Синтез арифметико-логического устройства реализованного на элементах цифровой техники

 

 

Содержание 

 

Введение  4

1. Теоретическая часть 4

1.1 Особенности использования выбранной  серии логических элементов 4

2. Расчетная часть 5

2.1Разработка логического выражения и принципиальной схемы             сигнала «А» 6

2.2 Разработка логического выражения и принципиальной схемы сигнала «Б» 9

2.3 Разработка принципиальной схемы сигнала «С» 11

2.4 Расчет и выбор элементов выходного УСО 13

3. Разработка печатной платы 15

Заключение 16

Приложение  А.Библиографический список 17

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Заданием на курсовой проект является разработка блока управления реализованного на элементах цифровой техники, выполненного на минимальном количестве элементов ТТЛ.

Интегральные микросхемы на основе полевых комплементарных транзисторов структуры металл-окись-полупроводник позволяют создать цифровые устройства с малым потреблением мощности при высокой помехоустойчивости и нагрузочной способности. По сравнению с биполярными транзисторами они имеют меньшие размеры, что позволяет разместить на единице площади кристалла большее количество элементов при более простой технологии. Для полевых транзисторов характерно высокое входное и малое выходное сопротивления, высокое быстродействие и температурная стабильность. Выходной сигнал практически равен напряжению источника питания.

1. Теоретическая часть

1.1 Особенности использования выбранной серии логических элементов

Современные микросхемы на ТТЛ структурах устойчиво работают в широком диапазоне питающих напряжений (3-15 В), что позволяет питать их от различных источников, а также сопрягать по входам и выходам с микросхемами КМОП и операционными усилителями. Основное преимущество серийных микросхем структуры ТТЛ по сравнению с КМОП – большее быстродействие.

Основные технические характеристики микросхем 155 серии: напряжение питания 3-15 В, входное напряжение (U_пит+0,5 В), выходное напряжение низкого уровня – не более 0,05 В, высокого уровня – не менее (U_пит   0,5 В). Приборы серии 155 способны работать в широком диапазоне питающих напряжений и обладающие более высоким быстродействием, являются наиболее перспективными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

Функциональная схема блока  управления представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Функциональная схема блока управления.

 

Входными являются сигналы «а», «b», «с», «d», которые формируются кнопкой с нормально закрытым контактом, кнопкой с нормально открытым контактом, перекидным контактом, логическим сигналом необходимого уровня соответственно. При не нажатой кнопке входная ситуация воспринимается как логический ноль.

Выходными являются сигналы «А», «В», «С». Сигнал «А» управляет работой  электромагнитного реле РЭС-49, «В»  управляет работой семисегментного светодиодного индикатора КИПЦ01А-1/7К, сигнал «С» является логическим сигналом.

В зависимости от входных сигналов «А», «В» формируются в соответствующих формирователях согласно заданному логическому выражению, заданного таблицей и циклограммой. Для управления электромагнитными реле, рабочее напряжение которого составляет 12 В, используется преобразователем уровня.

Выходной сигнал «С» устанавливается  в «Формирователе сигнала С»: появляется в момент появления сигнала «В»,импульсом длительностью 11 мкс, и может появиться после того, как число появления сигнала «А» равно 11. Сигнал «А» поступает на счетчик, фиксирующий число его появления.

 

 

 

 

2.1 Разработка логического выражения и принципиальной схемы сигнала «А».

Таблица 1. Выходные состояния  сигнала А

a	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1
b	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1
c	0	0	0	0	1	1	1	1	0	0	0	0	1	1	1	1
d	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1
A	1	1	1	0	0	0	1	1	1	0	1	1	1	0	1	x

 

 

Составим  минимизированное логическое выражение  для формирования сигнала «А».  При составлении  используем карты  Карно (рисунок 2).

1	1	1	1
0	1	1	1			c
0	0	X=1	1		a
1	0	1	0
		b
	d

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. Карта Карно

 

Значение «х» принимается как 1 или 0 так, чтобы логическое выражение  было минимизированным, примем х=1. Выделим прямоугольные контура, в которых выходной сигнал равен 1, запишем сигнал «А» в совершенной дизъюнктивной нормальной форме

 

 

Составим минимизированное логическое выражение по 0 для выходного сигнала А

 

Составим функциональную схему  для формирования выходного сигнала «А» на микросхемах типа, К155 ЛА13 и К155 ЛА3.

          

 

 

 

 

Рисунок 3. Функциональная схема для формирования выходного  сигнала «А»

 

Рисунок 4. Принципиальная схема для формирования выходного  сигнала «А»

 

2.2 Разработка логического  выражения и принципиальной схемы сигнала «В».

Рисунок 5. Циклограмма  состояния выходного сигнала  «В»

 

 

 

По циклограмме запишем условие  срабатывания

 

Запишем условие несрабатывания

 

 

 

 

Составим функциональную схему  для формирования выходного сигнала В

Рисунок 6. Функциональная схема для формирования выходного  сигнала «В»

 

В качестве элементной базы используются логические элементы И-НЕ и R-S триггер на микросхеме К155ТМ2.

Сигнал «В» подается на вход семисегментного индикатора. При появлении сигнала высокого уровня на выходе «В» на индикаторе КИПЦ01А-1/7К загорается цифра 6.

Рисунок 7.  Принципиальная схема для формирования выходного сигнала «В»

 

2.3 Разработка принципиальной  схемы сигнала «С».

