Цифровые устройства систем управления и ЭВМ. Модуль УМПК-80\МИ-3 Узел входного устройства

Информационные D-триггеры повторяют входную информацию при высоком уровне входного сигнала MD и , а также при EW = 1 и MD = 1, при низком уровне сигнала на входе EW и при MD = 0, происходит хранение входной информации. Выходы каждого информационного триггера соединяет с выходным буферными каскадами с тремя установившимися состояниями. Внутренняя шина выдачи информации PB стробирует каждый выходной буферный каскад. При наличии логической 1 шине PB, выходные буферные каскады разблокированы и данные поступают на выходы, соответствующей линии выходных данных (Q1 – Q8). Условие выработки появления сигнала – . Внутренняя шина записи информации ЕW стробирует каждый триггер регистра. При наличии логической

1 на шине, происходит запись информации  в триггер, соответствующий входной  информационной шине (D1 – D2). Условие появления сигнала:

,

Информация  в триггерах многорежимного буферного  регистра обнуляется асинхронно входным  сигналом CLR.

В многорежимном  буферном регистре управляющими входами  являются , CS2, MD и EW, эти входы используются для управления выборкой устройств информационного регистра, состояния выходных буферных каскадов и триггером запроса на прерывание.

Выборкой  кристалла управляют входы CS1 и CS2. при наличии логической 1 на входе CS2 устройство выбрано, сигнал выборки кристалла (CS1 и CS2) используются, как синхросигнал для асинхронной установки состояния выходных буферных каскадов регистра триггера запроса прерывания.

Вход  MD (выбора режима), определяет один из 2-х режимов работы, при наличии логического 0 на входе MD, устройство работает в режиме ввода. В этом режиме выходные буферные каскады открыты, когда устройство выбрано. Управление записью осуществляется сигналом по входу EW.

При наличии  логической 1 на входе MD устройство работает в режиме вывода. В этом случае выходные буферные каскады независимо от выборки устройства.

Вход  EW используется как синхросигнал для записи информации в регистр при MD=0 и для синхронной установки триггера запроса прерывания.

Условно-графическое  обозначение микросхемы представлено на рисунке 3.

Рисунок 3 – Условно-графическое обозначение  К589ИР12

 

Функциональные  назначения выводов микросхемы К589ИР12 представлены в таблице 3.

 

Таблица 3 – Функциональные назначения выводов микросхемы К589 ИР12

 

Вывод	Обозначение	Тип вывода	Функциональное назначение
1, 13	CS1, CS2	Входы	Выбор кристалла
2	MD	Вход	Выбор режима
3, 5, 7, 9,16, 18, 20,22	D1 – D8	Входы	Информация
4, 6, 8, 10, 15, 17, 19, 21	Q1 – Q8	Выходы	Информация
11	EW	Вход	Стробирующий сигнал
12	GND	–	Общий
14	CLR	Вход	Установка нуля
23	INR	Выход	Запрос прерывания
24	Ucc	–	Напряжение питания (+5 В)

 

 

Триггер запроса прерывания служит для выработки  сигнала запроса прерывания в  процессорной системе. При установке  системы в исходное состояние  низким уровнем сигнала CLR триггер запроса прерывания устанавливается в 1 (единица), т.е. данное устройство не требует прерывания. Одновременно с этим же сигналом происходит установка регистра в 0 (нуль). Принято, что многорежимный буферный регистр находится в состоянии прерывания, когда выходу INR соответствует логический 0, что позволяет обеспечить прямое соединение с входами запроса блока приоритетного прерывания.

При работе в режиме ввода, (т.е. на входе MD сигнал низкого уровня) входной сигнал EW производит запись информации в регистр данных и установку триггера запроса в 0. Триггер запроса прерывания устанавливается в 1, при условии выбора устройства (так же вырабатывает сигнал прерывания на выходе INR).

 

Структурная схема микросхемы К589 ИР12 представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Структурная схема  К589 ИР12

 

Статические и динамические параметры  представлены в таблице 5 и 6.

