. Логическая операция Логическая операция Логическая операция-(A v B) ? B Логическая операцияДля реализации логических и арифметических операций использовались следующие микросхемы: Микросхема К155ЛЛ1 (4 логических элемента 2ИЛИ): Данная микросхема потребляет ток равный 38 МА, если на всех входах присутствует напряжение низкого уровня. При условии, что потребляемая статическая мощность на один логический элемент не более 19,7 МВТ, то на четыре задействованных элемента выходит ?79 МВТ Микросхема К155ЛП12 - исключающая или: Логический элемент исключающее ИЛИ применяется как Сумматор по модулю 2 или используется для задерживания цифрового импульса. Микросхема К155ЛИ1 (4 логических элемента 2И): Микросхема К155ЛИ1 потребляет ток равный 33 МА (вариант К555ЛИ1 - 9 МА), если на всех входах присутствует напряжение низкого уровня. Микросхема КР531ЛА16 (логические элементы И-НЕ) : Цифровая микросхема серии ТТЛ изготовлена по биполярной технологии с диодами Шоттки и p-n переходом.Блоки питания RS-25-5 предназначены для питания приборов с логическими интегральными схемами и микроконтроллерами, преобразователи напряжения ac-dc 5 вольт являются отличным вариантом для питания аппаратуры с преобладанием TTL-логики. Характеристики блока питания (источника питания) RS-25-5 · Выходной ток блока питания: 5А · Рабочая температура источника питания RS-25-5:-20...70 °C Возьмем за основу схему блока питания на 1.5 - 30В, 5А. В тоже время, блок питания отличается высокими показателями, такими как плавная регулировка напряжения в больших пределах, низкий коэффициент пульсаций, выходной ток до 5А с возможностью стабилизации тока, высокая надежность.В процессе выполнения курсовой работы был разработан простейший микроконтроллер, выполняющий логические и арифметические операции, и сопряженного с модулями памяти и индикации. При разработке данной работы разработаны арифметический, логический блоки, блок выбора функции, порты ввода/вывода, блок индикации результата, запоминающее устройство и блок питания.
План
Оглавление
Введение
1. Анализ технического задания
2. Структурный анализ разрабатываемой схемы
3. Разработка и расчет электрических схем отдельных структурных объектов
4. Разработка общей электрической принципиальной схемы
5. Расчет потребляемой мощности и разработка источника питания
Заключение
Список использованных источников
Введение
Все разнообразные средства цифровой техники: ЭВМ, микропроцессорные системы измерений и автоматизации технологических процессов, цифровая связь и телевидение и т.д. строятся на единой элементной базе, в состав которой входят чрезвычайно разные по сложности микросхемы - от логических элементов, выполняющих простейшие операции, до сложнейших программируемых кристаллов, содержащих миллионы логических элементов.
Создание современной элементной базы средств вычислительной техники - научно - техническая задача, решение которой сейчас наиболее актуальная тема. С использованием базы элементов логик ТТЛ и ТТЛШ в данной курсовой работе и предстоит разработать схему простейшего микроконтроллера.
Микроконтроллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) - микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи.
Использование в современном микроконтроллере достаточного мощного вычислительного устройства с широкими возможностями, построенного на одной микросхеме вместо целого набора, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость построенных на его базе устройств. Используются в управлении различными устройствами и их отдельными блоками: · в вычислительной технике: материнские платы, контроллеры дисководов жестких и гибких дисков, CD и DVD, калькуляторах;
· в электронике и разнообразных устройствах бытовой техники, в которой используется электронные системы управления - стиральных машинах, микроволновых печах, посудомоечных машинах, телефонах и современных приборах;
В промышленности: · устройства промышленной автоматики - от программируемого реле и встраиваемых систем до ПЛК, · системы управления станками.
Вывод
В процессе выполнения курсовой работы был разработан простейший микроконтроллер, выполняющий логические и арифметические операции, и сопряженного с модулями памяти и индикации.
При разработке данной работы разработаны арифметический, логический блоки, блок выбора функции, порты ввода/вывода, блок индикации результата, запоминающее устройство и блок питания.
Обеспечен параллельный ввод операндов, разрядность операндов равна четырем, индикация светодиодная, тип используемой логики - ТТЛ и ТТЛШ.
Были собраны из микросхем различной сложности арифметические и логические операции, такие как: возведение в степень, умножение, деление, сумма, вычитание, логическое или, логическое и, сумма по модулю два, инверсия.
Также в данном курсовом проекте были приобретены навыки в структуризации схемы, построение отдельных структурных блоков, расчет электрических параметров, разработка общей электрической схемы, расчет потребляемой мощности и разработка источника питания.
Были изучены элементные базы логик ТТЛ и ТТЛШ. Также были изучены такой ввода информации как параллельный и индикация ССИ.
Список литературы
1. Кропотов Ю.А. Методы синтеза цифровой схемотехники: учеб. пособие / Ю.А. Кропотов. - Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВЛГУ, 2006. - 164с.
2. Кулигин М.Н. Организация ЭВМ и систем: учебное пособие / М.Н. Кулигин. - Муром, МИ ВЛГУ, 2007. - 138с.
3. Кропотов Ю.А., Кулигин М.Н., Кузичкин О.Р. Цифровые и микропроцессорные устройства: учеб. пособие / Ю.А.Кропотов, М.Н. Кулигин, О.Р. Кузичкин - Муром: Изд.- полиграфический центр МИ ВЛГУ, 2009. - 232 c.
4. Методические указания к курсовому проекту по дисциплинам: «Микропроцессорные системы», «Цифровые устройства и микропроцессоры» / Муром. ин-т (фил.) Влад. гос. ун-та.; Сост.: М.Н. Кулигин, - Муром: ИПЦ МИ ВЛГУ, 2008.- 60с.
6. Джон Ф. Уэйкерли. Проектирование цифровых устройств, Т1, Т2 - М.: Постмаркет, 2002. - 1088с.
7. О.Н. Лебедев Применение ИМС памяти в электронных устройствах. М.: Радио и связь, 1994.
8. Дерюгин А.Н. Применение ИМС памяти /под ред. А.Ю. Гордонова - М.: Радио и связь, 1994 .
9. Предко М. Руководство по микроконтроллерам, в двух томах. М.: Постмаркет, 2001.
10. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике: Справочник/Р.В.Данилов и др.; Под редакцией Б.Н.Файзулаева, Б.В.Тарабрина .- М.: Радио и связь, 1986, - 384с.