Разработка структурной и функциональной схемы устройства

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по курсу: «Цифровая схемотехника»

по теме: «Проектирование Цифрового устройства»

ФЗ 51.6.090803.574ПЗ

 

 

                   Руководитель проекта                    Мировицкий Г. П.

 

                   Проектировал студент                  Симоненко А.В.

                   группы ПЭЗ-51

                   Оценка работы

 

                   Члены комиссии:

 

Сумы 1999

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. 3

1. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ и ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА......................................................................................................... 5

1.1 Разработка структурной схемы устройства.......................................... 5

1.2 Разработка функциональной схемы устройства..................................... 6

2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА................... 8

2.1 Проектирование схемы детектора фронтов........................................... 8

2.2. Генератор тактовых импульсов............................................................... 9

2.3 Схема подсчета тактовых импульсов..................................................... 10

2.4 Схема преобразования параллельного кода в последовательный........... 11

2.5 Схема управления...................................................................................... 12

3. Заключение................................................................................................. 15

Список ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................... 16

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Алгоритм работы устройства.............................. 17

ВВЕДЕНИЕ

  Внедрение микропроцессорной, и вообще цифровой, техники в устройства управления промышленными объектами требует от специалистов самого различного профиля быстрого освоения этой области знания. В процессе разработки функциональных схем цифровых устройств отчетливо выделяются два характерных этапа. На первом этапе, который можно назвать структурным проектированием, заданный неформально алгоритм разработчик представляет в виде последовательности некоторых операторов, таких, как получение результата, счет, преобразование кода, передача информации. При этом он старается использовать ограниченный набор общепринятых операторов. При использовании этих операторов, как правило, алгоритм можно представить довольно небольшим их числом. Структура алгоритма становится обозримой, понятной, легко читаемой и однозначной. На основе полученной структуры алгоритма формулируются технические требования к схемам, реализующим отдельные операторы. По техническим требованиям в качестве функциональных узлов схемы можно применить либо готовые блоки в интегральном исполнении, либо, если таких микросхем в наличии нет, синтезировать их из более простых элементов. Подобный синтез первоначально производится при помощи алгебры логики, после чего по полученным функциям строится эквивалентная схема. Однако, как правило, синтезированные схемы хуже их аналогов в интегральном исполнении. К этому приводят следующие обстоятельства: большее время задержки, большие габариты, большее потребление энергии. Поэтому результативного проектирования цифровых устройств разработчик должен уметь: выбрать наиболее приемлемый вариант решения поставленной задачи, работать с алгеброй логики, знать основные цифровые элементы и уметь их применять, по возможности знать наиболее простые и распространенные алгоритмы решения основных задач. Знание наиболее распространенных инженерных приемов в проектировании устройств позволит в будущем сразу воспользоваться готовой схемой, не занимаясь бесполезной работой. Необходимо заметить, что реализация схемы гораздо сложнее, чем простое решение задачи в алгебре логики и наборе полученной функции из логических элементов. В действительности даже, казалось бы, самые простые элементы, необходимо включать по определенной схеме, знать назначения всех выводов. Необходимо знать, чем различаются элементы в пределах серии. Понимание внутренней логики микросхемы особенно важно именно для специалистов по автоматике и промышленной электронике, поскольку цифровые микросхемы изначально создавались для выполнения строго определенных функций в составе ЭВМ. В условиях автоматики и радиотехники они часто выполняют функции, не запланированные в свое время их разработчиками, и грамотное использование микросхем в этих случаях прямо зависит от понимания логики их работы. Хорошее знание тонкостей функционирования схем узлов становится жизненно необходимым при поиске неисправностей, когда нужно определить, имеется ли неисправность в данном узле или же на его вход поступают комбинации сигналов, на которые схема узла не рассчитана. Составление тестов, а тем более разработка само проверяемых схем также требуют очень хороших знаний принципов работы узлов.

 

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ и ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

Схема управления

Рисунок 10. Схема управления

  Для согласования отдельных узлов устройства необходима схема управления. В ее функции входит следующее:

· Управление записью данных в регистры сдвига

· Управление сдвигом данных записанных в регистры сдвига

· Прекращение передачи данных в устройство обработки после передачи 12 разрядов

Анализ вышесказанного, позволяет сделать следующие выводы о необходимых компонентах схемы управления:

1. Для управления сдвигом потребуется счетчик с пересчетом до 12

2. Для прекращения передачи потребуется электронный ключ на триггере

3. Для согласования по времени переключения логических элементов потребуются элементы задержки.

Предлагаемая схема управления изображена на рисунке 10.

По заднему фронту изменяемого импульса с выхода детектора фронтов на входную схему задержки поступает положительный импульс. Со схемы задержки этот импульс поступает на вход триггера (электронного ключа), а также на вход C2 регистров сдвига. На выходе  формируется логический ноль и через элемент задержки поступает на вход регистров сдвига, что переводит регистры в режим сдвига. После поступления заднего фронта импульса на вход С2 регистров сдвига происходит запись в эти регистры с выхода схемы подсчета. В это время триггер уже установлен в единичное состояние и логическая единица с выхода  поступает на элемент «И-НЕ», что дает возможность тактовым импульсам поступать на вход C1 регистров сдвига. По достижении счетчиком значения 12 через элемент «И» сигнал поступает на вход R триггера и переводит его в нулевое состояние, тем самым закрывая тактовым импульсам путь через элемент «И-НЕ».

