Курсач / Курсовая работа. 20 вариант. Сейткалиев Диас.ИС-16-1п
.pdfМинистерство образования и науки Республики Казахстан Карагандинский Государственный Технический Университет
Кафедра ИВС
КУРСОВОЙ
ПРОЕКТ
по дисциплине «Схемотехника» ( наименование дисциплины)
Тема: Спроектировать схему заказной интегральной схемы, выполняющей функцию восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра и реверсивной пересчетной схемы
|
|
Руководитель |
|
|
|
|
Триков В.В. |
(оценка) |
(подпись) (ф.и.о преподавателя) |
||
Члены комиссии |
|
|
|
|
|
Студент |
ИС-16-1П |
(подпись) |
(ф.и.о.) |
|
(группа) |
|
|
Сейткалиев Д.Ө. |
|
(подпись) |
(ф.и.о.) |
(фамилия, инициалы) |
|
|
|
(подпись) |
(дата) |
2017г
Ф.4.08-08
КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра информационно - вычислительных системы
|
|
|
|
|
«Утверждаю» |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
И.о.зав.кафедрой ИВС |
||||||||
|
|
|
|
________Н.И.Томилова |
||||||||
|
|
|
|
|
«4» сентября 2017 г. |
|
||||||
|
ЗАДАНИЕ № 20 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
на курсовой проект по дисциплине «Схемотехника» |
|
|
|
|
|
|
|
||||
студент Сейткалиев Д.Ө. |
|
|
|
|
группа ИС-16-1п |
|||||||
Тема проекта: Спроектировать схему заказной интегральной схемы, выполняющей |
||||||||||||
функцию восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра и |
|
|
|
|
||||||||
синхронной реверсивной пересчётной схемы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
№ |
Содержание пояснительной записки |
|
|
Сроки выполнения |
|
Примерный |
||||||
|
|
|
|
|
объем |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
Элементная база проекта |
|
|
06.09.2017-16.09.2017 |
|
|
8.76% |
|||||
2 |
Математические основы цифровой схемотехники |
|
19.09.2017-30.09.2017 |
|
|
21.17% |
||||||
3 |
Проектирование синхронных сдвигающих |
|
|
02.10.2017-10.11.2017 |
|
|
8.03% |
|||||
регистров |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Проектирование синхронных пересчетных схем |
|
12.11.2017-19.11.2017 |
|
|
4.38% |
||||||
5 |
Проектирование триггерных устройств |
|
|
22.10.2017-30.11.2017 |
|
|
3.65% |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
№ |
Содержание графической части |
|
Сроки выполнения |
|
Кол-во |
|
Формат |
|||||
|
|
листов |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
Фрагмент схемы сдвигающего регистра |
09.10.2017-23.10.2017 |
|
1 |
|
|
|
А4 |
||||
2 |
Фрагмент схемы счетчика |
13.11.2017-30.10.2017 |
|
1 |
|
|
|
А4 |
||||
3 |
Схема проектируемого триггера |
30.10.2017-5.12.2017 |
|
1 |
|
|
|
А4 |
Литература:
1.А. Б Семенов. Цифровая схемотехника. Конспект лекций по дисциплине «Схемотехника» - М.: Горная книга , 2013. – 308с.
2.П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники.Монография.в 3-х томах.издание 5-е- М:Мир. с ил. 2005г
3.Титце У., Шенк Полупроводниковая схемотехника. Справочное руководство в 2-х томах.12-е издание:М.Додэка.2008.1784с.
4.Ю.В.Новиков. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования.-М.Мир.,2009.379с.
5.И.В.Музылева. Элементная база для построения цифровых систем управления.М:.Техносфера.,2009.-144с.
6.Л. Г Наумкина. Цифровая схемотехника. Конспект лекций по дисциплине «Схемотехника» - М.: Горная книга , 2008. – 303с.
Дата выдачи задания «04» сентября 2017 г Дата защиты проекта «14» декабря 2017 г.
