Десятично-двоичный сумматорВведение.В настоящее время интегральныемикросхемы ИМС широко применяются в радиоэлектронной аппаратуре, ввычислительных устройствах, устройствах автоматики и т.д. Цифровые методы ицифровые устройства, реализованные на интегральных микросхемах разной степениинтеграции, в том числе на микропроцессорных средствах, имеют широкиеперспективы использования в цифровых системах передачи и распределенияинформации, в телевизионной, радиовещательной и другой аппаратуре связи.
Современныйэтап развития научно технического процесса характеризуется широкимиприменением электроники и микроэлектроники во всех сферах жизнедеятельностичеловека. Важную при этом сыграло появление и быстрое совершенствование ИМС основной элементной базы современной электроники. С внедрением ИМС значительноснизилась себестоимость радиоэлектронных приборов, они стали более доступными
иболее компактными и расширилось внедрение радиоэлектроники в развитие науки итехники.В отличии от цифровых устройств некоторыеимпульсные устройства, например формирователи и генераторы импульсов различнойформы производить серийно в виде интегральных схем ИС экономически невыгодно.Перспективен другой путь построение импульсных устройств на ИС широкогоприменения т.е на логических элементах, операционных усилителях и других
ИСсовместно с навесными элементами. Это способствует унификации элементной базы,эффетивному использованию и комплексной миниатюризации радиоэлектроннойаппаратуры высокая над жность, малые габариты и масса, низкая стоимость ипотребляемая мощность.1. Общая часть.1. Арифметически логическиеинтегральные микросхемы, являются неотъемлемой частью микроэлектронных цифровыхвычислительных
устройств и предназначены для выполнения арифметических илогических операций над числами, представленными в двоичном, двоично десятичном и других кодах. Для выполнения арифметических операций АЛУ строят насумматорах.Сумматором называется устройство,выполняющее арифметическое сложение двух чисел, представленных сигналами на еговходах. При необходимости сумматоры с помощью некоторых вспомогательныхопераций сдвига числа, обращения кода числа могут выполнять алгебраическоесложение, вычитание, умножение, деление,
сравнение и другие действия с числами.2. Сумматоры классифицируются последующим признакам.По основанию системы исчислениячисел, с которыми оперирует сумматор двоичные, двоично десятичные и другие .По способу обработкимногоразрядных чисел. Передача числа из одного места ЭЦВМ в другое можетвыполнятся последовательно или параллельно. В устройствах последовательногодействия цифры какого либо числа, начиная с младшего разряда, последовательнопередаются
в канал, обладающий емкостью в одну цифру. В устройствахпараллельного действия все цифры числа передаются одновременно, поэтому емкостьканала должна быть N цифр. В таком устройстве передача всего числаосуществляется за такое же время как у последовательного одна цифра.Суммирование может так же осуществляться последовательно параллельно ипараллельно последовательно.По способу организации цепейпереноса.По способу организации процессасуммирования одноразрядной суммирующей
схемы комбинационный или накапливающийтипы . 3. Последовательно параллельныйтип сумматора. Смотри рисунок 1 Количество одноразрядныхсуммирующих схем в таком сумматоре меньше количества разрядов в суммируемыхчислах. Эти схемы соединены между собой в цепочку в порядке последовательноговозрастания разрядов. На входы сумматора поступает группа цифр младших разрядовслагаемых, причем перенос образующийся на
входе старшей одноразряднойсуммирующей схемы, запоминается соответствующим устройством. Затем на входысумматора поступает следующая группа слагаемых. Одновременно на соответствующийвход младшей одноразрядной суммирующей схемы поступает перенос, которыйхранится в запоминающей схеме.Элементная база.В качестве элементной базы дляпостроения арифметического устройства использованы ИМС серии К155ТМ2, К155ИР1,К155ИМ1.К155ТМ2.ИМС серии
К155ТМ2 рис1 содержатдва независимых D-триггера имеющих общую цепь питания У каждого триггера есть входы D,S и R, а так же комплиментарные выходы Q и Q. Входы R и S асинхронные, потомучто они работают независимо от сигнала на тактовом входе. Напряжение питания 5В пода тся на контакт 14, а питание 0В на контакт 7. Для защиты схемы от электрическихпомех на выходы питания ставится электролитический конденсатор
К 53 14-1,6В-6,8мкФ. Для защиты от низкочастотных помех, между контактами питания и заземления,ставятся керамические конденсаторы типа КМ-5б-Н90-0,047 мкФ.Электрические характеристикиконденсаторов.К-53-14-1,6в -6,8мкФТАБЛИЦА 4 Параметры Значение Uном 6,6В Предельно допустимая температура 80ос Рабочая температура 20ос КМ-5б-Н90-0,47мкФТАБЛИЦА 5
Параметры Значение Uном 16В Предельно допустимая температура 80ос Рабочая температура 20ос 2. Специальная часть.1. Описание работыпринципиальной схемы.На входы А и В сумматора ДД3 последовательно начиная с младшего разряда подаются числа из четырехразрядныхрегистров ДД1 и ДД2 . Полученная сумма с выхода сумматора записывается врегистр
ДД4 . Полученный в результате перенос записывается Д триггером ДД5 , с выхода которого он поступает на вход входного переноса сумматора, длясложения его со следующими разрядами.2.Расчет параметров.1.Расчет потребления мощьности. ТИП ИМС I потребления mВт P потребления mВт К 155 ТМ 2 31.5 157.5 К 155 ИМ 1 80 400 К 155 ИР 1 82 410
Потребляемая мощность.2.2.2.Расчет быстродействия. ТИП ИМС T задержки ср. н.с. К 155 ТМ 2 25 К 155 ИМ 1 34 К 155 ИР 1 35 2.2.3 Расч т над жности.Над жность это свойство объектавыполнять заданные функции, сохраняя значения эксплуатационных параметров вдопустимых приделах в соответствии с установленными нормами его эксплуатации,ремонта, технического обслуживания и транспортировки.
