Содержание
1. 2
2. 4
3. 13
3. 1. Определение задачи. 13
3. 2. Разработка структурной схемы проектируемого устройства. 13
3. 3. Разработка функциональной схемы устройства. 14
3. 4. Разработка принципиальной схемы устройства. 21
3. 5. Подбор элементной базы. 21
4. 30
5. 32
6. 35
7. 38
Использованная литература
1.Введение.
Характерная чертанаучно-технического прогресса, определяющего дальнейший мощный подъёмобщественно-технического производства: широкое внедрение достижений вычислительнойи микропроцессорной техники во все отрасли народного хозяйства. Решение задачнаучно-технического прогресса требует применения средств вычислительной техникина местах экономистов, инженеров, экономического персонала.
В связи с постояннымвозрастанием масштабов производства, усложнением экономических связей,требований научно-технической революции в народном хозяйстве всё больше возникаютпотребности в автоматизации и компьютеризации экономики страны, что являетсянеобходимым условием для выхода Украины на мировой рынок.
Особое значение получаетразработка автоматических систем управления технологическими ипроизводственными процессами и оснащения их роботами-манипуляторами, приборамиуправления и контроля.
Автоматизация и роботизацияпроизводства — замена человеческого труда трудом машин, автоматов и роботовпозволяет во много раз повысить производительность труда и качество продукции.Внедрение автоматизации и роботизации позволяет во много раз повысить проводитьразличные работы в тех отраслях хозяйства, где использование человеческоготруда является неприемлемым из-за опасности для жизни и здоровья рабочих. Крометого, точность выполнения работы, производимой машиной намного выше точностиработы, выполненной человеком, что делает необходимым применение роботов иавтоматов при изготовлении миниатюрной и высокоточной продукции.
Но роботы и автоматы — всеголишь механизмы, приводимые в действие механической либо иным видом энергии.Очевидно, что для использования этих механизмов требуются специальные системыуправления. До изобретения ЭВМ, эти функции возлагались либо на человека, либона сложные и громоздкие механические системы, из-за чего редко удавалосьдостичь высокой точности, кроме того, это требовало больших затрат финансовыхсредств и энергии, что приводило к повышению себестоимости продукции.
Другой сторонойнаучно-технического прогресса явилось развитие науки, которая является основойдля роста новых технологий и видов производства, которые, в свою очередь,стимулируют развитие науки. Нетрудно понять, что с развитием науки, всё болееусложняется суть явлений, рассматриваемых ею, а, поскольку практически любоеявление можно анализировать при помощи математики, то усложняются и расчёты,выполняемые человеком.
Поэтому, ещё с древнейшихвремён человек старался облегчить процесс математических вычислений. Сначаладля этих целей использовались 10 пальцев и подручные предметы, затем — счёты,и, наконец, с изобретения в XVIIвеке Блез Паскалем первойсуммирующей и вычитающей машины, начинается история развития вычислительнойтехники. С разработкой в 1910 году первой ЭВМ удалось решить массу проблем, особеннов области математических и статистических расчётов, которые человек не могосуществить с такой точностью и скоростью, которые обеспечивала вычислительнаятехника.
Первые поколения ЭВМсоздавались а основе электронных ламп, затем — транзисторов, и, поэтому, из-засвоей высокой стоимости не находили широкого применения.
Лишь в 1959 году, когда Р.Нойс изобрёл микросхему, значительно снизилась себестоимость, потребляемаямощность, габариты и сложность ЭВМ, что способствовало их популяризации ивсеобщему распространению, особенно в сфере управления производством.
Достижения микроэлектроннойтехнологии позволило значительно расширить возможности всех классов ЭВМ.
Простота и гибкостьиспользования компьютеров, в большей мере обусловлена применением программногообеспечения, что позволяет быстро и с наименьшими затратами изменить предназначениеЭВМ.
До настоящего времени былиразработаны 4 поколения ЭВМ, причём первые 3 уже не используются. Четвёртоепоколение ЭВМ, созданное на основе сверхбыстрых БИС способно выполнять сотнимиллионов операций в секунду.
Успехи в развитиимикропроцессоров и микро-ЭВМ ознаменовались созданием нового класса средстввычислительной техники — персональных компьютеров, в которых удачно сочетаютсяудобство, малые габариты, простота использования и широкая сфера применения сосравнительно низкой стоимостью.
