Устройство правления синхронного цифрового автомата
Содержание
1. 2
2. 4
3. 13
3. 1. Определение задачи. 13
3. 2. Разработка структурной схемы проектируемого стройства. 13
3. 3. Разработка функциональной схемы стройства. 14
3. 4. Разработка принципиальной схемы стройства. 21
3. 5. Подбор элементной базы. 21
4. 30
5. 32
6. 35
7. 38
Использованная литература
1.Введение.
Характерная черта научно-технического прогресса, определяющего дальнейший мощный подъём общественно-технического производства: широкое внедрение достижений вычислительной и микропроцессорной техники во все отрасли народного хозяйства. Решение задач научно-технического прогресса требует применения средств вычислительной техники на местах экономистов, инженеров, экономического персонала.
В связи с постоянным возрастанием масштабов производства, сложнением экономических связей, требований научно-технической революции в народном хозяйстве всё больше возникают потребности в автоматизации и компьютеризации экономики страны, что является необходимым словием для выхода Украины на мировой рынок.
Особое значение получает разработка автоматических систем правления технологическими и производственными процессами и оснащения их роботами-манипуляторами, приборами управления и контроля.
втоматизация и роботизация производства - замена человеческого труда трудом машин, автоматов и роботов позволяет во много раз повысить производительность труда и качество продукции. Внедрение автоматизации и роботизации позволяет во много раз повысить проводить различные работы в тех отраслях хозяйства, где использование человеческого труда является неприемлемым из-за опасности для жизни и здоровья рабочих. Кроме того, точность выполнения работы, производимой машиной намного выше точности работы, выполненной человеком, что делает необходимым применение роботов и автоматов при изготовлении миниатюрной и высокоточной продукции.
Но роботы и автоматы - всего лишь механизмы, приводимые в действие механической либо иным видом энергии. Очевидно, что для использования этих механизмов требуются специальные системы управления. До изобретения ЭВМ, эти функции возлагались либо на человека, либо на сложные и громоздкие механические системы, из-за чего редко давалось достичь высокой точности, кроме того, это требовало больших затрат финансовых средств и энергии, что приводило к повышению себестоимости продукции.
Другой стороной научно-технического прогресса явилось развитие науки, которая является основой для роста новых технологий и видов производства, которые, в свою очередь, стимулируют развитие науки. Нетрудно понять, что с развитием науки, всё более усложняется суть явлений, рассматриваемых ею, а, поскольку практически любое явление можно анализировать при помощи математики, то сложняются и расчёты, выполняемые человеком.
Поэтому, ещё с древнейших времён человек старался облегчить процесс математических вычислений. Сначала для этих целей использовались 10 пальцев и подручные предметы, затем - счёты, и, наконец, с изобретения в XVII веке Блез Паскалем первой суммирующей и вычитающей машины, начинается история развития вычислительной техники. С разработкой в 1910 году первой ЭВМ далось решить массу проблем, особенно в области математических и статистических расчётов, которые человек не мог осуществить с такой точностью и скоростью, которые обеспечивала вычислительная техника.
Первые поколения ЭВМ создавались основе электронных ламп, затем - транзисторов, и, поэтому, из-за своей высокой стоимости не находили широкого применения.
Лишь в 1959 году, когда Р. Нойс изобрёл микросхему, значительно снизилась себестоимость, потребляемая мощность, габариты и сложность ЭВМ, что способствовало их популяризации и всеобщему распространению, особенно в сфере правления производством.
Достижения микроэлектронной технологии позволило значительно расширить возможности всех классов ЭВМ.
Простот и гибкость использования компьютеров, в большей мере обусловлена применением программного обеспечения, что позволяет быстро и с наименьшими затратами изменить предназначение ЭВМ.
До настоящего времени были разработаны 4 поколения ЭВМ, причём первые 3 же не используются. Четвёртое поколение ЭВМ, созданное на основе сверхбыстрых БИС способно выполнять сотни миллионов операций в секунду.
Успехи в развитии микропроцессоров и микро-ЭВМ ознаменовались созданием нового класса средств вычислительной техники - персональных компьютеров, в которых дачно сочетаются удобство, малые габариты, простот использования и широкая сфера применения со сравнительно низкой стоимостью.
Использование ПК во многих случаях позволяет повысить продуктивность и качество труда. Такие ЭВМ имеют довольно понятный интерфейс, благодаря чему работ с ними не требует особой подготовки. Широкий спектр программного обеспечения даёт возможность быстро изменить назначение данной ЭВМ.
Существует и быстро пополняется множество различных моделей персональных компьютеров. В новых моделях, которые предоставляются пользователю, возможности быстро расширяются, в первую очередь за счёт величения производительности процессоров, ёмкостей основной и внешней памяти, повышения качества и гибкости электронной графики, качества печати и т. д.
Сейчас, наряду с усовершенствованием персональных ЭВМ, широко ведутся разработки в области искусственного интеллекта, который позволил бы компьютеру самостоятельно принимать решения, не требуя при этом вмешательства человека.
