Курсовой проект специальность

Расчет логических функций для 4х переменных

жүктеу/скачать 1,22 Mb.

бет	7/7
Дата	07.02.2022
өлшемі	1,22 Mb.
	#85204
түрі	Курсовой проект

1 2 3 4 5 6 7

Байланысты:
Kursovoy 2 0

6.1 Технология изготовления печатной платы
6.2 Проектирование печатной платы

Расчет логических функций для 4х переменных.
В соответствии с техническим заданием, входные параметры для логической функции F₁:

Таблица истинности, составленная из входных параметров: (Таблица1)
Таблица 1
Таблица истинности тактовой функции F₁

№ набора	X1	X2	X3	X4	F
0	0	0	0	0	1
1	0	0	0	1	*
2	0	0	1	0	1
3	0	0	1	1	*
4	0	1	0	0	1
5	0	1	0	1	0
6	0	1	1	0	1
7	0	1	1	1	*
8	1	0	0	0	0
9	1	0	0	1	0
10	1	0	1	0	0
11	1	0	1	1	0
12	1	1	0	0	0
13	1	1	0	1	0
14	1	1	1	0	1
15	1	1	1	1	*

Входные параметры функций:

Карты Карно логической функции F1: (Таблица 2)
Таблица 2
Карты Карно функции F₁

F₁	X₃X₄					F₀	X₃X₄
X₁X₂		01	00	10	11	X₁X₂		01	00	10	11
	00	*	1	1	*		00	*	1	1	*
	10	0	0	0	0		10	0	0	0	0
	11	0	0	1	*		11	0	0	1	*
	01	0	1	1	*		01	0	1	1	*

После упрощения логической функции с помощью карт Карно мы получили:

(рисунок 5)

Рис.5 « »
(рисунок 6)

Рис.14 « »

Инверсия функции (И-НЕ):

(Рисунок 7)

Рис.7 « »
(Рисунок 8)

Рис.8 « »
Входные параметры для логической функции F₂:

Таблица истинности, составленная из входных параметров: (Таблица 3).

Таблица 3

Таблица истинности тактовой функции F₂

№ набора	X₁	X₂	X₃	X₄	F
0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	*
2	0	0	1	0	0
3	0	0	1	1	*
4	0	1	0	0	1
5	0	1	0	1	1
6	0	1	1	0	0
7	0	1	1	1	*
8	1	0	0	0	1
9	1	0	0	1	1
10	1	0	1	0	0
11	1	0	1	1	0
12	1	1	0	0	1
13	1	1	0	1	0
14	1	1	1	0	0
15	1	1	1	1	*

Входные параметры функций:

Карты Карно логической функции F₂: (Таблица 4)
Таблица 4
Карты Карно функции F₂

F₂	X₃X₄					F₀		X₃X₄
X₁X₂		01	00	10	11		X₁X₂			01	00	10	11
	00	*	0	0	*				00	*	0	0	*
	10	1	1	0	0				10	1	1	0	0
	11	0	1	0	*				11	0	1	0	*
	01	1	1	0	*				01	1	1	0	*

После упрощения логической функции с помощью карт Карно мы получили:

Рис.9 « »

Рис.10 « »
Инверсия функции (И-НЕ):

Рис.11 « »
( )

Рис.12 « »
Расчет тактовых функций для 4х переменных.
В соответствии с техническим заданием, входные параметры для тактовой функции FT₁:

Таблица истинности, составленная из входных параметров: (Таблица 5).
Таблица 5
Таблица истинности тактовой функции FT₁

№ набора	X₁	X₂	X₃	X₄	F
0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	0
2	0	0	1	0	0
3	0	0	1	1	0
4	0	1	0	0	1
5	0	1	0	1	1
6	0	1	1	0	1
7	0	1	1	1	0
8	1	0	0	0	0
9	1	0	0	1	0
10	1	0	1	0	0
11	1	0	1	1	0
12	1	1	0	0	*
13	1	1	0	1	0
14	1	1	1	0	0
15	1	1	1	1	0

Входные параметры функций:

Карты Карно тактовой функции FT1 (Таблица 5)