Использование ПК во многихслучаях позволяет повысить продуктивность и качество труда. Такие ЭВМ имеютдовольно понятный интерфейс, благодаря чему работа с ними не требует особой подготовки.Широкий спектр программного обеспечения даёт возможность быстро изменитьназначение данной ЭВМ.
Существует и быстропополняется множество различных моделей персональных компьютеров. В новыхмоделях, которые предоставляются пользователю, возможности быстро расширяются,в первую очередь за счёт увеличения производительности процессоров, ёмкостейосновной и внешней памяти, повышения качества и гибкости электронной графики,качества печати и т. д.
Сейчас, наряду сусовершенствованием персональных ЭВМ, широко ведутся разработки в областиискусственного интеллекта, который позволил бы компьютеру самостоятельнопринимать решения, не требуя при этом вмешательства человека.
Основой для разработкиследующего (пятого) поколения ЭВМ станут всё большая миниатюризация и внедрениебиотехнологий.
Принцип работы любой ЭВМоснован на проведении операций над числами, представленными двоичными (реже —двоично-десятеричными или другими) кодами в виде совокупности низких и высокихуровней напряжений или токов. Также, но значительно реже, встречаются ЭВМ,оперирующие аналоговой информацией. Поэтому на аппаратном уровне ЭВМпредставлена двумя видами схем — комбинационными логическими схемами ицифровыми автоматами, структура которых зависит от того, какую из составных частейЭВМ они реализуют и от назначения ЭВМ в целом.
При проектировании ЭВМ ивычислительных систем значительное внимание придают выбору операционных блоковАЛУ для реализации заданных логических и арифметических операций
Развитие электроннойвычислительной техники, информатики и применения их средств и методов внародном хозяйстве, научных исследованиях, образовании и иных сферахчеловеческой деятельности является на данный момент приоритетным направлениемразвития научно-технического прогресса. Это приводит к необходимости широкойподготовки специалистов по электронным вычислительным машинам, системам исетям, программному обеспечению и прикладной математике, автоматизированнымсистемам обработки данных и управления, а также другим направлениям, связаннымс интенсивным использованием вычислительной техники. Всем этим специалистамнеобходимы достаточно глубокие знания принципов построения и функционированиясовременных электронных вычислительных машин, комплексов, систем и сетей,микропроцессорных средств, персональных компьютеров. Такие знания необходимы нетолько специалистам различных областей вычислительной техники, но и лицам,связанным с созданием программного обеспечения и применением ЭВМ в различныхобластях, что определяется тесным взаимодействием аппаратных и программныхсредств ЭВМ, тенденций аппаратной интеграции системных и специализированныхпрограммных продуктов, что позволяет достичь увеличения продуктивности,надёжности, функциональной гибкости, большей приспособленности вычислительныхмашин и систем к эксплуатационному обслуживанию.
Заданием на данный курсовойпроект является проектирование для некоторого цифрового автомата устройствауправления на основе жёсткой логики, формирующего на десяти выходных шинахпоследовательности цифровых управляющих сигналов по заданным кодам микрокоманд.
5. Эксплуатационная часть.
В данном разделе будут приведены сведения понастройке, контролю и эксплуатации устройства.
Разработанноеустройство можно рассматривать, как функционально законченный прибор и можетбыть оформлено как стенд для наглядного изучения процесса работы ЦА.
Блок светодиодных индикаторов (HL1…HL10)
.
.
.
Вход (кнопка SB1)
Устройство управления Структурная схема стендадля контроля и эксплуатации прибора имеет следующий вид:
Семисегментный индикатор ТИ
Номер ТИ
Счётчик тактовых импульсов
СИ
5В
Генератор тактовых импульсов
Блок питания
Питаниеустройства осуществляется от стабилизированного источника питания напряжением 5 В.
Для отображенияинформации используется блок из десяти светоизлучающих диодов АЛ307Б (HL1…HL10),которые отображают выходные состояния ЦА на соответствующих выходах.
При эксплуатации устройствамогут возникнуть некоторые неисправности, список и методика устранения которыхприведены ниже.
Не светится один или несколько светодиодных индикаторов
1.Проверить исправность светодиодов.
2. Проверить исправность логических элементов, подающих сигнал на данный индикатор.
