(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Разработка схемы микроконтроллера
.
Введение
схема электронный мощность
Современная электрическая техника представляет собой сложные системы, реализованные на базе микроэлектроники и средств вычислительной техники. Вычислительные средства являются важной составной частью разных устройств радиоэлектронной аппаратуры.
Широкий диапазон внедрения вычислительных средств почти во всем определяется возникновением у конструкторов доступных по стоимости и маленьких по размеру микроконтроллеров и процессоров.
Микроконтроллер (МК) — это программно-управляемая большая печатная плата (БИС), созданная для обработки цифровой инфы.
Больший эффект от внедрения МК достигается в устройствах и системах локальной автоматики, системах измерения, контроля и остальных областях, в каких используются средства цифровой обработки данных. Сравнимо низкая стоимость, малые габариты и потребляемая мощность, высочайшая надежность и исключительная упругость, не характерная иным способам обработки данных, обеспечивает Ценность МК перед иными средствами обработки данных.
Больший эффект внедрения микроконтроллеров достигается при встраиваемом варианте его использования, когда МК встраивается вовнутрь устройств, устройств либо машин. В таком варианте использования от МК требуется не столько вычислительная производительность, сколько логическая оперативность, настолько нужная в задачках управления.
Внедрение МК в оборудовании дозволяет повысить производительность, свойство, помогает решать сложные трудности программного регулирования, значительно улучшает технико-экономические свойства автоматического оборудования, увеличивает его «ум».
1. анализ технического задания
В данном курсовом проекте нужно создать микроконтроллер на базе простого АЛУ.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — блок микропроцессора, который под управлением устройства управления (УУ) служит для выполнения арифметических и логических преобразований (начиная от простых) над данными, именуемыми в этом случае операндами. Разрядность операндов обычно именуют размером машинного слова.
Большая печатная плата арифметико-логического устройства представляет, блок, выполняющий 12 логических операций и 13 арифметические операции над двоичными числами. Арифметико-логическое устройство может делать разные логические и арифметические операции с одним и несколькими словами.
АЛУ может применять логические элементы И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ, сумма по модулю 2, также в операциях употребляется сумматоры и счетчики.
Разрабатываемая схема АЛУ будет иметь два комбинационных входа которые будут задавать код над которым будут делается операции, также четыре комбинационных входа которые задают код операции.
Подаваться они будут с порта ввода для операндов А и В. Данный порт будет делать подачу операндов на АЛУ над которыми будут выполнятся операции: арифметические и логические.
Примеры композиций заданы в последующей таблице.
Логические выражения (М=1)
Арифметические выражения (М=0)
0000
A+^B
A+B
0001
^(A+^B)
B-A
0010
^B*(^A*(A+^B))
(B+A)* 3
0011
^B+^A*B
(B-A)* 3
0100
^A*(B+A+^A)
(B-A)*8
0101
^(B+A)
B*A*3
0110
^(^B*^A+B)
A^2
0111
(A+B)*(A+B)
A*3
1000
(B+A)*4
1001
BA
A*B
1010
(A*B) (B+^A)
B/2
1011
^B*(AB)
(B+A)/4
1100
—
B^2*A
АЛУ имеет выход переноса Рвых, который употребляется при построении многоразрядного АЛУ. Выход Рвых служит в АЛУ, которые употребляются как схемы сопоставления. Для сопоставление входных слов на «больше — меньше» употребляется выход Рвых, значения которого формируются зависимо от значения входа.
порт индикации представляет собой схему, которая реагирует на подборку логической либо арифметической операции. В итоге что зажигается световой индикатор. В данном курсовом проекте мы разработаем порт индикации, который реагирует включением светодиода на возникновение логической операции.
При разработке БИС употребляются 2 типа логики микросхем ТТЛ и ТТЛШ.
Транзисторно-транзисторная работать в режимах: отсечки, нормально активный, инверсно активный и насыщения. В инверсно активном режиме эмиттерный переход закрыт, а коллекторный переход открыт. В инверсном режиме коэффициент усиления транзистора существенно меньше, чем в обычном режиме, из-за несимметричного конструктивного выполнения переходов база-коллектор и база-эмиттер.