Таблица 6

Карты Карно тактовой функции FT₁

FT₁	Q₂Q₁						FT₀		Q₂Q₁
Q₄Q₃		01	00	10	11	Q₄Q₃				01	00	10	11
	00	0	0	0	0			00		0	0	0	0
	10	0	0	0	0			10		0	0	0	0
	11	0	*	0	0			11		0	*	0	0
	01	1	1	1	0			01		1	1	1	0

После упрощения тактовой функции с помощью карт Карно мы получили:

Инверсия функции (И-НЕ):

Рис.15 « »

Входные параметры для тактовой функции FT2:

Таблица истинности, составленная из входных параметров: (Таблица 7)

Таблица 7

Таблица истинности тактовой функции FT₂

№ набора	X₁	X₂	X₃	X₄	F
0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	0
2	0	0	1	0	0
3	0	0	1	1	0
4	0	1	0	0	1
5	0	1	0	1	1
6	0	1	1	0	1
7	0	1	1	1	0
8	1	0	0	0	0
9	1	0	0	1	0
10	1	0	1	0	0
11	1	0	1	1	0
12	1	1	0	0	*
13	1	1	0	1	0
14	1	1	1	0	0
15	1	1	1	1	0

Входные параметры функций:

Карты Карно тактовой функции FT1: (Таблица 8)
Таблица 8
Карты Карно тактовой функции FT₂

FT₂	Q₂Q₁						FT₀		Q₂Q₁
Q₄Q₃		01	00	10	11	Q₄Q₃				01	00	10	11
	00	0	0	0	0			00		0	0	0	0
	10	1	1	1	1			10		1	1	1	1
	11	0	*	0	0			11		0	*	0	0
	01	0	0	0	0			01		0	0	0	0

После упрощения тактовой функции с помощью карт Карно мы получили:

Инверсия функции (И-НЕ):

По результатам минимизации и синтезирования функций, можно увидеть, что (Приложение 3), (Приложение 4), построенные на базисе И-ИЛИ-НЕ, являются самыми оптимальными для использования их в разработке схемной реализации цифрового устройства, так как в них задействовано наименьшее количества компонентов.
Асинхронный счетчик.
Асинхронные счетчик (Рисунок 7) строятся из простой цепочки JK-триггеров, каждый из которых работает в счетном режиме. Выходной сигнал каждого триггера служит входным сигналом для следующего триггера. Поэтому все разряды (выходы) асинхронного счетчика переключаются последовательно, один за другим, начиная с младшего и заканчивая старшим. Каждый следующий разряд переключается с задержкой относительно предыдущего, то есть, асинхронно, не одновременно с входным сигналом и с другими разрядами.

Рис.7 «Асинхронный счетчик»

2.3 Описание работы общей функциональной схемы разрабатываемого устройства

Функциональная схема состоит из генератора тактовых импульсов, построенного на интегральном таймере, формирователя коротких импульсов, асинхронного счетчика, двух микросхем НЕ, двух 2И-НЕ, двух 3И-НЕ, четырех кнопок и пары светодиодов.
Генератор тактовых импульсов и генератор одиночных импульсов подключаться к счетчику, для подачи на него сигналов и контроля его работы.
Кнопки B₁-B₄ используются для задачи информационных сигналов X₁-X₄.
Асинхронный двоичный счетчик применяется для генерации сигналов Q₁-Q₄.
Микросхемы НЕ, 2И-НЕ, 3И-НЕ предназначены для синтеза функций A=F₁*TF₁и B=F₂*FT₂.
Светодиоды LED₁ и LED₂ используются для отображения сигнала на выходе.
Функциональная схема разрабатываемого устройства представлена в графической части на листе под номером 2.

3 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УСТРОЙСТВА
Для разработки устройства с коэффициентом счета равным 12, был выбран асинхронный двоично-десятичный счетчик К155ИЕ4 (Рисунок 8). Он был выбран так как соответствует всем заданным параметрам: счет до двенадцати и имеет 4 выхода Q1,Q2,Q3,Q4.