Схема не работает после включения питания
1. Проверить наличие напряжения в сети.
2. Проверить наличие питающего напряжения на выходах блока питания. Если таковое отсутствует — проверить сетевой шнур блока питания. При целостности последнего — неисправность в источнике питания
3. Проверить напряжение на входах схемы. При его отсутствии возможно повреждёны соединительные провода, питающие устройство.
Состояние схемы не меняется после нажатия кнопки SB2.
1. Проверить состояние кнопки.
2. Проверить наличие сигналов на установочных входах триггеров. При их отсутствии — проверить работоспособность инвертора.
3. Проверить наличие сигналов на выходах триггеров. При их отсутствии — неисправность триггеров.
4. Проверить элементы схемы шифратора.
Схема не переходит в следующее состояние.
1. Проверить наличие тактовых импульсов. При их отсутствии — проверить уровень сигнала на входе ключевой схемы ЗГ. При их наличии — проверить состояние элемента И и ЗГ.
2. Проверить наличие сигнала на S-входе триггера. При его наличии — проверить исправность RS-триггера. При отсутствии сигнала — проверить исправность дешифратора кода состояния регистра.
3. Проверить исправность триггеров.
4. Проверить исправность схемы дешифратора.
Для наладки и устранениянеисправностей устройства понадобится следующее лабораторное оборудование:
· Осциллограф;
· Вольтметр;
· Милливольтметр;
· Омметр;
· Миллиамперметр;
Также при ремонте устройстваможет понадобиться электропаяльник и различный электромонтажный инструмент.
6. Техника безопасности.
При эксплуатации любого электронного прибора имеетсяопасность поражения электрическим током. Поэтому, во избежанияслучаев поражения следует неукоснительно придерживаться правил техники безопасностипри работе с электроборудованием, соответствующихГОСТ.
Несмотря на то, что источник питания модулейустройства имеет низкое и, следовательно,безопасное выходное напряжение, это не исключает возможности пораженияэлектрическим током. Наличие в источнике питания силового трансформатора, первичная обмотка которого подключена кнапряжению 220В, а также пользование электрифицированным инструментом и измерительными приборами,питающимися от сети 220В, создают дополнительную опасность электротравм.Кроме того, всегда следует помнить о возможности получения ожогов при пайке.
Поэтому для создания безопасных условий сборкиспроектированного устройства необходимо соблюдать следующие правила по техникебезопасности:
§ Рабочееместо должно быть оборудовано вытяжнойвентиляцией, пол покрыт резиновым ковриком, а само рабочее место- линолеумом.
§ Освещенностьрабочего места должна соответствовать установленным нормам.
§ Впомещении должна быть аптечка.
§ Впомещении на видном месте должны быть вывешены правила техники безопасности.
§ Электрическиепаяльники должны работать при напряжении не более 36В и иметь специальнуюподставку, исключающую возможностьслучайного касания его нагретой части.
§ Вслучае использования технологии травления печатных плат необходимо предусмотретьмеры, исключающие ожоги и выделения вредных газов от применяемых химическихреактивов.
§ Рабочиенапряжения, токи и мощности не должны превышать максимально допустимых.
§ Желательноснижать рабочую температуру прибора. Если она на 10°С ниже предельной, то числоотказов снизится в двое.
§ Рекомендуетсязащищать устройство от перенапряжений. Для этого должны применяться схемы стабилизации напряжения питания.
§ не ближе 10 мм от корпуса в течение неболее 5с. При этом необходимо осуществлять отвод тепла между корпусом и местомпайки, используя для этой цели плоскогубцы или пинцет.
§ Нерекомендуется крепить элементы только на выводах.
Большинство микросхем «боятся»воздействия электростатических зарядов, попадающих на их выводы. Зарядыстатического электричества легковозникают при трении многих синтетических материалов широко используемых вбыту, поэтому необходимо применять меры, предупреждающие попадание зарядов навыводы микросхем. С этой целью следует соблюдать следующие правила:
§ Некасаться выводов микросхем металлическими предметами, щупами тестера или пальцами.
§ Паяльник,корпуса измерительных приборов, рабочий инструмент, а также полоска шиныпитания 0В на плате монтируемого модуля должны быть заземлены при помощи гибкого провода, подключенного к заземлениючерез резистор 1 мОм.