Индивидуальности внедрения микросхем с ТТЛ логикой:
· При работе ТТЛ-логики наблюдаются довольно мощные всплески токов (в особенности на выходе), которые могут создавать паразитные наводки на цепях питания, приводя к сбоям самих ТТЛ частей. Для борьбы с сиим явлением нужно управляться последующими правилами:
· Питание ТТЛ микросхем организуется в виде 2-ух шинок (обычно из медных либо латунных полос) с маленькими отводами печатных дорожек к выводам питания. При мультислойном монтаже выделяются отдельные слои для шинок питания. Применение разветвлённых дорожек питания запрещено.
· Меж шинками питания инсталлируются блокировочные конденсаторы с малой паразитной индуктивностью (глиняние либо слюдяные). Малая ёмкость, количество блокировочных конденсаторов определяется аннотацией по монтажу ТТЛ-микросхемы. Не постоянно все имеющиеся входы ТТЛ элемента употребляются в определенной схеме. Если по логике работы на входе нужен нулевой сигнал, то неиспользуемые входы соединяются с общим проводом.
· Для фактически ТТЛ-схемы не применяемые входы можно никуда не подключать, но из-за паразитной ёмкости будет появляться задержка прохождения сигнала (около 2 нс на один вход), не считая того, на не присоединённые входы могут наводиться помехи. У ТТЛШ оставлять не подключёнными неиспользуемые входы запрещено.
· Можно соединить применяемые и не применяемые входы (если это допустимо по схеме), но это наращивает нагрузку на источник сигнала и также наращивает задержку.
· Неиспользуемые входы можно присоединить к выходу инвертирующего элемента, входы которого подсоединяются к общему проводу.
· Неиспользуемые входы можно присоединить к источнику питания через резистор — для одних серий (количество сразу подключаемых входов к одному резистору и величина этого сопротивления регламентируются надлежащими инструкциями) либо конкретно к питанию — для остальных.
Транзисторно-транзисторная база — коллектор, что исключает насыщение транзистора. Также наличием демпфирующих диодов Шоттки на входах (изредка на выходах) для угнетения импульсных помех, образующихся из-за отражений в длинноватых линиях связи (длинноватой считается линия, время распространения сигнала в какой больше продолжительности его фронта, для самых стремительных ТТЛШ микросхем линия становится длинноватой начиная с длины в несколько см).
2. Структурный анализ разрабатываемой схемыРасположено на /
Расположено на /
.
Структурная схема микроконтроллера
В реальном курсовом проекте нужно создать микроконтроллер на микросхемах малой и средней логике.
Структурная схема микроконтроллера состоит из:
· АЛУ создано для выполнения логических и арифметических операций нал 2-мя многоразрядными числами.
· Портов ввода для операндов DI и BI.
· Порта ввода управляющего сигнала V для выбора определенной операции.
· Порта управления с входными сигналами Pвх и М зависимо от композиций которых выбирается логическая либо арифметическая операция.
· Порта вывода результата F.
· Вывод Рвых для сигнала переноса.
· Блока индикации показывающего выполнение логической либо арифметической операции.
· ГТИ.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — блок микропроцессора, который под управлением устройства управления (УУ) служит для выполнения арифметических и логических преобразований над данными, именуемыми в этом случае операндами. Разрядность операндов обычно именуют размером машинного слова.
Большая печатная плата арифметико-логического устройства представляет собой 4-разрядную секцию, выполняющую 12 логических операций и 13 арифметические операции над двоичными числами. Арифметико-логическое устройство может делать разные логические и арифметические операции с одним и несколькими словами.
АЛУ может применять логические элементы И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ, сумма по модулю 2, также в операциях употребляется сумматоры и счетчики.
Разрабатываемая схема АЛУ будет иметь два комбинационных входа, которые будут задавать код, над которым будут выполняться операции, также четыре комбинационных входа которые задают код операции.
Подаваться они будут с порта ввода для операндов А и В. Данный порт будет делать подачу операндов на АЛУ над которыми будут выполнятся операции: арифметические и логические.
Порты ввода и вывода. Вывод Рвых для сигнала переноса.
Для обмена информацией с наружным миром в контроллере предусмотрены порты ввода и вывода инфы. Нередко порт ввода соединяется воединыжды с портом вывода, и образуют порт ввода-вывода инфы.