Таблица 5 – Статические параметры К589 ИР12

 

Ток потребления Icc, мА	130
Входной ток низкого уровня, при  UIL, В	0,55
Для входа CS1 I1H, мкА (min)	-1,0
Для входа MD I1H, мкА (min)	-0,75
Для остальных I1H, мкА (min)	-0,25
Входной ток низкого уровня, при  UIL, В	5,25
Для входа CS1 I1H, мкА	40
Для входа MD I1H, мкА	30
Для остальных I1H, мкА	10
Выходной ток высокого уровня в  состоянии «выкл.»
Для Q1 – Q8, при UOH = 5,28 В IH, мкА	100
Выходное напряжение низкого уровня при IH = 15 мА UOL, В	0,5
Выходное напряжение высокого уровня при IH = - 1 мА UOН, В (min)	3,65
Примечание: типовые значения тока потребления 90 мА, выходное напряжение низкого уровня 0,4 В, высокого – 4,0 В.

 

Таблица 6 – Динамические  параметры К589 ИР12

 

Характеристика	Значение, нс
Длительность импульсов	25
Время задержки распространения сигналов
От входа EW до выхода Q1 – Q8	40
От входа CLR до выхода Q1 – Q8	45
От входа D1 – D8 до выхода Q1 – Q8	30
От входа EW до выхода INR	40
От выходов CS1 и CS2 до выхода Q1 – Q8	30
Время установки информации на входах D1 – D8 относительно сигнала EW	15
Время сохранения информации	20
Время задержки перехода от входа CS1 до выхода Q1 – Q8	45
Время задержки перехода от входа CS1 до выхода Q1 – Q8	45

 

 

 

 

 

2.2.2 Микросхема К555ТЛ2

 

Микросхема  представляет собой шесть триггеров Шмита-инверторов. Содержит 144 интегральных элемента. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и 201.14-8, 2102.14-2, масса не более 2,3 г.

 

Рисунок 5 - Условно-графическое обозначение К555ТЛ2

Назначение  выводов микросхемы и электрические  параметры микросхемы представлены в таблице 7 и 8.

 

Таблица 7 –  Назначение выводов микросхемы К555ТЛ2

 

Вывод	Тип вывода
2,4,6,8,10,12	Входы
1,3,5,7,9,11	Выходы
14	Общий
13	Напряжение питания (+5В)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8 –  Электрические параметры 

 

Номинальное напряжение питания	5В±5%
Выходное напряжение низкого уровня
при  мА	≤0,5 В
при  мА	≤0,4 В
Выходное напряжение высокого уровня.	≥2,7 В
Ток потребления при низком уровне выходного напряжения	≤21 мА
Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения	≤16 мА
Входной ток низкого уровня	≤|-0,4| мА
Входной ток высокого уровня	≤20 мкА
Потребляемая мощность	97 мВт
Время задержки распространения при  включении (выключение)	≤22 нс
Коэффициент разветвления	10

 

 

 

 

 

2.2.3 Микросхема К555ЛЕ1

 

Микросхемы  выполняют функцию ИЛИ-НЕ. В одном корпусе размешаются четыре логических элемента. Микросхемы изготовляются по ТТЛ Ш-технолог и и и выпускаются в пластмассовом (К.555ЛЕ1) и металлокерамическом (КМ555ЛЕ1) корпусах.

Назначение  выводов: 2 и 3, 5 и 6, 8 и 9, 11 и 12— соответственно входы первого—четвёртого логических элементов; 1, 4, 10 и 13 — их выходы. К выводу 14подключается U, а вывод 7 является общим.

Условное  графическое обозначение микросхемы приведено на рисунке 6, параметры  микросхемы – в таблице 9.

 

 

 

 

Рисунок 6 - Условное графическое обозначение К555ЛЕ1

 

 

 

Таблица 9- Параметры микросхемы К555ЛЕ1

 

Параметр	Значение
	5,4
	0,5
	2,7
	3,2
	- 0,36
	20
	0,02
	20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Функциональная схема узла

 

Функциональная  схема узла входного устройства представлена на рисунке 7.

 

Рисунок 7 – Функциональная схема входного устройства.

 

 

2.4 Описание принципиальной  электрической схемы узла

 

Принципиальная  электрическая схема представлена в приложении А.

Данная  схема показывает последовательность соединения микросхем

К580ИР12, К555ТЛ2, К555ЛЕ1, с наборным полем, представленным переключателями, и блоком индикации, представленным диодами.

 

2.5 Расчёт временных задержек в схеме функционального узла

 

Для расчета  времени задержки, необходимо, при  соединении микросхем суммировать  значения времени задержек каждой из них.

