Разработка специализированного цифрового узла, осуществляющего преобразование параллельного 8-разряд...

Восточно-Сибирский государственный технологический университет

Кафедра ЭВС

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО СХЕМОТЕХНИКЕ

Вариант: 1/6/3/3.

                                                           Выполнил: студент гр. 621-1

                                                                                     Лазарев В. С.

                                                            Руководитель проекта: 

                                                                            Могнонов П. Б.

Улан-Удэ

 2004 г.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ

 ПРОЕКТ

Восточно-Сибирский Государственный Технологический

Университет

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект

по курсу: Схемотехника ЭВМ

студент: Лазарев В.С.   группа: 621-1

руководитель: Могнонов П. Б.                

срок выполнения проекта по графику:  20% к ___ нед., 40% к__нед.,

60% к___нед., 100% к___нед.

                  Защита проекта _______________2004 г.

1.      Тема проекта: Разработка специализированного цифрового узла.

2.      Техническое задание: Разработать узел, осуществляющий преобразование параллельного 8-разрядного входного слова в последовательную форму. Считывание входного слова должно выполняться под управлением разрабатываемого узла автоматически по окончании передачи предыдущего слова. Критерий оптимизации: минимум потребляемой мощности.

3.      Графическая часть:

      лист 1: Функциональная схема

      лист 2: Принципиальная схема

1.      Содержание расчетно-пояснительной записки (объем не менее 25    страниц, список литературы не менее 10 источников).___________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

                                                              Руководитель проекта:______________   

                                                              Дата выдачи: "___" _________________

Содержание:

Задание на курсовой проект……………….……………………...

Содержание…………………………………………………………….……...

Введение……………………………………………………………….…...

1. Сравнительный анализ возможных вариантов реализации……………………………………………….…………….......

1.1 Анализ возможных вариантов реализации….....................................

1.2 Выбор реализации схемы по заданному критерию оптимизации.....

2. Выбор и описание используемой системы элементов…

2.1 Выбор типа системы элементов и конкретной серии……………….    2.2 Описание характеристик используемой серии……………………...

2.3 Описание  используемых элементов………………………………...

3. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ГЕНЕРАТОРА ТАКТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ….

4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УЗЛА………..…………

Список используемой литературы……………………………….

ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………......

Введение

Основной элементной базой современной дискретной техники является интегральная микроэлектроника. Переход к интегральным микросхемам существенно изменил способы построения электронной аппаратуры, поскольку изделия микросхемотехники представляют собой законченные функциональные узлы. Показатели сложности микросхемы с точки зрения числа входящих в нее элементов служит степень интеграции. На практике сложность микросхем оценивают качественными критериями: микросхемами малой степени интеграции (МИС) считают изделия, содержащие до 10 элементов, средней (СИС) - до 100, большой (БИС) - от 100 до 1000 и сверхбольшой (СБИС) - свыше тысячи элементов.

Современный этап развития микроэлектронной техники характеризуются широким применением изделий средней и большой степени интеграции. Преимущество цифровых систем на интегральных схемах СИС сравнительно с устройствами, реализованными на приборах МИС, не только в меньшем числе корпусов. С помощью СИС достигается более высокое быстродействие, поскольку задержка импульсов в объеме кристалла меньше задержек во внешних соединениях. Кроме того, элементы, образующие СИС, для уменьшения времени переключения используются, где это допустимо, в ненасыщенном режиме. Функциональные устройства СИС расходуют меньше энергии, поскольку мощность, потребляемая внутренним элементом для переключения конкретной нагрузки, наперед известна, тогда как изделия МИС рассчитываются на максимальную возможную нагрузку, которая в большинстве случаев используется не полностью. Помехоустойчивость СИС также выше, если учесть, что соединения внутри кристалла менее подвержены действию наводок, чем соединения между отдельными интегральными схемами и платами.

Изделия МИС используют по преимуществу как связующие звенья между устройствами СИС и БИС, а также во вспомогательных устройствах (генераторах, формирователях и т. п.)

Для удобства разработчиков аппаратуры и по технологическим признакам цифровые интегральные схемы выпускают сериями. Серией называют совокупность микросхем различного функционального назначения, которые имеют согласованные электрические и временные параметры для совместного использования. Микросхемы одной серии изготавливают по единой технологии, и они имеют сходное конструктивное исполнение. В состав современных развитых серий входят десятки типов микросхем - от логических элементов до функционально законченных узлов: счетчиков, регистров, сумматоров, запоминающих устройств.

1. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИЙ

1.1 Анализ возможных вариантов реализации.