С наружным миром микроконтроллер обменивается информацией в цифровом виде. Основой логики работы процессора служит двоичная система счисления, состоящая всего из 2-ух цифр — единицы «1» и нуля «0». Эти две числа двоичной системы разрешают записывать фактически любые числа. Для электронных сигналов, несущих эту цифровую информацию, двоичная система счисления соответствует двум состояниям, либо двум «логическим» уровням: высочайшему и низкому. Как правило, напряжение высочайшего логического уровня близко к напряжению питания микросхемы (5 В. либо 3 В). Напряжение низкого логического уровня — логического ноля «0» — может составлять несколько 10-х вольта (0,3 В.), и в безупречном случае приравнивается 0 В. При помощи, загруженной в него программки, микроконтроллер может установить на хоть какой ножке порта вывода требуемый уровень напряжения. Также микроконтроллер может программно определять состояние сигнала на собственных ножках, высочайшее ли напряжение на ней либо низкое (ноль либо единица).
Получать информацию микроконтроллер может из подключаемых к его портам устройств, таковых как: клавиши, клавиатуры, разные датчики, цифровые микросхемы и остальных микроконтроллеры, и даже ПК (Персональный компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем). Для вывода инфы к портам контроллера можно подключать светодиоды, жидкокристаллические индикаторы, ССИ и почти все другое. В данной курсовой работе для вывода инфы к портам контроллера подключаем светодиоды.
АЛУ имеет выход переноса Рвых, который употребляется при построении многоразрядного АЛУ. Выход Рвых служит в АЛУ, которые употребляются как схемы сопоставления. Для сопоставление входных слов на «больше — меньше» употребляется выход Рвых, значения которого формируются зависимо от значения входа.
ГТИ.
генератор тактовой частоты (генератор тактовых импульсов) генерирует электронные импульсы данной частоты (обычно прямоугольной формы) для синхронизации разных действий в цифровых устройствах, электрических часах и таймерах, микропроцессорной и иной цифровой технике. Тактовые импульсы нередко употребляются как эталонная частота.
Зависимо от трудности устройства, употребляют различные типы генераторов. В курсовой работе употребляется тактовый генератор.
Тактовый генератор — это схема, которая вызывает серию импульсов. Все импульсы схожи по продолжительности. Интервалы меж поочередными импульсами также схожи. Временной интервал меж началом 1-го импульса и началом последующего именуется временем такта. Частота импульсов обычно от 1 до 500 МГц.
3. Разработка и расчет электронных схем отдельных структурных блоков
Для разработки микроконтроллера, выполняющего арифметические и логические операции, который связан с модулем памяти и индикациями требуется огромное количество микросхем.
Дешифратор.
Функция дешифратора понятна из его наименования. Дешифратор конвертирует входной двоичный код в номер выходного сигнала. количество его выходных сигналов равно количеству вероятных состояний двоичного кода. Активным постоянно является лишь один выход дешифратора, при этом номер этого выхода определяется номером входного сигнала.
В нашем микроконтроллере употребляется дешифратор 4—16 серии К155ИД3.
Дешифратор имеет вид:
1
Номинальное напряжение питания
5 В Расположено на /
Расположено на /
.
2
Выходное напряжение низкого уровня
не наиболее 0,4 В
3
Выходное напряжение высочайшего уровня
не наименее 2,4 В
4
Входной ток низкого уровня
не наиболее -1,6 мА
5
Входной ток высочайшего уровня
не наиболее 0,04 мА
6
ток употребления
не наиболее 56 мА
7
время задержки распространения при включении по входам 20 — 23 по входам 18, 19
не наиболее 33 нс
не наиболее 27 нс
8
время задержки распространения при выключении по входам 20 — 23 по входам 18, 19
не наиболее 36 нс
не наиболее 30 нс
9
время дешифрации
не наиболее 35 нс
10
Потребляемая мощность
не наиболее 294 мВт
Регистр
Регистр — устройство, применяемое для хранения n-разрядных двоичных данных и выполнения преобразований над ними.
Регистр представляет собой упорядоченный набор триггеров, обычно D-, число n которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно соединено комбинационное цифровое устройство, при помощи которого обеспечивается выполнение неких операций над словами.
В курсовой работе в регистр «отправляются» сигналы операнда А либо операнда В. если сигнал регистра С = 1, то передачи двоичных данных из регистра в буфер разрешена.
Также регистры в данной курсовой работе употребляется в реализации арифметических операций. Но отличие этих регистров от тех, которые употребляются для формирования операндов, в том, что они сдвиговые.
В качестве реверсивного сдвигового регистра мы используем микросхему К155ИР13.
