Этапы разработки структурной схемы. Выбор структуры генератора кодов, синтез комбинационной схемы на логических элементах, мультиплексорах. Расчет генератора тактовых импульсов. Моделирование отдельных узлов генератора в программе "Electronics Workbench".
Аннотация к работе
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. 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;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. В схеме приняты обозначения: ГТИ - генератор тактовых импульсов; 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.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.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;Необходимо сформировать следующую циклическую последовательность десяти 4-разрядных слов: 0000, 0101, 0010, 0100, 0110, 1000, 1010, 1100, 1110, 1111. Составим таблицу истинности для выходных функций Х3, Х2, Х1, Х0 четырех аргументов Q3, Q2, Q1, Q0 (табл. 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. Составим карту Карно и уравнение для Х3: Q1Q0Модификации этой схемы основаны на применении типовых комбинационных узлов средней интеграции: мультиплексоров, дешифраторов, ПЗУ, ПЛМ и др. С этой целью рассмотрим вариант реализации комбинационной схемы на мультиплексорах. Каждый мультиплексор должен иметь по 3 адресных входа (по числу аргументов) и, соответственно, по 8 информационных входов, которые подключаются к шинам логических 0 или 1 согласно таблице истинности, аргументы Q3, Q2, Q1 определяют адрес одновременно всех мультиплексоров, они не меняются для пары смежных строк таблицы истинности.Блок контроля кодовых комбинаций предназначен для обнаружения незапланированных комбинаций, которые могут возникнуть при включении питания или в результате сбоя.Для синтеза блока контроля ошибочных комбинаций на логических элементах составим таблицу истинности (табл. 2.3), в которой выходная функция Уо приравнивается к значению «лог. Далее заполним карту Карно для функции Уо, и запишем саму функцию, затем реализуем ее на схеме.Для построения блока контроля ошибочных комбинаций на мультиплексоре необходимо в таблицу 3 добавить два дополнительных столбца: номер информационного входа мультиплексора и информация на этом входе. Измененная таблица представлена в таб.Для синтеза блока контроля заданных комбинаций на логических элементах, в которой выходная функция Уз приравнивается к значению «лог.Для построения блока контроля заданных комбинаций на мультиплексоре необходимо в таблицу истинности напротив заданной комбинации в столбце функции поставить «1», а остальные - «0», полученная таблица представлена в таб.Критерием оптимизации при выборе варианта схемы проектируемого
План
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 «Electronics Workbench»
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.