При разработке преобразователя параллельного кода в последовательный код было разработано три варианта функциональных схем. В первом варианте работа преобразователя кода основана на схеме малой степени интеграции, основанной на логических элементах и триггерах. Во втором варианте работа преобразователя кода основана на схеме средней степени интеграции, основанной на D-триггерах и двоично-десятичных счётчиках. Третий вариант реализуется на больших интегральных схемах, на основе ПЗУ.

При реализации схемы на элементах малой степени интеграции (см. схему в приложении А), я использовал логические схемы следующих элементов: триггер, элементы И, НЕ, ИЛИ.

При реализации схемы на элементах средней степени интеграции (см. схему в приложении Б) были использованы следующие элементы: генератор тактовых импульсов, двоично-десятичные счетчики. Моя схема имеет 3 внешних сигнала управления: задание режима работы схемы, запись входного слова и стартовый сигнал.

Преобразование кода основано на сдвиговом счетчике, собранном на  D-триггерах. Триггера, в количестве 8 штук создают сдвиг параллельного кода на один конечный выход. Конечный выход является прямым выходом последнего триггера. Тактирование происходит от генератора тактовых импульсов.

Для реализации схемы на элементах большой степени интеграции (см. схему в приложении С) я выбрал микросхему ПМЛ КР1556ХП8. Микросхема содержит 8 входов и 8 каналов сдвига с D-триггерами. Каждый D-триггер делай сдвиг, смещает последовательно принятый код на последний Т7 канал.

1.2 Выбор реализации схемы по заданному критерию оптимизации.

Согласно варианту данного задания критерием оптимизации является минимум потребляемой мощности.

1)      На СИС это будет таким образом:

DD1=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт

DD2=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт

DD3=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт

DD4=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт

DD5=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт

DD6=(15пФ+7*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1622,46*10-6Вт

DD7=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1466,45*10-6Вт

DD8=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1466,45*10-6Вт

DD9=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1466,45*10-6Вт

DD10=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1466,45*10-6Вт

DD11=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1466,45*10-6Вт

DD12=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1466,45*10-6Вт

DD13=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт

DD14=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт

DD15=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*312,0125кГц=1528,86*10-6Вт

Робщ =1528,86*8+1622,46+1466,45*6=22,65204мВт

2)      На МИС это будет таким образом:

DD1=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт

DD2=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014Гц=1579,63*10-6Вт

DD3=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт

DD4=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт

DD5=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт

DD6=(15пФ+7*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1944,16*10-6Вт

DD7=(15пФ+7*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1944,16*10-6Вт

DD8=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1336,61*10-6Вт

DD9=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1336,61*10-6Вт

DD10=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1336,61*10-6Вт

DD11=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1336,61*10-6Вт

DD12=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1336,61*10-6Вт

DD13=(15пФ+2*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1336,61*10-6Вт

DD14=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт

DD15=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт

DD16=(15пФ+4*10пФ+30пФ)*100В2*243,014кГц=1579,63*10-6Вт

Робщ =1528,86*8+1622,46+1466,45*6=24,545мВт

3)      На БИС это будет таким образом:

Для реализации схемы на ПМЛ была выбрана микросхема КР1556ХП8. Данная микросхема потребляет 180 мВт.

Схема, реализованная на МИС

Схема, реализованная на СИС.

Схема, реализованная на БИС.

2. ВЫБОР И ОПИСАНИЕ

ИСПОЛЬЗУЕМОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ

2.1 Выбор типа системы элементов и конкретной серии.

Перед любым из разработчиков средств вычислительной техники встает вопрос о выборе используемой системы элементов. Существует более десятка различных систем элементов. Однако перспективными, часто используемыми системами являются системы типов ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ и КМОП.

Каждая из систем имеет свои достоинства и используется для достижения определённого результата.

У нас в стране обширна номенклатура выпускаемых интегральных микросхем. Для построения устройств автоматики и вычислительной техники широкое применение находят цифровые микросхемы серии К155, которые изготавливают по стандартной технологии биполярных микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Имеется свыше 100 наименований микросхем серии К155. При всех своих преимуществах - высоком быстродействии, обширной номенклатуре, хорошей помехоустойчивости - эти микросхемы обладают большой потребляемой мощностью.

Схемы ТТЛШ по сравнению со стандартными схемами ТТЛ позволяют получить большее быстродействие (серии 530, 531), а при некотором увеличении быстродействия значительно уменьшается потребляемая мощность (серии 533, 555, 1533).

Системы элементов ЭСЛ очень быстродейственны, но потребляют значительную мощность.

Системы элементов КМОП используются в устройствах с малым потреблением мощности. 

Страницы: 1, 2, 3