Рис.8 «УГО счетчика К155ИЕ4»
Генератор тактовой частоты (Рисунок 9) – генерирует электрические импульсы заданной частоты для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах — ЭВМ, электронных часах, таймерах и других.
Для схемной реализации цифрового устройства в качестве генератора используется автоколебательный мультивибратор, построенный на базе интегрального таймера КР1006ВИ1. Он подает импульсы на вход С счетчика, для функционирования на его входах сигналов Q₄,Q₃,Q₂,Q₁, нужных для формирования тактовых функций.

Рис.9 Генератор тактовой частоты»

Рис.10 «Временные диаграммы работы автоколебательного мультивибратора»
Формирователь импульсов (Рисунок 11) – это электронное устройства для генерирования и преобразования электрических импульсов, в основном прямоугольной, трапециевидной, линейно изменяющейся, т.е. треугольной и экспоненциальной формы. В схеме используется формирователь коротких импульсов для обнуления счетчика в нужный момент, то есть подает единицу на вход R счетчика.

Рис.11 «Формирователь импульсов»

Рис.12 «Временная диаграмма формирования импульса»

Для реализации цифрового устройств в разработке принципиальной электрической схемы и печатной платы используется микросхемы 155 серии.

Микросхема К155ЛН1 представляет собой шесть логических элементов НЕ.
Микросхема К155ЛА3 представляет собой четыре логических элемента 2И-НЕ.
Микросхема К155ЛА4 представляет собой три логических элемента 3И-НЕ.
Для отображения сигнала на выходе используется зеленый светодиод - TO-2013BC-PG.
Для в вода информационных сигналов X₁-X₄ используется тактовые кнопки - KLS7-TS3601-5.0-180.

4 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО УЗЛА

Принципиальная схема состоит из генератора тактовых импульсов, построенного на интегральном таймере КР1006ВИ1, формирователя коротких импульсов, асинхронного счетчика К155ИЕ4, двух микросхем К155ЛН1, двух К155ЛА3, двух К155ЛА4, четырех кнопок и пары светодиодов LED1 и LED2.
Принципиальная схема разрабатываемого устройства представлена в графической части на листе под номером 3
Генератор тактовых импульсов подключается ко входу С1 двоичного счетчика К155ИЕ4, для подачи прямоугольных импульсов.
Формирователя коротких импульсов подключается ко входу R₀, для подачи сигнала сброса.
Сигналы Q₁-Q₄ двоичного счетчика формируют сигналы TF₁и TF2, с помощью микросхем К155ЛН1, двух К155ЛА3, двух К155ЛА4.
Для задачи информационных сигналов X₁-X₄, используются кнопки B₁-B₄ для формирования сигналов функции F1, F2 с помощью микросхем К155ЛН1, двух К155ЛА3, двух К155ЛА4.
После формирования логических и тактовых функции, производиться объединение в функции A=F₁*TF₁и B=F₂*FT₂ и подачи на светодиоды для отображения сигнала на выходе.

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Определяем длительность импульса и паузы генератора тактовых импульсов:

где – длительность импульса
– пауза
– частота генератора тактовых импульсов
– скважность импульсов
Определение сопротивлении резистора время задающей цепочки:

где R – полное сопротивление

– сопротивление резисторов
C= 0,01 мкФ – емкость
Определение входного тока время задающей цепочки:

где – входной ток

– напряжение питания
= 0,7 В – напряжение между базой и эмиттером
= 4000 Ом – сопротивление в цепи базы
Определение максимального сопротивления резистора время задающей цепочки:

где – максимальное сопротивление резистора
= 1,4 В – пороговое напряжение переключаемого логического элемента

Определение емкости конденсаторов C₁иC₂:

где , – емкость конденсаторов
– напряжение резисторов
= 50 Ом – выходное сопротивление логического элемента в единичном состоянии
= 2,4 В – уровень выходного напряжения для единичного состояния логического элемента
= 0,4 В – уровень выходного напряжения для нулевого состояния логического элемента
Расчет быстродействия и потребляемой мощности цифрового устройства:

Общая мощность, потребляемая устройством, рассчитывается как сумма

мощностей всех элементов в схеме.