Основой для разработки следующего (пятого) поколения ЭВМ станут всё большая миниатюризация и внедрение биотехнологий.
Принцип работы любой ЭВМ основан на проведении операций над числами, представленными двоичными (реже Ч двоично-десятеричными или другими) кодами в виде совокупности низких и высоких уровней напряжений или токов. Также, но значительно реже, встречаются ЭВМ, оперирующие аналоговой информацией. Поэтому на аппаратном ровне ЭВМ представлена двумя видами схем - комбинационными логическими схемами и цифровыми автоматами, структура которых зависит от того, какую из составных частей ЭВМ они реализуют и от назначения ЭВМ в целом.
При проектировании ЭВМ и вычислительных систем значительное внимание придают выбору операционных блоков АЛУ для реализации заданных логических и арифметических операций
Развитие электронной вычислительной техники, информатики и применения их средств и методов в народном хозяйстве, научных исследованиях, образовании и иных сферах человеческой деятельности является на данный момент приоритетным направлением развития научно-технического прогресса. Это приводит к необходимости широкой подготовки специалистов по электронным вычислительным машинам, системам и сетям, программному обеспечению и прикладной математике, автоматизированным системам обработки данных и правления, также другим направлениям, связанным с интенсивным использованием вычислительной техники. Всем этим специалистам необходимы достаточно глубокие знания принципов построения и функционирования современных электронных вычислительных машин, комплексов, систем и сетей, микропроцессорных средств, персональных компьютеров. Такие знания необходимы не только специалистам различных областей вычислительной техники, но и лицам, связанным с созданием программного обеспечения и применением ЭВМ в различных областях, что определяется тесным взаимодействием аппаратных и программных средств ЭВМ, тенденций аппаратной интеграции системных и специализированных программных продуктов, что позволяет достичь величения продуктивности, надёжности, функциональной гибкости, большей приспособленности вычислительных машин и систем к эксплуатационному обслуживанию.
Заданием на данный курсовой проект является проектирование для некоторого цифрового автомата стройства управления на основе жёсткой логики, формирующего на десяти выходных шинах последовательности цифровых правляющих сигналов по заданным кодам микрокоманд.
5. Эксплуатационная часть.
В данном разделе будут приведены сведения по настройке, контролю и эксплуатации стройства.
Разработанное устройство можно рассматривать, как функционально законченный прибор и может быть оформлено как стенд для наглядного изучения процесса работы ЦА.
|
|
|
|
|
Семисегментный индикатора ТИ |
|
Номер ТИ |
|
|||
 |
|
СИ |
|
В |
|
Генератор тактовых импульсов |
Блок питания
 |
|||
Питание устройства осуществляется от стабилизированного источника питания напряжением 5 В.
Для отображения информации используется блок из десяти светоизлучающих диодов АЛ30Б (HLЕHL10), которые отображают выходные состояния ЦА на соответствующих выходах.
При эксплуатации стройства могут возникнуть некоторые неисправности, список и методика странения которых приведены 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 стройство. |
|
Состояние схемы не меняется после нажатия кнопки SB2. |
1. Проверить состояние кнопки. 2. Проверить наличие сигналов на становочных 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 ровень сигнала на входе ключевой схемы ЗГ. При их наличии Ч 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 странения неисправностей стройства понадобится следующее лабораторное оборудование:
Осциллограф;
Вольтметр;
Милливольтметр;
Омметр;
Миллиамперметр;
Также при ремонте стройства может понадобиться электропаяльник и различный электромонтажный инструмент.
6. Техника безопасности.
При эксплуатации любого электронного прибора имеется опасность поражения электрическим током. Поэтому, во избежания случаев поражения следует неукоснительно придерживаться правил техники безопасности при работе с электроборудованием, соответствующих ГОСТ.
Несмотря на то, что источник питания модулей устройств имеет низкое и, следовательно, безопасное выходное напряжение, это не исключает возможности поражения электрическим током. Наличие в источникеа питания силового трансформатора, первичная обмотка которого подключена к напряжению 22В, также пользование электрифицированныма инструментом и измерительными приборами, питающимися от сети 22В, создают дополнительную опасность электротравм. Кроме того, всегда следует помнить о возможности получения ожогов при пайке.
Поэтому для создания безопасных словий сборки спроектированного стройства необходимо соблюдать следующие правила по технике безопасности:
з Рабочее место должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией, пол покрыт резиновым ковриком, само рабочее место- линолеумом.
з Освещенность рабочего места должна соответствовать становленным нормам.
з В помещении должна быть аптечка.
з В помещении на видном месте должны быть вывешены правила техники безопасности.
з Электрические паяльники должны работать при напряжении не более 3В и иметь специальную подставку, исключающую возможность случайного касания его нагретой части.
з В случае использования технологии травления печатных плат необходимо предусмотреть меры, исключающие ожоги и выделения вредных газов от применяемых химических реактивов.
з Рабочие напряжения, токи и мощности не должны превышать максимально допустимых.
