МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Методичні вказівки

до розрахункого-графічного завдання з дисциплін

«Електроніка та мікросхемотехніка»,

«Промислова електроніка»

для студентів, що навчаються за напрямами

6.050701 «Електротехніка та електротехнології»,

6.050702 «Електромеханіка» та 7.092501

«Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології»

Затверджено

редакційно-видавничою

радою університету,

протокол № від 24.06.2012.

Харків нту «хпі» 2014

Метою даного розрахунково-графічного завдання є розробка цифрового пристрою з тимчасовим поділом сигналів.

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Методичні вказівки розроблені відповідно до програми дисципліни «Електроніка та мікропроцесорна техніка» для студентів ІТ, ЕМС і М ф-тів і містять загальні рекомендації з синтезу і схемної реалізації цифрового пристрою з тимчасовим поділом вихідних сигналів.

Зміст РГЗ базується на матеріалі, що викладається в низці дисциплін: вища математика, фізика, електротехніка. Основні положення цих курсів студенти повинні використовувати при виконанні РГЗ, в якому відповідно до завдання, необхідно розробити цифровий пристрій на інтегральних мікросхемах з оптимальною структурою, що забезпечує формування вихідних керуючих сигналів у певні інтервали часу і працює на визначеній частоті.

Методичні вказівки визначають цілі і завдання РГЗ, включаючи основні вимоги до обсягу, змісту і порядку виконання, оформлення і захисту. У них наводиться перелік вихідних даних для синтезу схеми, узагальнена структурна схема пристрою, загальні рекомендації щодо мінімізації логічних функцій та їх схемної реалізації в елементних базисах І-НІ, І-АБО-НІ, загальна методика розрахунку симетричного автоколивального мультивібратора з «м'яким» самозбудженням, перелік джерел інформації, ГОСТів, ДСТУ, СТП НТУ «ХПІ», що використовуються в роботі.

МЕТА РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНОГО ЗАВДАННЯ

Основним завданням РГЗ з дисципліни «Електроніка та мікропроцесорна техніка» є практичне використання теоретичного матеріалу з даного курсу при синтезі і схемної реалізації реального цифрового пристрою: мінімізація логічних функцій з метою отримання структури пристрою мінімальної складності; вибір оптимальної структури узагальненої комбінаційної схеми, виконаної на цифрових ІМС; вибір та електричний розрахунок автогенератора релаксаційних коливань, застосування сучасних методів розрахунку електронних схем; використання довідкової літератури, ГОСТів, ЄСКД, ДСТУ.

1.Методичні вказівки до основної (розрахункової) частини

1.1. Вихідні дані

У загальному випадку логічні функції, що визначають алгоритм роботи логічного (цифрового) пристрої, можуть бути задані у вигляді: таблиці істинності, в якій для всіх можливих комбінацій n-логічних змінних (N = 2n) вказуються значення самих функцій у двійковому коді; в алгебраїчній формі у вигляді досконалої діз'юнктівной нормальної форми (СДНФ); в числовій формі у вигляді суми відповідних мінтермів логічної функції F =  (m_i).

У завданні до цього РГЗ вихідні логічні функції F₁ і F₂ представлені в числовому вигляді, при цьому числовий індекс під знаком суми відповідає десятковому числу, представленому в двійковому коді значеннями логічних змінних для їх певної комбінації при одиничному значенні функції. Наприклад, для функції чотирьох логічних змінних х числу 10 відповідає минтерм при значеннях змінних х₁ = 1; х₂ = 0, х₃ = 1, х₄ = 0. Важливо чітко засвоїти, що мінтерм логічної функції називається твір всіх логічних змінних для тієї їх комбінації, при якій логічна функція істинна, тобто дорівнює 1, при цьому в мінтерм логічна змінна входить в прямому вигляді, якщо х_і = 1, і в інверсному - якщо х_і = 0.

Необхідно особливо звернути увагу на те, що між поданням логічної функції у вигляді таблиці істинності, СДНФ, числовий формою запису і поодинокими значеннями клітин карти Карно існує однозначна відповідність.

У вихідних даних вказано номери минтермов для функції F_БН, відповідні байдужим набором логічних змінних, тобто таким наборам, які при роботі цього цифрового пристрою ніколи не реалізуються.

Значення логічних функцій F₁ і F₂ формуються на виході цифрового пристрою протягом певного часу, при цьому логічний вихідний пристрій виключає одночасну появу значень цих функцій в каналі передачі інформації, а опитування функцій відбувається з заданою частотою f ГТІ і шпаруватістю Q₁, яка визначається параметрами схеми автоколивальних генераторів тактових імпульсів (ГТВ).

1.2. Структурна схема цифрового пристрою

Структурна схема пристрою відображає принцип роботи виробу в узагальненому вигляді, при цьому на схемі зображують всі основні функціональні частини виробу (елементи, пристрої, функціональні групи), а також основні взаємозв'язки між ними. Побудова структурної схеми має давати наочне уявлення про послідовність взаємодії функціональних частин виробу. Напрямок ходу процесів, що відбуваються в пристроях, позначають стрілками на лініях взаємозв'язку. Функціональні частини на схемі зображують у вигляді прямокутників, при цьому найменування, типи і позначення функціональних частин вписують всередину прямокутників.

Вставлена ​​в завданні до РГЗ мета схемної реалізації цифрового пристрою з тимчасовим поділом вихідних сигналів в загальному випадку може бути реалізована в структурній схемі (рисунок 1) для чотирьох вхідних логічних змінних х₁-х₄.

Р исунок 1 - Структурна схема цифрового пристрою з тимчасовим

поділом сигналів

У наведеній структурній схемі цифрового пристрою з довільної комбінації вхідних інформаційних сигналів х₁-х₄ комбінаційна схема (КС) формує відповідно до заданого алгоритму функціонування цифрового пристрою потенційно рівні сигналів, що відповідають значенням функцій F₁ і F₂, при цьому КС повинна мати мінімальну складність схемної реалізації, бути виконаною з використанням мінімального числа корпусів цифрових ІМС, забезпечити одночасне формування сигналів F₁ і F₂.

Генератор тактових імпульсів формує на виході два симетричних противофазних сигнали потенційного типу із заданою частотою, сумісних по параметрах з потенційними рівнями цифрових ІМС комбінаційної схеми.

Значення логічних функцій F₁ і F₂ з виходу комбінаційної схеми та протифазні сигнали Т₁ і Т₂ ГТІ подаються на вихідні логічні пристрої (ЛП₁, ЛП₂), які забезпечують передачу значень функцій F₁ і F₂ на вихід цифрового пристрою тільки в тому випадку, якщо сигнали Т₁ або Т₂ відповідає рівню логічної одиниці.