2*К155ЛА3 = 2*110 = 220 мВт
2*К155ЛА4 = 2*82,5 = 171мВт
2*К155ЛН1 = 2*165 = 330 мВт
1*К155ИЕ4 = 1*255 = 255 мВт
2*LED = 2*50 = 100 мВт
7*R = 7*125 = 875 мВт
2*VD = 2*400 = 800 мВт
1*ГТИ = 1*1125 = 1125 мВт

где – общее время задержки

– среднее время задержки
– потребляемая мощность

6. РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

6.1 Технология изготовления печатной платы

Печатная плата представляет собой один или несколько слоев диэлектрика, на которых нанесён токопроводящих рисунок. Проводящих рисунков может быть два или из них составлена сеть. Она является основанием для закрепления отдельных элементов радиоэлектроники, чтобы соединить их вместе. Чтобы соединять отдельные детали с токопроводящим рисунком используется припой или паяльная паста. Основания для изготовления электроники разделяются на несколько видов. Они отличаются по конструкции, характеристикам, предназначению.
Виды печатных плат:

Односторонние
Двухсторонние
Однослойные
Многослойные
Гибкие
Жёсткие
Гибко-жесткие
Теплопроводные

Зависимо от вида плат изменяются их характеристики, внешний вид, размер, возможности.
Методы изготовления печатных плат:

Субтрактивный метод наиболее освоен и распространен для простых и очень сложных конструкций печатных плат. Собственно, с него исторически начиналась индустрия печатных плат. В качестве исходного материала используются фольгированные (в основном медью) изоляционные материалы. После переноса рисунка печатных проводников в виде стойкой к растворам травления пленки на фольгированную основу, незащищенные ею места химически стравливаются. Защитную пленку наносят методами полиграфии: фотолитографией, трафаретной печати и др. При использовании фотолитографии, защитная пленка формируется из фоторезиста материала,

очувстляемого через фотокопию печатного рисунка — фотошаблон. При трафаретной печати используют специальную, химически стойкую краску, называемую трафаретной. Подразделяется на химический метод, механическое формирование зазоров и лазерное гравирование.

Аддитивные методы - Эти методы предполагают использование нефольгированных диэлектрических оснований, на которые тем или другим способом, избирательно (там, где нужно) наносят токопроводящий рисунок. Разновидности метода определяются способами металлизации и избирательное металлизации. Подразделяются на фотоаддитивный процесс, аддитивный процесс, нанесение токопроводящих красок или металлонаполненных паст, нанесение токопроводящих красок или металлонаполненных паст, горячая запрессовка металлического порошка, штампование, метод переноса и общая оценка аддитивных методов.
Полуаддитивные методы придуманы, чтобы избавиться от длительных и неустойчивых процессов ТХМ, заменив их на высокопроизводительные надежные электрохимические (гальванические) методы металлизации. Но для электрохимических методов металлизации электроизоляционных оснований нужен токопроводящий подслой. Его создают любым способом, удовлетворяющим требованиям по проводимости и прочности сцепления с подложкой. Подразделяются на классический полуаддитивный метод, аддитивный метод с дифференциальным травлением и рельефные платы.
Комбинированные методы объединяют в себе все приемы изготовления печатных плат, необходимые для изготовления печатных проводников и металлизированных отверстий. Поэтому они называются комбинированными. В зависимости от последовательности операций формирования печатных проводников и металлизированных отверстий различают комбинированный позитивный метод (используются фотошаблоны — позитивы) и комбинированный негативный (используются фотошаблоны — негативы). Подразделяются на комбинированный негативный метод, комбинированный позитивный метод и тентинг-метод.

6.2 Проектирование печатной платы

Для проектирования печатной платы нужно придерживаться основных правил:

Использовать максимально возможную ширину проводника.
Использовать ширину зазора не менее 0.15 миллиметров.
Используйте минимальное количество переходных отверстий.