з Желательно снижать рабочую температуру прибора. Если она на 10
з Рекомендуется защищать стройство от перенапряжений. Для этого должны применяться схемы стабилизации напряжения питания.
з а не ближе 10 мм от корпуса в течение не более 5с. При этом необходимо осуществлять отвод тепла между корпусом и местом пайки, используя для этой цели плоскогубцы или пинцет.
з Не рекомендуется крепить элементы только на выводах.
Большинство микросхем "боятся" воздействия электростатических зарядов, попадающих на их выводы. Заряды статического электричества легко возникают при трении многих синтетических материалов широко используемых в быту, поэтому необходимо применять меры, предупреждающие попадание зарядов на выводы микросхем. С этой целью следует соблюдать следующие правила:
з Не касаться выводов микросхем металлическими предметами, щупами тестера или пальцами.
з Паяльник, корпуса измерительных приборов, рабочий инструмент, также полоска шины питания В на плате монтируемого модуля должны быть заземлены при помощи гибкого провода, подключенного к заземлению через резистор 1 мОм.
з Монтаж микросхемы, становленной на плате, нужно начинать с монтажа выводов питания (сперва В, затем +В). Особую осторожность следует соблюдать при подключении проводников к выводам микропроцессора.
Помимо электростатических зарядов, для микросхем опасен перегрев. Если при пайке допустить перегрев выводов микросхем, то это приводит к резкому худшению ее параметров, часто и выходу из строя. Не следует паять два вывода, расположенных рядом. Выполнив пайку одного вывода, нужно переходить к пайке вывода, расположенного на противоположной стороне корпуса микросхемы.
Для микросхем недопустимы переполюсовки, в виде ошибочного включения вывода л+ питающего напряжения вместо вывода л-, и наоборот.
Известную опасность создает отклонение величины питающего напряжения. Допускается изменениеа напряжения в пределах +5 %. При меньшем напряжении микросхема будет давать сбои в работе, при большем - может выйти из строя.
МЕРЫ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ.
Кроме опасности поражения электротоком существует ещё и опасность пожара в результате возгорания схемы, вызванного длительным перегревом либо коротким замыканием токоведущих частей. Опасность пожара существует также и при неосторожным обращении с измерительным оборудованием, особенно - с паяльником.
При эксплуатации устройства необходимо строго соблюдать правила пожарной безопасности:
з Не включать устройство в электросеть, напряжение в которой не соответствует норме.
з Не оставляйте включенное стройство без присмотра.
з Розетка подключения вилки шнура питания стройства должна находиться в доступном месте для быстрого отключения стройства от сети.
ПОМНИТЕ! Пренебрежение одним из вышеуказанных правил может привести к перегреву устройства, к преждевременному выходу его из строя и даже возгоранию!
Если в стройствеа произошло возгорание, то его необходимо немедленно обесточить и накрыть плотной тканью, чтобы прекратить доступ свежего воздуха, принять меры к тушению возгорания.
Выводы.
Курсовой проект является заключительным этапом изучения предмета "Компьютерная электроника и схемотехника". Целью выполнения курсового проекта является более глублённое изучение работы стройств ЭВМ, методов их анализа и синтеза, знакомство со справочной литературой, правилами оформления чертежей и другой документации в соответствии с требованиями ЕСКД.
Проектирование стройств ЭВМ - сложный и трудоёмкий творческий процесс, который систематизирует, закрепляет и совершенствует теоретические знания, позволяя студентам проявить свои творческие способности в области синтеза злов ЭВМ и является формой проверки подготовленности студента к выполнению дипломного проекта.
Работ над КП предусматривает целенаправленную, и систематическую работу студента рассчитанную на приобретение практических и теоретических навыков в плане последних достижений науки и техники в области РЭО и ЭВТ.
В данной работе было спроектировано стройство управления синхронным цифровым автоматом.
В процессе выполнения проекта мною была проведена значительная работ по определению и минимизации логических функций, построению функциональных и принципиальных схем, подбору элементной базы и расчётам надёжности, также был проведен анализ возможных неисправностей и технологии их странения, в результате чего я получил более глубокие знания в области схемотехники, применения ИМС, также приобрёл практические навыки, необходимые мне в процессе моей дальнейшей трудовой деятельности.
Использованная литература:
Хоровец П., Хилл У. Искусство схемотехники. М. Мир., 1984.
Техническое описание и методические рекомендации по основам автоматики и ЭВТ. Профессор Ямпольский В.С. Омск 1990
Титце Х., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. Перевод с немецкого.
Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справ.- Челябинск: Металургия, 1988.
Цифровые интегральные микросхемы: Сравочник
Батушев В.А., Вениаминов В.Н., Ковалев В.Г. Микросхемы и их применение. - М.: Радио и связь, 1988.
Полупроводниковые приемно-усилительные стройства: Справочник/ Р.М. Терещук, К.М. Терещук, С.А. Седов К.: "Наукова думка" 1981
Интегральные микросхемы: справочник, второе издание под редакцией Б. В. Тарабрина М.: Энергатомиздат, 1985