Руководитель проекта |
________________ |
Триков В.В. |
Задание принял к исполнению «04» сентября 2017 г. ___________________
|
Содержание |
|
Введение ..................................................................................................... |
5 |
|
1 |
Постановка задачи................................................................................... |
7 |
2 |
Тема курсового проекта ......................................................................... |
8 |
3 |
Элементная база ...................................................................................... |
9 |
3.1 Элементная база вычислительных систем ......................................... |
9 |
|
3.2 Элементы логики .............................................................................. |
15 |
|
3.3 Таблица истинности .......................................................................... |
20 |
|
3.4 Методы минимизации на основе карт Карно................................... |
21 |
|
4 |
Триггеры ................................................................................................ |
22 |
4.1 Типы триггеров.................................................................................. |
24 |
|
|
4.1.1 RSтриггер................................................................................... |
25 |
|
4.1.1.1 Синхронный RSтриггер...................................................... |
28 |
|
4.1.2 D-триггер...................................................................................... |
30 |
|
5.1.1.1 D-триггер с динамическим управлением............................. |
31 |
|
4.1.3 T-триггер ...................................................................................... |
32 |
|
4.1.4 JK-триггер .................................................................................... |
33 |
|
4.1.5 MS –триггер ................................................................................ |
34 |
4.2 Асинхронные и синхронные триггер ............................................... |
35 |
|
5 |
Параллельные и последовательные регистры .................................... |
37 |
|
5.1 Регистры, срабатывающие по фронту сигнала ............................. |
38 |
|
5.2 Регистры, срабатывающие по уровню сигнала............................. |
39 |
|
5.3 Регистр, срабатывающий по уровню входного стробирующего |
|
|
сигнала .................................................................................................. |
40 |
|
5.4 Регистр сдвига (последовательный регистр) ................................ |
41 |
6 |
Счетчики ................................................................................................ |
43 |
|
6.1 Синхронные счётчики с асинхронным переносом ...................... |
45 |
|
6.2 Синхронные счётчики .................................................................... |
47 |
7 |
Расчетная часть курсового проектирования ....................................... |
48 |
7.1 Проектирование синхронных сдвигающих регистров .................... |
49 |
|
7.2 Проектирование синхронных пересчетных схем ............................. |
55 |
|
7.3 Проектирование триггерных устройств ........................................... |
61 |
|
Заключение ............................................................................................... |
66 |
|
Список использованной литературы....................................................... |
67 |
4
Введение
В сегодняшнем мире огромную роль играет электроника и электронные приборы. Сегодня все электротехническое стало таким же обыденным как биологическое. Это нисколько не парадоксально просто несколько десятков лет назад ситуация была в корне другой. Но сегодня сложно представить, как человечество обходилось без компьютеров, интернета, да и простых электрических лампочек. Использование передовых технологий позволило человечеству выйти на новый уровень существования. За этой наукой будущее - со временем электронные средства позволят создать такие вещи как электромобили или новые поколения вычислительных устройств - сверхмощные компьютеры и ноутбуки.
Данная работа посвящена рассмотрению роли триггеров, регистров, счетчиков в цифровых устройствах. Во-всех современных компьютерах применяется логическая система, изобретения Джорджем Булем.
С развитием электроники появился такой класс электронной техники, как цифровая. Цифровая техника включает в себя такие устройства как триггеры, регистры, счётчики, комбинационные устройства, программируемые логические интегральные схемы и др.
Средством обработки двоичных сигналов в ЭВМ являются логические элементы.
Логический элемент компьютера - это часть электронной логической схемы с одним или несколькими входами и одним выходом, через которую проходят электрические сигналы, представляющие 0, 1.
К таким устройствам относятся такие типовые логические устройства как триггер, сумматор, полусумматор, шифратор, дешифратор и счётчик. Они предназначены для формирования, обработки и передачи электрических импульсных сигналов и перепадов напряжения и тока, а также для управления информацией и её хранения одном бите, то есть 0 или 1.
Целью данной работы является рассмотрение триггеров применяемых в ЭВМ, как они устроены и функционируют.
Объектом исследования данной работы стали триггеры, в состав которых входят: RS, D, T и JK-триггеры.
Курсовое исследование написано при использовании специализированных исследований некоторых авторов.