МикросхемаК155ИР13 — восьмиразрядный реверсивный сдвигающий регистр, имеет 8 выходов параллельного кода и последующие входы: D1 — D8 — для подачи инфы при параллельной записи, DR и DL — для подачи инфы при поочередной записи и сдвиге на Право и на лево соответственно, С — для подачи тактовых импульсов, SR и SL — для управления режимом и R — для сброса триггеров регистра. При подаче на вход R лог. 0 происходит сброс всех триггеров счетчика независимо от состояния остальных входов. Любые остальные конфигурации состояния регистра происходят только по спаду импульса отрицательной полярности на входе С. При лог. 1 на входе SR и лог. 0 на входе SL по спаду импульса на входе С происходит сдвиг инфы на Право (в сторону возрастания номеров выходов). В 1-ый разряд сдвигающего регистра поочередный прием инфы осуществляется со входа DR. При лог. 1 на входе SL и лог. 0 на входе SR сдвиг осуществляется на лево, прием инфы в восьмой разряд регистра — со входа DL. Если лог. 1 подать сходу на оба входа SR и SL, по спаду импульса отрицательной полярности на входе С произойдет параллельная запись в регистр инфы со входов D1 — D8. Подача лог. 0 на оба входа SR и SL перекрывает тактовые импульсы, подаваемые на вход С, и по ним информация в регистре уже не будет изменяться. Но, если при лог. 0 на входе С сначала хотя бы на одном из входов SR либо SL имелась лог. 1, потом на обоих входах — лог. 0, это изменение будет воспринято микросхемой как спад тактового импульса, по которому произойдет сдвиг либо параллельная запись, зависимо от состояния входов SR и SL перед возникновением лог. 0 на обоих входах. Обозначенное свойство микросхемы дозволяет, подав повсевременно лог. 0 на вход С, применять вход SR для подачи импульсов сдвига на Право, вход SL — для подачи импульсов сдвига на лево. Сдвиг будет происходить по спадам импульсов положительной полярности. Если изменение сигнала с лог. 1 на лог. 0 произойдет сразу на обоих входах SR и SL, осуществится параллельная запись инфы со входов D1 — D8.
1 — вход режимный S0;
2 — вход поочередного ввода инфы при сдвиге на Право DR;
3 — вход информационный D0;
4 — выход Q0; 5 — вход D1;
6 — выход Q1; 7 — вход D2;
8 — выход Q2; 9 — вход D3;
10 — выход Q3;
11 — вход синхронизации С;
12 — общий;
13 — вход инверсный «сброс» R;
14 — выход Q4; 15 — вход D4;
16 — выход Q5; 17 — вход D5;
18 — выход Q6; 19 — вход D6;
20 — выход Q7; 21 — вход D7;
22 — вход поочередного ввода инфы при сдвиге на лево DL;
23 — вход режимный S1;
24 — напряжение питания;
1
Номинальное напряжение питания
5 В Расположено на /
Расположено на /
.
2
Выходное напряжение низкого уровня
не наиболее 0,4 В
3
Выходное напряжение высочайшего уровня
не наименее 2,4 В
4
Помехоустойчивость
не наименее 0,4 В
5
Входной ток низкого уровня
не наиболее -1,6 мА
6
Входной ток высочайшего уровня
не наиболее 0,04 мА
7
ток недлинного замыкания
-18… — 57 мА
8
Потребляемая мощность
не наиболее 609 мВт
9
Рабочая частота
25 МГц
Регистр хранения
В данной курсовой работе употребляется регистр с управлением информацией уровнем сигнала на тактовом входе (К555ИР22). Микросхемы К555ИР22 представляют собой микросхему серии ТТЛ.
Микросхема К555ИР22 — восьмиразрядный регистр хранения инфы. Запись инфы в триггеры регистра происходит при подаче лог. 1 на вход С, в этом случае сигналы на выходах регистра повторяют входные. При подаче лог. 0 на вход С регистр перебегает в режим хранения инфы
1
Напряжение питания (Vсс)
+5В ±10%
2
Входной ток (0/1), не наиболее
20мкА/200мкА
3
ток употребления (статический), max
31мА
4
Выходной ток лог. «0», не наименее
30мА
5
Выходной ток в Z-состоянии, не наиболее
20мкА
6
Типовая задержка
12-40 нс
7
Тактовая частота
до 35МГц
8
Входной уровень «0»
< 0,8В
9
Входной уровень «1»
> 2,0В
10
Выходной уровень «0»
< 0,4В
11
Выходной уровень «1»
> 2,4В
12
Рабочий спектр температур
-10oC..+70oC
Буферы
информация от дешифратора в нашей схеме передается в буфер. Так мы определяем, какая операция, логическая либо арифметическая, будет производиться.