 

Рисунок 11. Временные диаграммы работы устройства

 

Заключение

  При выполнении данной курсовой работы были проведены расчет и построение узлов и комбинационных схем.

Учитывались основные параметры влияющие на работу цифрового устройства. Был произведен синтез структурной, функциональной и электрической принципиальной схем заданного устройства, выбраны и обоснованы критерии подбора интегральных микросхем, проведена их сравнительная оценка.

 

Список ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Цифровая схемотехника» на тему «Проектирование цифрового устройства».

2. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: справочник, - Москва; металлургия, 1988,-352 с.

3. Орнадский П.П. Автоматические измерения и приборы. - К.; Техника,1990 - 448с.

4. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С.В.Якубовский, Л.И.Нильсон, В.И.Кулешова и др./ Под ред. С.В.Якубовского.-М.: Радио и связь, 1990.-496с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Алгоритм работы устройства

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по курсу: «Цифровая схемотехника»

по теме: «Проектирование Цифрового устройства»

ФЗ 51.6.090803.574ПЗ

 

 

                   Руководитель проекта                    Мировицкий Г. П.

 

                   Проектировал студент                  Симоненко А.В.

                   группы ПЭЗ-51

                   Оценка работы

 

                   Члены комиссии:

 

Сумы 1999

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. 3

1. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ и ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА......................................................................................................... 5

1.1 Разработка структурной схемы устройства.......................................... 5

1.2 Разработка функциональной схемы устройства..................................... 6

2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА................... 8

2.1 Проектирование схемы детектора фронтов........................................... 8

2.2. Генератор тактовых импульсов............................................................... 9

2.3 Схема подсчета тактовых импульсов..................................................... 10

2.4 Схема преобразования параллельного кода в последовательный........... 11

2.5 Схема управления...................................................................................... 12

3. Заключение................................................................................................. 15

Список ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................... 16

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Алгоритм работы устройства.............................. 17

ВВЕДЕНИЕ

  Внедрение микропроцессорной, и вообще цифровой, техники в устройства управления промышленными объектами требует от специалистов самого различного профиля быстрого освоения этой области знания. В процессе разработки функциональных схем цифровых устройств отчетливо выделяются два характерных этапа. На первом этапе, который можно назвать структурным проектированием, заданный неформально алгоритм разработчик представляет в виде последовательности некоторых операторов, таких, как получение результата, счет, преобразование кода, передача информации. При этом он старается использовать ограниченный набор общепринятых операторов. При использовании этих операторов, как правило, алгоритм можно представить довольно небольшим их числом. Структура алгоритма становится обозримой, понятной, легко читаемой и однозначной. На основе полученной структуры алгоритма формулируются технические требования к схемам, реализующим отдельные операторы. По техническим требованиям в качестве функциональных узлов схемы можно применить либо готовые блоки в интегральном исполнении, либо, если таких микросхем в наличии нет, синтезировать их из более простых элементов. Подобный синтез первоначально производится при помощи алгебры логики, после чего по полученным функциям строится эквивалентная схема. Однако, как правило, синтезированные схемы хуже их аналогов в интегральном исполнении. К этому приводят следующие обстоятельства: большее время задержки, большие габариты, большее потребление энергии. Поэтому результативного проектирования цифровых устройств разработчик должен уметь: выбрать наиболее приемлемый вариант решения поставленной задачи, работать с алгеброй логики, знать основные цифровые элементы и уметь их применять, по возможности знать наиболее простые и распространенные алгоритмы решения основных задач. Знание наиболее распространенных инженерных приемов в проектировании устройств позволит в будущем сразу воспользоваться готовой схемой, не занимаясь бесполезной работой. Необходимо заметить, что реализация схемы гораздо сложнее, чем простое решение задачи в алгебре логики и наборе полученной функции из логических элементов. В действительности даже, казалось бы, самые простые элементы, необходимо включать по определенной схеме, знать назначения всех выводов. Необходимо знать, чем различаются элементы в пределах серии. Понимание внутренней логики микросхемы особенно важно именно для специалистов по автоматике и промышленной электронике, поскольку цифровые микросхемы изначально создавались для выполнения строго определенных функций в составе ЭВМ. В условиях автоматики и радиотехники они часто выполняют функции, не запланированные в свое время их разработчиками, и грамотное использование микросхем в этих случаях прямо зависит от понимания логики их работы. Хорошее знание тонкостей функционирования схем узлов становится жизненно необходимым при поиске неисправностей, когда нужно определить, имеется ли неисправность в данном узле или же на его вход поступают комбинации сигналов, на которые схема узла не рассчитана. Составление тестов, а тем более разработка само проверяемых схем также требуют очень хороших знаний принципов работы узлов.

 

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ и ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА