Рисунок 9 - Функциональная схема ИМС К155ИЕ2



Рисунок 10 - Условное графическое обозначение К155ИЕ2

Микросхема представляет собой двоично-десятичные четырехразрядные счетчики. Каждая ИМС состоит из четырех триггеров, внутренне соединенных для деления на 2 и 5. Может использоваться также в качестве делителя на 10. Корпус К155ИЕ2 типа 201.14-1.

Микросхема К155ИЕ5 состоит из четырех JK-триггеров, три последних из которых соединены между собой для образования счетчика с Ксч=8. Первый триггер не соединен с остальными и он является делителем частоты на два при подаче сигнала на вход С1. Установка нулевого уровня производится подачей логической единицы на выводы R1 и R2. Так как выход Q1 не соединен с последующим триггером, то можно осуществить два независимых режима работы. При использовании микросхемы как 4-х разрядного счетчика тактовые импульсы поступают на вход С1 и выход Q1 соединяют со входом С2; при построении 3-х разрядного счетчика импульсы подают на вход С2.

Микросхема К155ИЕ2 может быть использована для получения двоично-десятичного счетчика. В этом случае вход С2 должен быть соединен с выходом Q1.



Рисунок 11 - Таблица истинности счетчика К155ИЕ2

Так как у нас коэффициент счета в задании указан 10, тактовые импульсы будут поступать на вход С1, а выход Q1 соединим со входом C2.

Чтобы счетчик работал, будем использовать генератор тактовых импульсов КР1006ВИ1.



Рисунок 12 - Условное графическое обозначение генератора тактовых импульсов КР1006ВИ1

4 Генератор тактовых импульсов

Микросхема КР1006ВИ1 представляет собой времязадающее устройство (таймер), формирующее импульсы напряжения длительностью от нескольких микросекунд до десятков минут. Выполнена на биполярных транзисторах с изоляцией р-п переходом. Предназначена для работы датчиках времени, фазовых модуляторах, преобразователях ключевых схемах, преобразователях сигналов, исполнительных устройствах. Корпус типа 2101.8-1. Масса не более 1 г.

---

В данной работе скважность импульсов совершенно не важна, так как переключение счетной схемы происходит по фронту тактовых импульсов. Рассчитаем емкость конденсатора по формуле:

. (4)

Используя график с документации, приложенной к таймеру NE555, подберем значения резисторов R1 и R2.



Рисунок 13 - График соотношения тактовых импульсов и емкости конденсатора

Если нарисовать прямую, параллельную С, из примерной точки f = 1,5кГц, то R1 + 2*R2 будет равно 100кОм. Подставляем в формулу, решаем уравнение и вычисляем C.

(5)

Математическими вычислениями упрощаем уравнение.

(6)

(7)

Методом подбора находим число 0,011 мКф. Проверяем значение в ряду Е24 номиналов конденсаторов.



Рисунок 14 - Е24 ряд номиналов конденсаторов

Присутствует значение 11нФ, что равно 0,011 мКф. Теперь по ряду резисторов Е24 подберем резисторы с номиналом, подходящих к нашей схеме.



Рисунок 15 - Е24 Ряд резисторов

Исходя из части формулы (R1 + 2*R2), общее сопротивление резисторов должно быть 100кОм. Исходя из таблицы, приведенной выше, есть резисторы номиналом 22кОм и 56кОм соответственно. Подставляем значения и теперь R1 = 56кОм, а R2 = 22кОм. Определившись со значениями, мы можем приступать к проектированию схемы устройства.

Для проектирования схемы устройства была выбрана программа KiCad версии 5.1.10. Были скачаны библиотеки, содержащие микросхемы серии К155. Все элементы, которые будут использованы в схеме, будут расписаны в элементной базе.

5 Расчет потребляемой мощности и быстродействия

---

Мощность, потребляемая цифровым устройством от источника питания, определяется суммарной средней мощностью, потребляемой всеми цифровыми микросхемами и другими элементами, входящими как в структуру комбинационной схемы, так и в блок формирования временных интервалов, включающих генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов (если он используется), двоичный счетчик, комбинационные схемы формирователей тактов TF1.

Расчет потребляемой мощности одной микросхемы вычисляется по формуле:

. ; (8)

Подставим значения из документации каждой микросхемы и посчитаем общую потребляемую мощность, просто сложив полученные данные.

Расчет потребляемой мощности:

К155ЛН1 – 2 шт. .

К155ЛИ1 – 1 шт. .

К155ЛА1 – 1 шт. .

К155ЛЕ4 – 1 шт. .

К155ЛА4 – 1шт. .

Потребляемая мощность К155ИЕ2, как указано в документации 132,5 мВт.

Потребляемая мощность КР1006ВИ, как указано в документации 15 мВт.

Общая потребляемая мощность рассчитывается путем сложения полученных значений, предварительно умноженных на количество микросхем в схеме.



Быстродействие разработанного цифрового устройства с временным разделением сигналов определяется максимальным временем задержки передачи информационного сигнала со входа на выход комбинационной схемы, формирующей значения функции F1, что обусловлено конечным временем переключения логических элементов цифровых микросхем из единичного состояния в нулевое и обратно.