Также буфер употребляется для вывода результата выполненной операции (логической либо арифметической) на шину результата.
В качестве буфера употребляется буферный регистр К1533ИР35. Для формирование 16 разрядного сигнала мы используем 2 буферных регистра К1533ИР35, для 4 разрядного неиспользуемые входы заземляются.
КР1533ИР35—Микросхема представляет собой восьмиразрядный регистр на регистрах D-типа с общим входом сброса. При низком U0 на входе R выходы регистров инсталлируются в нулевое состояние вне зависимости от состояния остальных входов. При высочайшем уровне U0 на входе R информация со входов D по фронту тактового импульса на входе WR записывается в триггер и передается на выход.
1) R ? — Вход сброса
2) Q0 — Выход данных
3) D0 — Вход данных
4) D1 — Вход данных
5) Q1 — Выход данных
6) Q2 — Выход данных
7) D2 — Вход данных
8) D3 — Вход данных
9) Q3 — Выход данных
10) OV — Общий вывод
11) WR — Вход разрешения записи
12) Q4 — Выход данных
13) D4 — Вход данных
14) D5 — Вход данных
15) Q5 — Выход данных
16) Q6 — Выход данных
17) D6 — Вход данных
18) D7 — Вход данных
19) Q7 — Выход данных
20) U — Вывод питания от источника напряжения
1
Частота — Тактовый генератор
35MHz
2
Время задержки
2ns
3
Тип триггера
Positive Edge
4
ток выходной макс., мин.
2.6mA, 24mA
5
Напряжение питания
4.5 V ~ 5.5 V
6
Рабочая температура
0°C ~ 70°C
Элементы маленькой и средней логики
В данной БИС употребляются элементы маленькой логики: ИЛИ, ИЛИ-НЕ, И, И-НЕ, НЕ, Сумма по модулю 2; также элементы средней логики: сумматор, счетчик, индикатор. Так же при разработке схемы использовались буферы и регистры.
Микросхема К155ЛИ1 (4 логических элемента 2И)
Микросхема К155ЛИ1
1
Функциональность
И
2
Номинальное напряжение питания
5
3
Выходное напряжение низкого уровня
0.4
4
Выходное напряжение высочайшего уровня
2
5
Входной ток низкого уровня
0.34
6
Входной ток высочайшего уровня
0.02
7
ток употребления, мА
—
8
Время задержки включения, нс
—
9
время задержки выключения, нс
—
10
Спектр рабочих температур, гр. С
-10.00…70.00
11
Корпус
—
12
Производитель
Наша родина
Микросхема К155ЛА7 (4И-НЕ)
1
Функциональность
И-НЕ
2
Номинальное напряжение питания
5
3
Выходное напряжение низкого уровня
0.4
4
Выходное напряжение высочайшего уровня
2
5
Входной ток низкого уровня
0.34
6
Входной ток высочайшего уровня
0.002
7
ток употребления, мА
—
8
Время задержки включения, нс
—
9
время задержки выключения, нс
—
10
Спектр рабочих температур, гр. С
-10.00…70.00
11
Корпус
—
12
Производитель
Наша родина
Микросхема К561ЛА7 (4 логических элемента 2И-НЕ)
1
Напряжение питания
3…18В
2
Наибольшее напряжение лог. «0»
<2.9В
3
малое напряжение лог «1»
>7.2В
4
ток потребеления при лог. «0» и Uпит=18В
15mA
5
Ток потребеления при лог. «1» и Uпит=18В
30mA
6
Выходной ток
42mA
7
Время задержки распространения сигнала
80нС
8
Спектр рабочих температур
-45…+85С
Микросхема К555ЛН1 (6 инверторов)
Микросхема К555ЛН1
1
Функциональность
НЕ
2
Номинальное напряжение питания
5
3
Выходное напряжение низкого уровня
0.4
4
Выходное напряжение высочайшего уровня
2.7
5
Входной ток низкого уровня
0.4
6
Входной ток высочайшего уровня
0.02
7
ток употребления, мА
11.5
8
Время задержки включения, нс
—
9
время задержки выключения, нс
—
10
Спектр рабочих температур, гр. С
-10.00…70.00
11
Корпус
—
12
Производитель
Наша родина
Микросхема К155ЛЛ1 (4 логических элемента 2ИЛИ)
Микросхема К155ЛЛ1 потребляет ток равный 38 мА, если на всех входах находится напряжение низкого уровня.
