Курсовые работы / Пушкарь С. Курсовой по электронике / Курсовой
.docВступ
Значні
зміни в багатьох галузях науки й техніки
обумовлені розвитком електроніки.
Найбільш великі науково-технічні
досягнення здійснюються в значній мірі
завдяки широкому використанню електронних
засобів виміру, обробки, керування.
Особливо зросла роль електроніки з
розвитком технології мікросхемотехніки,
що дозволяє істотно зменшити габаритні
розміри, масу, автоматизувати процес
виготовлення електронних пристроїв,
значно підвищити надійність електронних
систем керування. Мікросхемотехніка,
що є основою сучасної обчислювальної
й керуючої техніки, привела до розробки
й широкого впровадження нового класу
електронних пристроїв - мікропроцесорів
й однокристальних мікроЕОМ. Електроніка
й мікросхемотехніка забезпечують
автоматизоване керування технологічними
процесами, науковими й експериментальними
дослідженнями, окремими об'єктами. [1]
Розглянемо нові цифрові пристрої компанії HP:
1)cтарша модель цифрових камер HP Photosmart R937 має сенсорний дисплей зручний для редагування й відбору фотографій безпосередньо у фотоапараті. Внутрішня система відбору фотографій поєднана з функцією коментування Microsoft Windows Vistа і підтримує віртуальну клавіатуру, що значно спрощує систематизацію знімків після підключення фотоапарата до комп'ютера;
2)нові компактні фотопринтери - HP Photosmart A320, A440, A526, A626, A826 пропонують швидкий й зручний друк фотографій 10х15 см вдома або в подорожі без комп'ютера. Моделі A826 й А626 мають сенсорний екран і стилус для максимально зручної обробки й редагування фотографій у принтері. Всі нові компактні фотопринтери підтримують друк фотографій з телефонів за допомогою додатково адаптера HP Bluetooth;
3) принтер
HP Photosmart Pro B9180 призначений для друку
художніх робіт і фотографій до формату
А3 . Принтер використовує вісім роздільних
картриджів з пігментними чорнилами і
чотири двоколірні друковні головки;
підтримуються різні 
види
фотопаперу й носіїв для художнього
друку. Картриджів підвищеної ємності
достатньо
для друку до 80 фотографій формату A3 і
до 840 фотографій 10 x15 см. Крім того, модуль
друку HP Pro для Adobe Photoshop і комплект профілів
ICC гарантують найвищу стабільність і
точність передачі кольору. [2]
1
Синтез комбінаційних схем
В пристроях залізничної автоматики та телемеханіки, у тому числі мікропроцесорах, багато схем є комбінаційними. Під комбінаційними схемами розуміють логічні схеми, сигнал на виході яких в кожний момент часу однозначно визначається комбінацією вхідних сигналів в той же момент часу.
1.1 Синтез функції в базисі Пірса
Функцію f(X1, X2 ..., Хn) називають функцією алгебри логіки (ФАЛ), якщо вона, як і її змінні, може приймати тільки два значення: 0 і 1. [3]
Реальні дискретні автомати мають кінцеве число входів, отже, число змінних у відповідних ФАЛ також кінцево. Оскільки змінні ФАЛ можуть приймати тільки два значення, область визначення будь-якoї ФАЛ кінцева.
Функція, яку необхідно синтезувати в курсовій роботі, задана числовим способом і має вигляд:
F13 ={0, 1, 2, 4, 8, 12, 16, 17, 18, 19, 21, 23, 25} X1 X2 X3 X4 X5
1.1.1 Складання таблиці істинності для ФАЛ, що описує роботу проектованої логічної схеми.
Таблицю, в якій для всіх наборів змінних приводяться значення ФАЛ, називають таблицею істинності.
По цьому пункту для початкової функції, заданої числовим способом побудуємо таблицю істинності, яка приведена в таблиці 1.