Печатная плата, разработанная на основе принципиально электрической схемы (Рисунок 13).
Конструктивный чертеж расположения микросхем на печатной плате (Приложение 5).
Конструктивный чертеж расположения проводников на печатной плате (Приложение 6).

Рис.13 «Печатная плата»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В итоге курсовой работы, было разработано цифровое устройство с временным разделением сигналов с заданными параметрами: F1 = ∑(0,2,4,6,14); F2 = ∑ (4,5,8,9,12); Fбн = ∑(1,3,7,15); такты F1 = (4-6); такты F2 = (8-11); Ксч = 12; Fгни = 3,0 кГц", которое полностью соответствует выданному заданию.
Для реализации цифрового устройства мной была разработана структурная и функциональная схема. После проведения расчетов и на основе спроектированных схем была выбрана основная элементная база. На основе выше перечисленных данных была разработана принципиальная схема и спроектирована печатная плата.
Для успешного выполнения курсового проекта применялись знания, полученные в результате обучения по профессиональным модулям.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Волович Г.И., Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых устройств, СПБ.: 2011 – 528 с.
Брусницына Л.А., Степановских Е.И., Технология изготовления печатных плат. Учебное пособие, СПБ.: 2015 – 200 с.
Шустов М. А., Цифровая схемотехника. Основы построения. – СПБ.: Наука и техника, 2018 - 320 с.
Амосов В.В., Схемотехника и средства проектирования цифровых устройств – СПБ.: 2012 – 560 c.
http://chiplist.ru/ - справочник электронных компонентов.
https://studfile.net/ - файловый архив для студентов.
https://blog.dubkov.org/electronics/easyeda-starter-guide/ - руководство по работе с EasyEDA для начинающих

Приложение 1

Схемы тактовой функции FT₁

Приложение 2

Схемы тактовой функции FT₂

Приложение 3

Синтезированная схема

Приложение 4

Синтезированная схема

Приложение 5

Конструктивный чертеж расположения элементов печатной платы

Приложение 6

Конструктивный чертеж расположения дорожек печатной платы

Приложение 7

Перечень элементов

Поз. обозначение		Наименование	Кол	Примечание
МИКРОСХЕМЫ
DD8		КР1006ВИ1	1
DD5, DD6		К155ЛН1	2
DD1, DD4		К155ЛА3	2
DD2, DD3		К155ЛА4	2
DD7		К155ИЕ4	1
СВЕТОДИОДЫ
LED1, LED2		TO-2013BC-PG	2
РЕГИСТРЫ
R1	C2-33 - 0,125 – 10 кОм ±5%		1
R2	C2-33 - 0,125 – 29 кОм ±5%		1
R3, R4, R5, R6	C2-33 - 0,125 – 1 кОм ±5%		4
R7, R8	C2-33 - 0,125 – 1 кОм ±5%		2
R9,R10	C2-33 - 0,125 – 50 Ом ±5%		2
Конденсаторы
С1, С2, С3	К10-17В Н90 0.01мкФ		3

Приложение 8

Параметры микросхемы К155ЛН1
1,3,5,9,11,13 - входы;
2,4,6,8,10,12 - выходы;
6 - общий;
14 - напряжение питания;

Приложение 9

Параметры микросхемы К155ЛА3

1,2,4,5,9,10,12,13 - входы X1-X8;

3 - выход Y1;
6 - выход Y2;
7 - общий;
8 - выход Y3;
11 - выход Y4;
14 - напряжение питания;

Приложение 10

Параметры микросхемы К155ЛА4

1,2,13,3,4,5,9,10,11 - входы X1-X9;

6 - выход Y3;
7 - общий;
8 - выход Y2;
12 - выход Y1;
14 - напряжение питания;

Приложение 11
Параметры микросхемы К155ИЕ4

1 - вход счетный С2;

2,3,4,13 - свободные;
5 - напряжение питания +Uп;
6 - вход установки 0 R0(1);
7 - вход установки 0 R0(2);
8 - выход Q4;
9 - выход Q3;
10 - общий;
11 - выход Q2;
12 - выход Q1;
14 - вход счетный
14 - вход счетный C1;

жүктеу/скачать 1,22 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5 6 7