Микросхема К155ЛЛ1
1
Функциональность
ИЛИ
2
Номинальное напряжение питания
5
3
Выходное напряжение низкого уровня
0.4
4
Выходное напряжение высочайшего уровня
2
5
Входной ток низкого уровня
0.34
6
Входной ток высочайшего уровня
0.02
7
ток употребления, мА
—
8
Время задержки включения, нс
—
9
время задержки выключения, нс
—
10
Спектр рабочих температур, гр. С
-10.00…70.00
11
Корпус
—
12
Производитель
Наша родина
Микросхема К561ЛЕ5 (4 логических элемента 2ИЛИ-НЕ)
1
Напряжение питания
3..15V
2
Напряжение макс.
18V
3
Напряжение лог. 0
<0.05V
4
Напряжение лог. 1
Uпит-0,05V
Микросхема К155ЛА4 (3 элемента 3И-НЕ)
Микросхема К155ЛА4
1
Функциональность
И-НЕ
2
Номинальное напряжение питания
5
3
Выходное напряжение низкого уровня
0.4
4
Выходное напряжение высочайшего уровня
2
5
Входной ток низкого уровня
0.34
6
Входной ток высочайшего уровня
0.002
7
ток употребления, мА
—
8
Время задержки включения, нс
—
9
время задержки выключения, нс
—
10
Спектр рабочих температур, гр. С
-10.00…70.00
11
Корпус
201,14-1
12
Производитель
Наша родина
Микросхема К155ЛП5 (сумма по модулю 2)
К155ЛП5
1
Функциональность
ток низкого уровня
0.34
6
Входной ток высочайшего уровня
0.002
7
ток употребления, мА
50
8
Время задержки включения, нс
—
9
время задержки выключения, нс
—
10
Спектр рабочих температур, гр. С
-10.00…70.00
11
Корпус
—
12
Производитель
Наша родина
Микросхема К155ИМ3 (2 разрядный двоичный сумматор)
1
Номинальное напряжение питания
5 В 5%
2
Выходное напряжение низкого уровня
не наиболее 0,4 В
3
Выходное напряжение высочайшего уровня
не наименее 2,4 В
4
Помехоустойчивость
не наименее 0,4 В
5
Напряжение на антизвонном диодике
не наименее -1,5 В
6
Входной пробивной ток
не наиболее 1 мА
7
Ток недлинного замыкания
-18… — 55 мА
8
ток употребления
не наиболее 128 мА
9
Потребляемая статическая мощность
не наиболее 670 мВт
10
время задержки распространения при включении от вывода 13 до 15
не наиболее 55 нс
11
время задержки распространения при выключении от вывода 13 до 15
не наиболее 55 нс
12
время задержки распространения по цепи суммы
не наиболее 37,5 нс
13
время задержки распространения по цепи переноса
не наиболее 40 нс
Микросхема представляет собой быстродействующий полный сумматор. Он воспринимает два четырехразрядных слова по входам данных Аn, Вn, и по входу Pn сигнал переноса. Сумматор работает как с положительной (высочайший уровень — единица), так и с отрицательной логикой (маленький уровень — единица) Суммирование происходит согласно уравнению
Если выбрана положительная ток низкого уровня
—
6
Входной ток высочайшего уровня
—
7
ток употребления, мА
0.2
8
Время задержки включения, нс
—
9
время задержки выключения, нс
—
10
Спектр рабочих температур, гр. С
-10.00…70.00
11
Корпус
—
12
Производитель
Наша родина
Блок индикации
Блок индикации содержит последующие микросхемы: 8-ми разрядный регистр серии К555ИР22, 8 резисторов и 8 светодиодов.
Схема блока светодиодной индикации
Микросхема К555ИР22 — восьмиразрядный регистр хранения инфы. Запись инфы в триггеры регистра происходит при подаче лог. 1 на вход С, в этом случае сигналы на выходах регистра повторяют входные. При подаче лог. 0 на вход С регистр перебегает в режим хранения инфы. Выходы микросхемы находятся в активном состоянии, если на вход ОЕ подан лог. 0. Если же на вход ОЕ подать лог. 1, выходы регистра перебегают в Z — состояние. Сигнал на входе ОЕ не влияет на запись в триггеры, запись может выполняться как при 0, так и при 1 на этом входе.