Таблиця 1.1
1.1.2 Складання математичної формули для ФАЛ, що описує роботу схеми, що синтезується.
По
таблиці істинності складемо ДДНФ, що
являє собою диз'юнкцію елементарних
кон'юнкцій. Для цього випишемо з таблиці
істинності ті рядки, на яких функція
рівна “1”, причому змінна, що входить
в
набір
записується
в кон'юнкцію в прямій формі, якщо вона
приймає значення 1 і в інверсній, якщо
приймає значення “0”.
FДДНФ
=
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
По тій же таблиці істинності складемо ДКНФ, що являє собою кон'юнкцію елементарних диз'юнкцій, для всіх рядків таблиці істинності, на яких функція рівна “0”. В елементарну диз'юнкцію змінна записується в прямій формі, якщо в даному наборі вона представлена як “0”, і в інверсній формі, якщо змінна представлена як “1”.
FДКНФ
=
1.1.3 Аналіз отриманої ФАЛ.
З метою побудови різних варіантів її математичного виразу і знаходження якнайкращого з них відповідно до того або іншого критерію, на цьому етапі проводиться мінімізація ФАЛ.
Мінімізацією називається процес скорочення числа операцій і змінних, що входять в аналітичний вираз для ФАЛ. В основі цього методу лежить операція склеювання. В результаті одержуємо мінімальну диз'юнктивну нормальну форму (МДНФ) або мінімальну конъюнктивную нормальну форму (МКНФ).
Щоб
отримати МДНФ, необхідно по СДНФ заповнити
карту Карно, і в підкуби об'єднувати
“1”. Карта Карно, заповнена одиницями,
приведена на рисунку
1.
Мінімізація ФАЛ проводиться в декілька етапів:
1) утворити двоклітинкові підкуби з наборів, які мають тільки одного сусіда;
2) із наборів, що залишились, утворити підкуби максимального розміру (величини), які не перетинаються (якщо це можливо);
3) із наборів, що залишились, утворити підкуби максимального розміру (величини), які перетинаються;
4) із наборів, які не мають жодного сусіда, утворити одноклітинкові підкуби;
5) закінчити утворення підкубів, якщо всі набори задіяні.
Рисунок 1 Карта Карно з утворенними підкубами по одиницям
Аналітичний вираз для ФАЛ записується у вигляді диз'юнкції всіх внесків підкубів:
FМДНФ
=
+
Для того, щоб отримати МКНФ, необхідно по ДКНФ заповнити карту Карно, і в підкуби об'єднувати “0”. Заповнена карта Карно приведена на рисунку 2.
Рисунок 2 Карта Карно з утворенними підкубами по нулям
Таким чином аналітичний вираз для ФАЛ записується у вигляді кон'юнкції всіх внесків підкубів і має такий вигляд:
FМКНФ
=
1.1.4 Складання функціональної схеми пристрою з елементів АБО - НІ
Для цього необхідно функцію МДНФ привести до базису Пірса. Щоб привести її до заданого базису скористаємося законом інверсії (правилом Де Моргана):
FМДНФ
=
Перетворимо функцію для побудови схеми із спільною шиною: FМДНФ =
1.2 Синтез комбінаційних схем на мультиплексорах
Комутатором або мультиплексором називається комбінаційний пристрій, що має декілька входів і один вихід, призначене для комутації в бажаному порядку сигналів з декількох вхідних шин на одну вихідну. За допомогою мультиплексора здійснюється часове розділення інформації, що поступає по різних каналах. Комутатор можна уподібнити безконтактному багатопозиційному перемикачу.
Входи мультиплексора
діляться на інформаційні, адресні і
дозволяючі (стробуючі). На інформаційні
входи подається інформація, передавана
на вихід мультиплексора. Адресні входи
допомагають вибирати потрібний
інформаційний 
вхід,
а на дозволяючий вхід подається стробуючий
сигнал, що дозволяє підключення вибраного
входу на один загальний вихід.
