Разработка схемы одноразрядного сумматора на логических элементах - Дипломная работа

Ведущие фирмы, производящие самую разную электронную аппаратуру, все чаще заявляют о полном переходе на цифровую технологию. Причем, это относится как к бытовой технике (аудио,-видеоаппаратура, средства связи), так и к профессиональной технике (измерительная, управляющая аппаратура). Видимо, в ближайшем будущем полностью аналоговые устройства будут применяться только в тех редких случаях, когда требуется получить рекордные значения некоторых параметров электронных устройств (например, быстродействия).Тысячи микроскопических электронных переключателей в кристалле интегральной схемы сгруппированы в системы «вентилей», выполняющих логические операции, т.е. операции с предсказуемыми результатами. Простой вентиль И, например, выдает на выходе 1 в том и только том случае, когда на все его входы поступает 1, что соответствует логическому значению «истина». Вентиль И по определению выдает значение 1, т. е. логическое значение «истина», в том и только том случае, когда на оба его входа поступает 1, т. е. Как и вентили И, вентили ИЛИ могут иметь больше двух входов, Но только один выход. Только в одном случае вентиль ИЛИ выдает двоичный 0, или логическое значение «ложь», - когда логическое значение «ложь» поступает на все его входы.Происхождение названия этого элемента следует из того, что он имеет в два раза меньше выходов и в два раза меньше строк в таблице истинности по сравнению с полным двоичным одноразрядным сумматором. Наиболее известны для данной схемы названия: элемент “сумма по модулю 2” и элемент “исключающее ИЛИ”. Схема изображенная на рисунке 6 имеет два входа а и b для двух слагаемых и один выход S для суммы. Работу ее отражает таблица 2 истинности, а соответствующее уравнение имеет вид: (1.1)Схема полусумматора на рисунке 8 имеет два входа a и b для двух слагаемых и два выхода: S - сумма, P - перенос. Обозначением полусумматора служат буквы HS (half sum - полусумма).Схема полного одноразрядного сумматора изображенного на рисунке 9 имеет три входа: a, b - для двух слагаемых и p - для переноса из предыдущего (более младшего) разряда и два выхода: S - сумма, P - перенос в следующий (более старший) разряд.По числу входов и выходов одноразрядных двоичных сумматоров: · Четвертьсумматоры (элементы «сумма по модулю 2», «элементы», «исключающие ИЛИ»), характеризующиеся наличием двух входов, на которые подаются два одноразрядных числа, и одним выходом, на котором реализуется их арифметическая сумма; · Полусумматоры, характеризующиеся наличием двух входов, на которые подаются одноименные разряды двух чисел, и двух выходов: на одном реализуется арифметическая сумма в данном разряде, а на другом - перенос в следующий (более старший разряд); · Полные одноразрядные двоичные сумматоры, характеризующиеся наличием трех входов, на которые подаются одноименные разряды двух складываемых чисел и перенос из предыдущего (более младшего) разряда, и двумя выходами: на одном реализуется арифметическая сумма в данном разряде, а на другом - перенос в следующий (более старший разряд). По способу представления и обработки складываемых чисел многоразрядные сумматоры подразделяются на: · Последовательные, в которых обработка чисел ведется поочередно, разряд за разрядом на одном и том же суммирующем узле. Однако такая схема сумматора характеризуется сравнительно невысоким быстродействием, так как формирование сигналов суммы и переноса в каждом i-ом разряде производится лишь после того, как поступит сигнал переноса с (1-1)-го разряда.Сумматоры характеризуются четырьмя задержками распространения; · от подачи входного переноса до установления всех выходов суммы при постоянном уровне на всех входах слагаемых;Характерные неисправности: · Не проходят сигналы, т.е. сбоит один или несколько логических элементов ИЛИ, либо проводник между логическими элементами плохо соединен; Пути исправления: · В случае неисправности логических элементов необходимо их заменить, также, если неисправны проводники нужно исправить их соединение;Второй: выходные сигналы P и S полного двоичного сумматора относятся к классу самодвойственных функций алгебры логики. Преимущества, вытекающие из этого свойства полного двоичного сумматора, будут рассмотрены при анализе возможностей ИС типа 155ИМ1. Уравнения, описывающие работу полного двоичного сумматора, представленные в совершенной дизъюнктивной нормальной форме имеют вид: (2.1) При практическом проектировании сумматора уравнения (2.1) и (2.2) могут быть преобразованы к виду, удобному для реализации на заданных логических элементах с некоторыми ограничениями (по числу логических входов и др.) и удовлетворяющему предъявляемым к сумматору требованиям по быстродействию. Из выражений (2.3) следует, что полный двоичный сумматор может быть реализован на двух полусумматорах и одном двухвходовом элементе ИЛИ.Подбор элементов осуществлен таким образом, чтобы при максимуме экономической выгоды получить систему, удовлетворяющую всем поставленным требованиям, с высокой степенью надежности и с высокими эксплуатационными показателями.

Содержание

Введение

Глава 1. Исследовательская часть

1.1 Логические основы работы ЭВМ

1.2 ИМС К155ИМ1

1.3 Виды сумматоров

1.3.1 Четвертьсумматор

1.3.2 Полусумматор

1.3.3 Полный одноразрядный двоичный сумматор

1.4 Классификация сумматоров

1.5 Важнейшие параметры сумматоров

1.6 Характерные неисправности и пути их исправления

Глава 2. Технологическая часть

2.1 Расчет полного одноразрядного сумматора

2.2 Выбор элементной базы

2.3 Элементная база

2.4 Расчет надежности

Глава 3. Экономическая часть

3.1 Определение экономической эффективности внедрения

3.2 Стоимость материалов

3.3 Затраты на оплату труда

3.4 Общая величина капитальных вложений на реализацию проекта

3.5 Определение годового экономического эффекта

3.6 Расчет экономической эффективности

Глава 4. Охрана труда

4.1 Микроклимат рабочей зоны разработчика

4.2 Освещение рабочего места

4.2.1 Расчет естественного освещения

4.2.2 Расчет искусственного освещения

4.3 Воздействие шума на программиста

4.4 Опасность повышенного уровня напряженности

4.5 Электробезопасность, статическое электричество

4.6 Пожарная безопасность

4.7 Допуск к работе

Заключение

Список использованной литературы

Перечень сокращений

Цифровая электроника в настоящее время все более и более вытесняет традиционную аналоговую. Ведущие фирмы, производящие самую разную электронную аппаратуру, все чаще заявляют о полном переходе на цифровую технологию. Причем, это относится как к бытовой технике (аудио,- видеоаппаратура, средства связи), так и к профессиональной технике (измерительная, управляющая аппаратура). Ставшие уже привычными персональные компьютеры также полностью реализованы на основе цифровой технологии. Видимо, в ближайшем будущем полностью аналоговые устройства будут применяться только в тех редких случаях, когда требуется получить рекордные значения некоторых параметров электронных устройств (например, быстродействия).

Основной элементарной операцией, выполняемой над кодами чисел в цифровых устройствах, является арифметическое сложение.

Сумматор - логический операционный узел, выполняющий арифметическое сложение кодов двух чисел. При арифметическом сложении выполняются и другие дополнительные операции: учет знаков чисел, выравнивание порядков слагаемых и тому подобное. Указанные операции выполняются в арифметическо-логических устройствах или процессорных элементах, ядром которых являются сумматоры.

В процессе выполнения данной дипломной работы будет предложен комплект конструкторской документации на устройство «Одноразрядный сумматор» на логических элементах.