Модуль памяти
Модуль памяти нашей структурной схемы состоит из модуля памяти ОЗУ, 2-ух счетчиков и маленькой логики. Структурная схема модуля памяти имеет вид
Модуль памяти ОЗУ — КР537РУ9А
Блок логических операций
A+^B-Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К155ЛЛ1, КР1533ИР35
^(A+^B) — Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К561ЛЕ5, КР1533ИР35
^B*(^A*(A+^B)) — Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К155ЛЛ1, К155ЛИ1, КР1533ИР35
^B+^A*B)) — Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К155ЛЛ1, К155ЛИ1, КР1533ИР35
^A*(B+A+^A))) — Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К155ЛЛ1, К155ЛИ1, КР1533ИР35
^(B+A) — Схема выполнена на базе микросхем К561ЛЕ5, КР1533ИР35
^(^B*^A+B) — Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К155ЛИ1, К561ЛЕ5, КР1533ИР35
(A+B)*(A+B) — Схема выполнена на базе микросхем К155ЛЛ1, К155ЛИ1, КР1533ИР35
— Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К155ЛЛ1, К155ЛП5, КР1533ИР35
BA — Схема выполнена на базе микросхем К155ЛП5, КР1533ИР35
(A*B) (B+^A) — Схема выполнена на базе микросхем К155ЛИ1, К155ЛЛ1, К155ЛП5, КР1533ИР35
^B*(AB) — Схема выполнена на базе микросхем К155ЛП5, К555ЛН1, К155ЛИ1, КР1533ИР35
Блок арифметических операций
A+B-Схема выполнена на базе микросхем К155ИМ3, КР1533ИР35
B-A-Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К155ИМ3, КР1533ИР35
(B+A)* 3 Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К155ИМ3, КР1533ИР35, К176ИЕ1, К155ЛА7
(B-A)* 3 — Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К155ИМ3, КР1533ИР35, К176ИЕ1, К155ЛА7
(B-A)*8 — Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К155ИМ3, КР1533ИР35, К176ИЕ1, К155ЛА4, К155ИР13
B*A*3 — Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К155ИМ3, КР1533ИР35, К555ИЕ15, К155ЛА4, К155ИР13
A^2 — Схема выполнена на базе микросхем К561ЛЕ5, К155ИМ3, КР1533ИР35, К555ИЕ15, К155ЛА4
A*3 — Схема выполнена на базе микросхем К551ЛН, К155ИМ3, КР1533ИР35, К176ИЕ1, К155ЛА7, К155ЛЛ1
(B+A)*4 Схема выполнена на базе микросхем К551ЛН, К155ИМ3, КР1533ИР35, К176ИЕ1, К155ЛА7, К155ЛЛ1, К155ИР13
A*B — Схема выполнена на базе микросхем К561ЛЕ5, К155ИМ3, КР1533ИР35, К555ИЕ15, К155ЛА7, К155ЛЛ1
B/2 — Схема выполнена на базе микросхем К561ЛЕ5, К155ИМ3, КР1533ИР35, К176ИЕ1, К155ЛА7, К155ЛА4
(B+A)/4-Схема выполнена на базе микросхем К561ЛЕ5, К155ИМ3, КР1533ИР35, К176ИЕ1, К155ЛА7, К155ЛА4, К155ИР13
B^2*A Схема выполнена на базе микросхем К555ЛН1, К155ИМ3, КР1533ИР35, К176ИЕ1, К155ЛА7, К155ЛА4, К155ИР13
4. Разработка общей электронной принципной схемы
Общая электронная схема микроконтроллера с портом ввода / вывода, портом управления, блоками логических и арифметических операций, модулем памяти и индикацией представлена в приложении 1 к курсовому проекту.
Структурная схема разрабатываемого микроконтроллера
5. Расчет потребляемой мощности и разработка источника питания
Расчет потребляемой мощности.