Число інформаційних і адресних входів взаємозв'язане. Якщо число адресних входів n, то з їх допомогою можна комутувати 2n каналів, тобто число інформаційних входів 2n, а дозволяючий вхід, як правило, один. За відсутності дозволяючого сигналу, тобто С=0, а в деяких мультиплексорах при С=1 зв'язок між інформаційними входами і виходом відсутній.
Наявність дозволяючого входу дозволяє синхронізувати роботу мультиплексора з роботою інших вузлів, а також нарощувати його розрядність.
Залежно від кількості інформаційних входів розрізняють комутатори: К4-1,
К8-1 і К-16-1. [4]
В даній курсовій роботі необхідно реалізувати функцію, що задана аналітичним способом, залежить від п'яти змінних, яка має вигляд:
F13
=
Синтез комбінаційних схем за допомогою комутаторів проводиться у декілька етапів:
1. Словесний опис роботи пристрою. В нашому випадку функція задана аналітичним способом і в словесному описі не потребує.
2. Складання таблиці істинності. Складемо для функції таблицю істинності. Для того, щоб її скласти спочатку необхідно, привести функцію до однієї з нормальних форм, тобто позбутися загальних і групових інверсій.
Таблиця істинності, складена по спрощеній функції, приведена в таблиці 2.
Таблиця 1.2
Для
реалізації на 5 комутаторах К-4-1 функції
5 незалежних змінних необхідно:
1) на дозволяючий вхід кожного комутатора подати 0;
2) на адресні входи як у попередній схемі подати змінні Х4 та Х3, на п'ятий – Х1
та Х2;
3) сигнали на інформаційних входах такі ж, як у схемі на 4 комутаторах.
З
начення
функції знімається з вихода останнього
мультиплексора.
1.3 Індикація цифро-буквенних повідомлень
В даному курсовому проекті необхідно індицюювати задане повідомлення. Повідомлення та їх адреси наведені в таблиці 1.3
Таблица
|
Адреса |
Повідомлення |
N індикації |
a |
b |
c |
d |
e |
f |
g |
|
0000 |
Д |
I |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
О |
II |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
Б |
III |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
Р |
IV |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
О |
V |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
1111 |
Ч |
I |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
У |
II |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
Д |
III |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
О |
IV |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
1010 |
- |
I |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
0 |
II или III |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
1 |
II или III |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
2 |
III |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
3 |
III |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
|
4 |
III |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
5 |
III |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
6 |
III |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
7 |
III |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
8 |
III |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
9 |
III |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
Схема
індикації представлена на додатку А.
2 Автомати з пам'яттю
Дискретні автомати з пам'яттю, на відміну від автоматів без пам'яті (комбінаційних схем), характеризуються тим, що стан їх виходів залежить як від сигналів, що присутні на їх входах в даний момент, так і від послідовності сигналів, що прийшли на входи автомата в попередні моменти часу.
Для опису послідовного автомата необхідно оперувати з двома різними функціями: φ і f. Функція φ (функція переходів) описує зміну змісту пам'яті залежно від того, що в ній зберігалося і від того, які зміни вхідних сигналів мали місце. Функція f (функція виходів) описує зміну вихідних сигналів автомата під впливом вхідних сигналів в залежности від того, що було записано в пам'яті автомата.
Найбільш відомим різновидом послідовних автоматів є синхронний автомат.
Функціонування такого автомата визначається сигналами, що поступають від деякого незалежного джерела синхронізації сигналів (СІ), які у свою чергу визначають такти роботи. [5]
2.1
Реверсивний лічильник з М=13 (АП – 2)
Лічильник імпульсів - АП, призначений для підрахунку імпульсів. Кожному підрахованому імпульсу відповідає код внутрішнього стану.