Расч т параметров над жностивед тся в два этапа 1. Предварительный расч тнад жностиизделия проводят на этапе эскизного проектирования. В результатепредварительного расч та определяются все основные параметры а Интенсивность отказа изделий.Определяется по формуле 9.Где N число группы компонентовнад жности , имеющие разные интенсивности отказов. io интенсивность отказа
элементов в i ой группе. ni количество элементов в i ойгруппе.б Время наработки на отказопределяется по формуле 10.в Вероятность безотказной работыопределяется по формуле 11.где t время работы изделия.В таблице 8 приведены показателинад жности изделий. ТАБЛИЦА 8 Группа элементов Интенсивность атказа 1 час
Количество элементов 1 час io ni 1 час ИМС. Конденсаторы а Керамические. б Электролитические. Контактные разводы. Пайка. Печатная плата. 0.01.10-5 0.062 . 10-5 0.035 . 10-5 0.02 . 10-5 0.01 . 10-5 0.1 . 10-5 4 3 2 1 6 41 1 0.04 . 10-5 0.124 . 10-5 0.035 . 10-5 0.12 . 10-5 0.41 . 10-5 0.1 .
10-5 По формуле 9 получиминтенсивность отказов для всего изделия По формуле 10 определим времянаработки на отказ По формуле 11 определимвероятность безотказной работы для 100 часов, 1000 часов и 10000 часов.P 100 0.9991P 1000 0.9917P 10000 0.92092. Окончательный расч тнад жности.Вед тся на этапе техниическогопроектирования. Формулы для расч та показателей те же, но следует учитыватьэлектрический режим работы схемы и условия
эксплуатации, вибрации и т.д.В рамках курсового проекта для уч тавлияния режима работы расчитывается коэффициент нагруски Кн поформуле 12, а температурный коэффициент бер тся равный 1. Коэффициент нагрузкидля ИМС определяется по нагрузочной способности через коэффициентразветвления .где Кр.р коэффициентразветвления рабочий вычисляется . Кр.н коэффициент разветвлениянаминальный.Для конденсаторов коэффициентнагрузки через напряжение по формуле 13.В
таблице 9 приведены паказатели над жности всего изделияТАБЛИЦА 9 ИМС Интенсивность отказа Кн io . ni . Кн К155ТМ2. К155ИМ1. К155ИР1. К155ИР1. К155ИР1. Керомический конденсатор. Электролитический конденсатор Плата. Контактные разъ мы. Пайка. 0.01 . 10-5 0.01 . 10-5 . 10-5 0.01 . 10-5 0.01 .
10-5 0.062 . 10-5 0.035 . 10-5 0.1 . 10-5 0.02 . 10-5 0.01 . 10-5 0.1 0.1 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 1 0.001 . 10-5 0.001 . 10-5 0.05 . 10-5 0.05 . 10-5 0.05 . 10-5 0.062 . 10-5 0.035 . 10-5 0.1 . 10-5 0.02 . 10-5 0.01 . 10-5 P 100 0.9991P 1000 0.9912P 10000 0.91562.4 Конструкционный расч тпечатной платы.На рис.6 показана двухсторонняяпечатная плата с металлизированными
отверстиями. Рис 6 d диаметр отверстия.dкп диаметрконтактной площадки.S расстояние между контактнымиплощадками или контактной площадкой и проводником.t ширина печатного проводника.H ширина печатной платы.Диаметр металлизированныхмонтажных отверстий, выбирается в зависимости от диаметра вставляемого в неговыхода и от толщины ПП.В схеме два различных видадиаметров выводов. У ИМС и керамических конденсаторов диаметры выводовсоставляют 0.5мм.
У электрического конденсаторадиаметр выводов составляет 0.6мм.Для обеспечения высокого качествапайки и над жности соединения, различие диаметров выводов и металлизированногоотверстия не должно быть больше 0.4 мм.При разработке конструкции ППрешают задачу размещения элементов на ПП, трассировки печатных проводников,выбора метода изготовления ПП.2.4.1 Расч т геометрическихразмеров.Выбираем ПП второго класса.
Расч т геометрических размеров ПП по оси X Lx x1 x2 lx tx nx . 1 Размер ПП по оси Y Ly y1 y2 ly ty ny . 1 Шаг размещения ИМС по оси X tx Lx rxRШаг размещения ИМС по оси Y ty Ly ryRгде x1 и x2 краевые технологические поля. y1 и y2 краевыезащитные поля. Lx и Ly длинна и ширина ИМС. nx и ny число ИМС вряду по осям
X и Y . rx и ry количествошагов по осям X и Y . Формула для расч та прокладки вузком месте требуемого количества проводников.Ширина печатного проводникавыбирается из следуемых показателей 0.45 в свободных местах платы 0.40 в узких местах платы.