Библиографический список представлен в конце курсовой работы. Схемотехника — научно-техническое направление, охватывающее
проблемы проектирования и исследования схем электронных устройств радиотехники и связи, вычислительной техники, автоматики и др. областей техники. Основная задача Схемотехники — синтез электронных схем, обеспечивающих выполнение определённых функций, и расчёт параметров входящих в них элементов. Термин «Схемотехника» появился в 60-х гг. 20 в. в связи с разработкой унифицированных схем, пригодных одновременно для многих применений.
5
На основе электронной схемы создают соответствующее устройство (входящее в состав некоторой технической системы). К устройству предъявляется требование надёжной работы в течение заданного времени в реальных условиях производственного разброса параметров элементов и их старения, влияния внешней среды и возмущающих воздействий. Поэтому при разработке схем наряду с расчётом номинальных значений параметров элементов необходимо рассчитывать эксплуатационные допуски на них, предусматривать в схеме средства, повышающие надёжность устройства (обеспечивающие устойчивую работу схемы при внешних воздействиях), а также позволяющие контролировать его исправность.
Электрический сигнал — это электрическая величина (напряжение, ток), которая изменяется со временем. В основном вся электроника работает с электрическими сигналами, но в последнее время всё чаще используются и другие виды сигналов (например давление, температура, свет).
Аналоговый сигнал — это сигнал, который может принимать любые значения в определённых пределах (например, напряжение может плавно изменяться в пределах нескольких десятков вольт). Устройства, которые работают только с аналоговыми сигналами, называются аналоговыми устройствами.
6
1 Постановка задачи
При выполнении курсового проектирования были рассмотрены следующие задачи:
-синтез структуры проектируемого устройства.
-анализ сложности проектируемого устройства и выбор типа триггера, использование которого для реализации устройства позволяет минимизировать его сложность.
-синтез триггерного устройства выбранного типа.
7
2 Тема курсового проекта
Тематика данного курсового проекта является, проектирование схемы заказной интегральной схемы, выполняющей функцию восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра и синхронной реверсивной пересчетной схемы по следующим исходным данным:
- типы триггеров, подлежащих рассмотрению при реализации регистра:
T, D
-выполняемые операции сдвига: влево на 3 разряда и вправо на 3 разрядa для T, Dтриггеров
-типы триггеров, подлежащих рассмотрению пpи реализации счётчика:
JK, RS
-выполняемые операции сдвига: влево на 2 разряда и впpаво на 2 разрядa
-генерируемая последовательность двоичных эквивалентов чисел:
-для триггеров JK, RS ( (0,5,1,7,3,2,4), (4,2,3,7,1,5,0) )
8
3 Элементная база
3.1 Элементная база вычислительных систем
Резистор
Резистор или сопротивление (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь) — пассивный элемент электрических цепей, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления, предназначенный для линейного преобразования силы тока в напряжение и напряжения в силу тока, ограничения тока, поглощения электрической энергии
идр. Весьма широко используемый компонент практически всех электрических
иэлектронных устройств.
Схема замещения резистора чаще всего имеет вид параллельно соединенных сопротивления и емкости. Иногда на высоких частотах последовательно с этой цепью включают индуктивность. В схеме замещения сопротивление — основной параметр резистора, емкость и индуктивность — паразитные параметры.
Закон Ома для мгновенных значений тока и напряжения справедлив только в резистивных цепях.
Рисунок – 3.1 Шесть резисторов разных номиналов и точности, промаркированные с помощью цветовой схемы
Конденсатор
Конденсатор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать» или от лат. condensatio — «накопление») — двухполюсник с постоянным или переменным
9
значением ёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.
Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок (см. рис.). Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки). Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах.
Рисунок 3.2 - Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик
Катушка индуктивности
Катушка индуктивности — винтовая, спиральная или винто-спиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока наблюдается её значительная инерционность.
Применяются для подавления помех, сглаживания биений, накопления энергии, ограничения переменного тока, в резонансных (колебательный контур) и частотно-избирательных цепях, в качестве элементов индуктивности
10