Лічильники будуються на основі тригерів і логічних елементів, структурно з'єднаних в багатостійку схему. Лічильник, що складається ланцюгом із m тригерів, може підрахувати 2m імпульсів. Кожний з тригерів ланцюга - розряд лічильника.
Розрізняють лічильники прямого рахунку, зворотнього рахунку і реверсивні.
Також розрізняють лічильники по модулю рахунку і двійково-десяткові. Модуль рахунку визначає кількість робочих станів.
В курсовому проекті (КП) необхідно реалізувати реверсивний лічильник по М=13. Для його реалізації будемо використовувати 4 тригери.
Реверсивний
лічильник діє таким чином: якщо сигнал
на вході А "0", то лічильник підсумовує,
а, якщо сигнал "1" - віднімає.
З неробочих станів ( 0, 1, 15) лічильник переходить в перший робочий (при прямому рахунку - в 2-й, при зворотному - в 14-й).
Етапи синтезу лічильника:
1 Побудова графа переходів (в КП не приводиться);
2 Побудова функціональної таблиці (в КП таблиця );
3Побудова функціональної схеми лічильника після отримання аналітичних виразів сигналів, що подаються на входи тригерів.
Використовуючи отримані дані, реалізуємо лічильник на JK-тригерах і за допомогою базису Пірса.
Функціональна таблиця представлена в таблиці 2.1
Таблиця 2.1
|
|
t |
t+1 |
тригери |
|||||||||||||
|
A |
y1 |
y2 |
y3 |
y4 |
y1 |
y2 |
y3 |
y4 |
J1 |
K1 |
J2 |
K2 |
J3 |
K3 |
J4 |
K4 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
~ |
0 |
~ |
1 |
~ |
0 |
~ |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
~ |
0 |
~ |
1 |
~ |
~ |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
~ |
0 |
~ |
~ |
0 |
1 |
~ |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
~ |
1 |
~ |
~ |
1 |
~ |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
~ |
~ |
0 |
0 |
~ |
1 |
~ |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
~ |
~ |
0 |
1 |
~ |
~ |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
~ |
~ |
0 |
~ |
0 |
1 |
~ |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
~ |
~ |
1 |
~ |
1 |
~ |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
~ |
0 |
0 |
~ |
0 |
~ |
1 |
~ |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
~ |
0 |
0 |
~ |
1 |
~ |
~ |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
~ |
0 |
0 |
~ |
~ |
0 |
1 |
~ |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
~ |
0 |
1 |
~ |
~ |
1 |
~ |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
~ |
0 |
~ |
0 |
0 |
~ |
1 |
~ |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
~ |
0 |
~ |
0 |
1 |
~ |
~ |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
~ |
1 |
~ |
1 |
~ |
0 |
0 |
~ |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
~ |
1 |
~ |
1 |
~ |
0 |
~ |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
~ |
1 |
~ |
1 |
~ |
0 |
~ |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
~ |
0 |
~ |
0 |
~ |
0 |
~ |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
~ |
0 |
~ |
0 |
~ |
0 |
1 |
~ |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
~ |
0 |
~ |
0 |
1 |
~ |
~ |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
~ |
0 |
~ |
0 |
0 |
~ |
1 |
~ |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
~ |
0 |
1 |
~ |
~ |
1 |
~ |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
~ |
0 |
0 |
~ |
~ |
0 |
1 |
~ |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
~ |
0 |
0 |
~ |
1 |
~ |
~ |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
~ |
0 |
0 |
~ |
0 |
~ |
1 |
~ |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
~ |
~ |
1 |
~ |
1 |
~ |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
~ |
~ |
0 |
~ |
0 |
1 |
~ |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
~ |
~ |
0 |
1 |
~ |
~ |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
~ |
~ |
0 |
0 |
~ |
1 |
~ |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
~ |
1 |
~ |
~ |
1 |
~ |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
~ |
0 |
~ |
~ |
0 |
1 |
~ |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
~ |
1 |
~ |
1 |
~ |
~ |
1 |