На данном шаге проектирования БИС большенный степени интеграции на микросхемах малой и средней степени интеграции, нужно произвести расчёт потребляемого тока разработанной БИС. Для определения тока употребления всей разработанной микросхемой нужно отыскать ток употребления каждым блоком в отдельности. Потому что при проектировании структурных блоков микросхемы использовалась ТТЛ ток, мА
Количество м/с
К555ЛН1
33
18
К561ЛЕ5
22
4
К155ЛА7
22
3
К155ЛЛ1
38
13
К155ЛА4
16
2
К155ЛИ1
33
10
К155ЛП5
50
4
К155ИД3
56
1
К155ИР35
24
41
К155ИР22
31
3
К155ИР13
0.04
4
К155ИМ3
127
23
К176ИЕ1
0.2
18
КР537РУ9А
20
1
АЛ307А
10
8
Рпотр=(33*18+22*4+22*3+38*13+16*2+33*10+50*4+56*1+24*41+31*3+0,04*4+127*23+0,2*18+20*1+8*10)*5*10^-3= 29.1 Вт
Выбор источника питания
При Выборе источника питания мы опирались на свойства применяемых микросхем а так же рассчитанной мощности всего АЛУ. Мой выбор встал на блок питания NED-35A
Модель:
NED-35A
Мощность:
32 Вт
количество выходов:
2
Выходное напряжение 1:
5 В
Выходной ток 1:
4 А
Номинальный выходной ток 1:
0.5 — 5 А
Уровень пульсаций (размах) 1:
80 мА
Выходное напряжение 2:
12 В
Выходной ток 2:
1 А
Номинальный выходной ток 2:
0,1 — 1.5 А
Уровень пульсаций (размах) 2:
120 мВ
КПД:
78%
Режим стабилизации ток/напряжение:
напряжение
Входное напряжение:
85 — 264 В (AC)
120 — 370 В (DC)
Номинальное входное напряжение:
230 В
Частота:
47 — 63 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ)
Напряжение изоляции вход-выход:
3 кВ
Напряжение изоляции вход-корпус:
1,5 кВ
Напряжение изоляции выход-корпус:
0,5 кВ
защита от недлинного замыкания:
Да
Защита от перегрузки:
Да
защита от перенапряжения:
Да
Защита от перегрева:
Да
Конструктив:
В металлическом кожухе
Рабочая температура:
-20 — + 70 градусов
Температура хранения:
-40 — + 85 градусов
Влажность:
20 — 90%
Габаритные размеры:
99 * 97 * 36 мм
Вес:
0.36 кг
Сертификат сохранности:
UL60950-1,
TUV EN60950-1 approved
Сертификат ЭМИ:
EN55022 (CISPR22) Class B,
EN61000-3-2, — 3,
EN61000-4-2, 3, 4, 5, 6, 8,11,
ENV50204,
EN55024,
EN61000-6-1,
light industry level, criteria A
Заключение
В процессе выполнения курсовой работы был разработан простой микроконтроллер, выполняющий логические и арифметические операции, и сопряженного с модулями памяти и индикации.
При разработке данной работы разработаны арифметический, логический блоки, блок выбора функции, порты ввода / вывода, блок индикации результата, запоминающее устройство и блок питания.
Обеспечен параллельный ввод операндов, разрядность операндов равна четырем, индикация светодиодная, тип применяемой логики — ТТЛ и ТТЛШ.
Перечень литературы
1. Кропотов Ю.А. способы синтеза цифровой схемотехники: учеб. пособие / Ю.А. Кропотов. — Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2006. — 164 с.
2. Кулигин М.Н. Организация ЭВМ (Электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) и систем: учебное пособие / М.Н. Кулигин. — Муром, МИ ВлГУ, 2007. — 138 с.
3. Кропотов Ю.А., Кулигин М.Н., Кузичкин О.Р. Цифровые и микропроцессорные устройства: учеб. пособие / Ю.А. Кропотов, М.Н. Кулигин, О.Р. Кузичкин — Муром: Изд. — полиграфический центр МИ ВлГУ, 2009. — 232 c.
4. Методические указания к курсовому проекту по дисциплинам: «Микропроцессорные системы», «Цифровые устройства и процессоры» / Муром. ин-т (фил.) Влад. гос. ун-та.; Сост.: М.Н. Кулигин, — Муром: ИПЦ МИ ВлГУ, 2008. — 60 с.
5. Е.П. Угрюмов. Цифровая схемотехника. 2-е издание — СПб.: БХВ — Петербург, 2007 г. — 769 с.
6. Джон Ф. Уэйкерли. Проектирование цифровых устройств, Т1, Т2 — М.: Постмаркет, 2002. — 1088 с.
7. О.Н. Лебедев Применение ИМС памяти в электрических устройствах. М.: Радио и связь, 1994.
8. Дерюгин А.Н. Применение ИМС памяти /под ред. А.Ю. Гордонова — М.: Радио и связь, 1994.
9. Предко М. Управление по микроконтроллерам, в 2-ух томах. М.: Постмаркет, 2001.
10. Применение интегральных микросхем в электрической вычислительной технике: Справочник/Р.В. Данилов и др.; Под редакцией Б.Н. Файзулаева, Б.В. Тарабрина. — М.: Радио и связь, 1986, — 384 с.
]]>