При расчете  временных задержек, учитывая, что  в состав схемы входят три микросхемы К580ИР12, К555ТЛ2, К555ЛЕ1, принимаем за время задержки данные, представленные в технической документации. Время задержки микросхемы К580ИР12 составляет 45 нс, микросхемы К555ТЛ2 – 22 нс, микросхемы К555ЛЕ1 – 20 нс по паспортным данным. Время задержки функционального узла входного устройства будет составлять 87 нс.

 

2.6 Расчет мощности потребляемой  функциональным узлом от источника  питания.

 

При расчете мощности для данного  узла, принимаем значение входного потребляемого тока, согласно техническим данным, I = 1 мА, при напряжении питания U = 5,25 В, для К555ТЛ2; I = 0,4 мА, при напряжении питания U = 5,7 В, для К555ЛА3; I = 0,3 мА, при напряжении питания U = 5,25 В, для К555ЛЕ1;  получаем мощность P:

 

 

P = I ∙ U;

 

Р1 = 1∙5,25∙10^-3;

Р2 = 0,4∙ 5,7∙10^-3;

Р3 = 0,3∙ 5,25∙10^-3;

 

 

P=P1+P2+P3

 

Р = (5,25+2,28+1,58)∙10^-3 Вт

 

Р = 9,1∙10^-3 Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы

При выполнении данной работы были получены навыки составления структурных  и функциональных схем, анализа сложных  цифровых устройств, усвоены основные понятия и термины, относящиеся  к проектированию электронных цифровых устройств и их сопряжению.

Были получены навыки поиска и использования  необходимой научно-технической  литературы и работы с ней, а также  получен опыт составления и оформления конструкторской документации.

При выполнении расчетно-графической  работы решались задачи проектирования схем цифровых устройств, применяемых  в системах управления технологическим  оборудованием и технологическими процессами, в ЭВМ. Сформированы навыки и умения правильного выбора и применения имеющихся схемотехнических решений аппаратуры систем управления и ЭВМ, необходимые для решения задач эксплуатации имеющихся и создание новых систем управления на их основе.

 

 

Список используемых источников

1  ГОСТ 2.743-91 ЕСКД Обозначения условные  графические в схемах. Элементы  цифровой техники.

3 Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы: Учебник для техникумов связи. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 336 с.:ил.

4 Микропроцессоры  (в 3-х книгах) кн 1.  Архитектруа и проектирование микроЭВМ. Организация вычислительных процессов. Под ред Преснухина Л.Н. М.: Высшая школа, 1986. – 495 с.: ил.

5 Микропроцессоры  в 3-х книгах кн2. Средства сопряжения. Контролирующие и информационно управляющие системы. Под ред Преснухина Л.Н. М.: Высшая школа, 1986. – 383 с.: ил.

6 Микропроцессорные  автоматические системы регулирования.  Основы теории и элементы: Учеб. Пособие/В.В. Солодовников, В.Г. Коньков,  В.А. Суханов, О.В. Шевяков. Под  ред В.В. Солодовникова. – М.: Высшая школа, 1991 255 с.:ил.

7 Микропроцессоры  и микропроцессорные комплекты  интегральных микросхем Справочник  в 2-х томах/ том 1 /Н.Н. Аверьянов, А.И. Березенко, Ю.И. Борщенко и др, под ред В.А.Шахнова  М.: Радио и связь, 1988 – 368 с.:ил.

8 МикроЭВМ : в 8 кн.: Практ. пособие/ под.ред. Л.Н. Преснухина. Кн.7 Учебные стенды/ Ю.И. Волков, В.Л. Горбунов, Д.И.Панфилов, С.Г. Шаронин. – М.:Высш. шк., 1988. – 224 с.: ил.

9 Нефедов  А.В. Интегральные микросхемы  и их зарубежные аналоги. Справочник. Т2 – М.: ИП радиоСофт, 1999-640 с.:ил.

10 Новиков  Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. – М.: Мир, 2001. – 379 с., ил. – (Современная схемотехника).

11 Стандарт  предприятия: Общие требования  и правила оформления выпускных  квалификационных работ, курсовых  проектов (работ), отчетов по РГР,  по УИРС, по производственной  практике и рефератов. – М.: ОГУ, 2000. – 62с.