§ Монтажмикросхемы, установленной на плате, нужно начинать с монтажа выводов питания(сперва 0В, а затем +5В). Особую осторожность следует соблюдать при подключениипроводников к выводам микропроцессора.
Помимоэлектростатических зарядов, для микросхем опасен перегрев. Если при пайкедопустить перегрев выводов микросхем, то это приводит к резкому ухудшению еепараметров, а часто и выходу из строя. Не следует паять два вывода, расположенныхрядом. Выполнив пайку одного вывода, нужно переходить к пайке вывода,расположенного на противоположной стороне корпуса микросхемы.
Для микросхем недопустимы переполюсовки,в виде ошибочного включения вывода «+» питающего напряжения вместо вывода «-»,и наоборот.
Известнуюопасность создает отклонение величины питающего напряжения. Допускается изменение напряжения в пределах +5 %. При меньшем напряжении микросхемабудет давать сбои в работе, при большем — может выйти из строя.
МЕРЫ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ.
Кроме опасностипоражения электротоком существует ещё и опасность пожара в результатевозгорания схемы, вызванного длительным перегревом либо коротким замыканиемтоковедущих частей. Опасность пожара существует также и при неосторожнымобращении с измерительным оборудованием, а особенно — с паяльником.
При эксплуатацииустройства необходимо строго соблюдать правила пожарной безопасности:
§ Не включатьустройство в электросеть, напряжение в которой не соответствует норме.
§ Неоставляйте включенное устройство без присмотра.
§ Розеткаподключения вилки шнура питания устройства должна находиться в доступном местедля быстрого отключения устройства от сети.
ПОМНИТЕ!Пренебрежение одним из вышеуказанных правил может привести к перегревуустройства, к преждевременному выходу его из строя и даже возгоранию!
Если в устройстве произошло возгорание, то его необходимо немедленно обесточить и накрыть плотной тканью, чтобы прекратитьдоступ свежего воздуха, принять меры к тушению возгорания.
Выводы.
Курсовой проект является заключительным этапомизучения предмета «Компьютерная электроника и схемотехника».Целью выполнения курсового проекта является более углублённое изучение работы устройств ЭВМ, методов иханализа и синтеза, знакомство со справочной литературой, правилами оформлениячертежей и другой документации в соответствии с требованиями ЕСКД.
Проектирование устройств ЭВМ — сложный и трудоёмкийтворческий процесс, который систематизирует, закрепляет и совершенствуеттеоретические знания, позволяя студентам проявить свои творческие способности вобласти синтеза узлов ЭВМ и является формой проверки подготовленности студентак выполнению дипломного проекта.
Работа над КП предусматривает целенаправленную, исистематическую работу студента рассчитанную на приобретение практических итеоретических навыков в плане последних достижений науки и техники в областиРЭО и ЭВТ.
В данной работе было спроектировано устройствоуправления синхронным цифровым автоматом.
В процессе выполнения проекта мною была проведеназначительная работа по определению и минимизации логических функций, построениюфункциональных и принципиальных схем, подбору элементной базы и расчётам надёжности,также был проведен анализ возможных неисправностей и технологии их устранения,в результате чего я получил более глубокие знания в области схемотехники,применения ИМС, а также приобрёл практические навыки, необходимые мне впроцессе моей дальнейшей трудовой деятельности.
Использованнаялитература:
ХоровецП.,Хилл У. Искусство схемотехники. М. Мир., 1984.
Техническое описание иметодические рекомендации по основам автоматики и ЭВТ. Профессор ЯмпольскийВ.С. Омск 1990
ТитцеХ., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника.Перевод с немецкого.
Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справ.- Челябинск:Металургия, 1988.
Цифровые интегральныемикросхемы: Сравочник/ М.И. Богданович, И.Н. Грель, С.А. Дубина и др. — 2-е изд., Мн.: Беларусь, Полымя1996
БатушевВ.А.,Вениаминов В.Н., Ковалев В.Г. Микросхемы и их применение. — М.: Радио и связь, 1988.
Полупроводниковыеприемно-усилительные устройства: Справочник/ Р.М. Терещук,К.М. Терещук, С.А. Седов К.: “Наукова думка” 1981
Интегральные микросхемы: справочник, второе изданиепод редакцией Б. В. Тарабрина М.: Энергатомиздат,1985