Расчет быстродействия одной микросхемы выполняется по формуле:

. (9)

Сложив задержки каждой микросхемы, мы получим общую задержку.

Расчет потребляемой быстродействия

К155ЛН1 – 3 шт.

---

.

К155ЛИ1 – 1шт. .

К155ЛА1 – 1 шт. .

К155ЛЕ4 – 1 шт. .

К155ЛА4 – 2 шт.

К155ИЕ2 – 1 шт. .

Общее быстродействие рассчитывается путем сложения полученных значений, предварительно умноженных на количество элементов в схеме.



6 Элементная база



Рисунок 16 - Условное графическое обозначение К155ЛИ1

Микросхема представляет собой четыре двухвходовых логических элемента ИЛИ. Содержит 84 интегральных элемента. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и типа 201.14-8, масса не более 2,2г.



Рисунок 17 - Условное графическое обозначение К155ЛН1

Микросхема представляет собой шесть логических элементов НЕ. Содержит 72 интегральных элемента. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1г и типа 201.14-8, масса не более 2,2 г.



Рисунок 18 - Условное графическое обозначение К155ЛА1

Микросхема представляет собой два логических элемента 4И-НЕ. Содержит 30 интегральных элементов. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и типа 201.14-8, масса не более 2,2 г.



Рисунок 19 - Условное графическое обозначение К155ЛЕ4

Микросхема представляет собой три трехвходовых элемента ИЛИ-НЕ. Содержит 54 интегральных элемента. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1г.



Рисунок 20 - Условное графическое обозначение К155ЛА4

---

Микросхема представляет собой три логических элемента 3И-НЕ. Содержит 45 интегральных элементов. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и типа 201.14-8, масса не более 2,2 г.

Заключение

В ходе выполнения работы был произведен теоретический расчет цифрового логического устройства. Итоговым результатом выполнения работы является принципиальная схема цифрового устройства, временная диаграмма его работы а также моделирование устройства в KiCad 5.1.10.

При незначительных изменениях данная схема может быть применена для решения реальных задач. Данная курсовая работа учит проектировать цифровые устройства по техническому заданию, строить алгоритм их работы, разрабатывать принципиальную схему, выбирать необходимые электрические элементы, синтезировать нестандартные узлы на более простых элементах, анализировать работу цифровых устройств, строить временные диаграммы их работы.

В заключении хочется отметить, что рассмотренное устройство легко реализуется на микросхеме программируемой логики, при этом устройство будет обладать максимальным быстродействием, уменьшиться потребляемая мощность, а площадь печатной платы будет минимальной.

Список использованных источников

1. 
   Аванесян, Г.Р., Левшин, В.П. Интегральные микросхемы ТТЛ,
   

ТТЛШ: Справочник. - М.: Машиностроение, 1993. – 256 с.

2. 
   Алексенко, А.Г., Шагурин, И.И. Микросхемотехника. - М.: Радио и связь, 1990. – 496 с.
   
3. 
   Изъюрова, Г.И., Королев, Г.В., Терехов В.А. и др. Расчет электронных схем. - М.: Высш.шк., 1988. – 335 с.
   
4. 
   Интегральные микросхемы. Справочник / Под ред. В.В. Тарабрина- М.: Энергоатомиздат, 1985. – 536 с.
   
5. 
   Мышляева, И. М. Цифровая схемотехника: Учебник для сред. проф. образования / Ирина Михайловна Мышляева. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 400 с.
   
6. 
   Партала, О.Н. Цифровая электроника. - СПб.: Наука и техника, 2001. – 400 с.
   
7. 
   Угрюмов, Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ - Петербург, 2004. – 528 с.
   
8. 
   Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / П.П.Мальцев, Н.С.Долидзе, М.И. Критенко и др. - М.: Радио и связь, 1994. – 240 с.
   
9. 
   Шило, В. Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. Челябинск: Металлургия, Челябинское отд-ние, 1989. – 351 с.
   
10. 
    ГОСТ 2.001-93. Единая система конструкторской документации. Общие положения.
    
11. 
    ГОСТ 2.702-75. Единая система конструкторской документации. Правила выполнения электрических схем.
    
12. 
    ГОСТ 2.701-84. Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.
    
13. 
    ГОСТ 2.710-81. Единая система конструкторской документации. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах.
    
14. 
    ГОСТ 2.721-74. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.
    
15. 
    https://www.radiolibrary.ru/reference/capacitorseries/e24.html
    
16. 
    https://static.chipdip.ru/
    
17. 
    https://asenergi.com/
    
18. 
    https://www.kicad.org
    
19. 
    https://eandc.ru
    
20. 
    http://www.chipinfo.ru
    

---

Смотрите также файлы

• Руководитель решил мотивировать своего сотрудника, предложив ему новую творческую задачу, выполнение которой будет способствовать его более полной самореализации.docx

• Задача 7 Ответ.doc

• Пневмония Пневмония Пневмония.pdf

• Не очень чистых.docx

• На севере Европы.docx