 

Сигнал «С» появляется в момент появления сигнала «В», импульсом длительностью 11 мкс, и может появиться следующий раз, после того как число появлений сигнала «А» сравнится с числом 11. Число появлений сигнала «А» формирует счетчик на микросхеме К155 ИЕ7. Для формирования  сигналов длительностью 1 мкс секунда используем микросхему К155АГ3, где с определенными параметрами RC-цепочки можно задать продолжительность выходного сигнала.

Расчет RC-цепочки:

 

Поэтому выбираем Резистор МЛТ-0,25 11кОм±5% и Конденсатор    К53-1А 1 мкФ±20%  Uн=6,3В

 

 

Рисунок 8. Функциональная схема формирователя сигнала  «С».

 

Для установки счетчика D8 в начальное значение пользуемся свойством микросхемы – параллельной записью, записываем в микросхему код равный 15.

Рисунок 9. Принципиальная схема формирователя сигнала  «С».

 

 

2.4 Расчет и выбор элементов выходного УСО

 

Для управления электромагнитным реле, напряжение питания которого составляет 27 В, используется преобразователь уровня 5/27 В, который выполнен на микросхеме с открытым коллектором К155 ЛА 13.

Рисунок 10. Принципиальная схема УСО

 

 

Ток срабатывания электромагнитного  реле I_ср=75 мА, рабочее напряжение U_раб=27 В.

Диод выбран КД522Б с параметрами Uобр=50 В, Iпрям= 100мА

 

Для подключения семисегментного  светодиодного индикатора АЛС333А с параметрами Iинд=20мА, Uпрям= 2 В.

 Нужно зажечь 5 сегментов

 

 

 

 

 

В соответствии с расчетами выбраны  сопротивления:

 

 

Рабочее напряжение электромагнитного  реле РЭН-33 составляет 27 В, ток срабатывания 75мА, тогда мощность источника

 

 

 

С учетом коэффициента запаса при  эксплуатации блока управления необходимо использовать источник питания напряжением 27 В и мощностью 25 Вт.

 

Ток потребления микросхемы 155АГ3 составляет 66  мА - 1 шт.

Ток потребления микросхемы 155ИЕ7 составляет 102  мА - 1 шт.

Ток потребления микросхемы 155ТМ2 составляет 30  мкА - 2 шт.

Ток потребления микросхемы 155ЛА1 составляет 11  мА - 1 шт.

Ток потребления микросхемы 155ЛА3 составляет 22  мА - 4 шт.

Ток потребления микросхемы 155ЛА4 составляет 16  мА - 1 шт.

Ток потребления микросхемы 155ЛА13 составляет 54  мА - 2 шт.

 

 

 

Общий ток потребления по напряжению 5 В составляет 451 мА, мощность источника – 2,25 Вт. С учетом коэффициента запаса при эксплуатации блока управления необходимо использовать источник питания напряжения 5 В и мощностью 3 Вт.

 

3. Разработка печатной платы

 

Двухсторонняя печатная плата выполнена  из материала стеклотекстолит СФ-2-35Г-1,5 ГОСТ 10316-78 размером 135х125 мм. Выходы и входы выполнены в виде контактных площадок диаметром 3 мм с отверстиями диаметром 1,5 и 0,8 мм. Печатная плата трассировалась в пакете Microsoft Visio 2007, сборочный чертеж представлен на чертеже ТПЖА.422800.037.СБ. Печатная плата представлена на чертеже ТПЖА.422800.037.01.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение 

В результате проекта были разработаны функциональная и принципиальная схемы управления. Разработана печатная плата и сборочный чертеж. Печатная плата устанавливается с помощью четырех крепежных отверстий диаметром 3 мм. Источники питания 5 В, 27 В, входные и выходные сигналы подпаиваются к контактным площадкам.

Данный блок является законченным  устройством.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение А

Библиографический список

1. Зельдин Е. А. Цифровые интегральные  микросхемы в информационно-измерительной  аппаратуре.- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.  Отделение, 1986.-280с.:ил.

2. Пухальский Г. И., Новосельцева  Т. Я. Проектирование дискретных  устройств на интегральных микросхемах:  Справочник.-М.: Радио и связь, 1990.-304 с.:ил.

3. Интегральные микросхемы: Справочник / Б. В. Тарабрин, Л. Ф. Лунин,  Ю. Н. Смирнов и др.; под ред.  Б. В. Тарабрина.-М.: Радио и связь, 1983.-528с.,ил.

4. Игольский И. Г., Владимиров  Г. В. Справочник по слаботочным  элеектрическим реле.-2-е изд., и доп.- Л.: Энергоатомиздат. Ленигр. Отделение, 1984.

5. Лисицын Б. Л. Низковольтные  индикаторы: Справочник.- М.: Радио и  связь, 1985.  

					ТПЖА.422800.031 ПЗ
Изм	Лист	№док	Подпись	Дата
Разработал		Ходырев			Автоматизация и оптимизация технологических        процессов	лит			лист	листов
Проверил		Давыдовский							3	16
						ВятГУ гр. 31 ЭПу
Н. Контр.
Утвердил

 

Изм	Кол	Лист	№док	Подп.	Дата
Разраб.		Кузьминых				Установка синтеза нитрата аммония производительностью 60т/час по 100% нитрату аммония Рабочий проект	Стадия	Лист	Листов
Проверил		Поскребышева						1	15
Т. контр.							ПКО ООО ЗМУ КЧХК
Н. контр.
Нач. ПКО		Хохлов