Расчет электронного логического автомата

Федеральное агентство  по образованию
ГОУ ВПО
Ивановский государственный  энергетический университет имени  В.И. Ленина
Кафедра электроники и микропроцессорных систем
Пояснительная записка  к курсовому проекту на тему:
«Расчет электронного логического автомата»
Выполнил		студент гр. III-34xx Китаев С.
Проверил		Агапов В.А.
Иваново 2010

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………...……………………...……………………. 3

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ……………...……………………………………...…. 4

1 Синтез автомата на элементах  малой степени интеграции …………………………....…...… 5

2 Синтез автомата на мультиплексорах ...…………...…………………………………...…..… 10

2.1 Разработка схемы индикации  на мультиплексорах …….……...…..…...………….... 10

2.2 Выбор адресных переменных  для мультиплексоров …………………...…...………. 11

2.3 Выбор информационных переменных для мультиплексоров ……...………………. 15

2.4 Расчет токоограничительного резистора ………………………………………....….. 19

2.5 Моделирование схемы индикации  в программном комплексе Multisim 10.1………21

3 Синтез автомата на программируемых логических устройствах ………………...….......…. 22

3.1 Управляющий генератор на мультиплексоре (замкнутая система) …….……….…. 22

3.2 Управляющий генератор при программном режиме (разомкнутая система) .…...... 23

3.3 Автомат состояния на ПЛМ …………………………………...…………….………... 24

4 Электрический расчет блока питания ……………………………………………..………..... 28

4.1 Расчет источника питания  на микросхеме КР142ЕН5А……………………….……..28

4.2 Расчет потребляемой  нагрузки всех составных частей  ЦЛУ…………………..…….28

4.3 Расчет параметров  трансформатора……………………………………………...…….29

4.4 Выбор диодов………………………………………………………………………...….29

4.5 Параметры  фильтра……………………………………………………………………..30

4.6 Проверка рассчитанного  блока питания моделированием…………………...………31

5 Электрический расчет тактового  генератора…………………………………………….…….32

5.1 Расчет тактового генератора  на микросхеме КР1006ВИ1......................................…..32

5.2 Проверка рассчитанного тактового  генератора моделированием…………...………33

6 Компоновка печатной платы КСУ…………………………………………….………………..35

Приложение А.…………………………………………………………………………………......37

Приложение Б…………………………………………………………………………………...…38

Список использованных источников …………………..………………………….…………......39

 

ВВЕДЕНИЕ

Логический автомат – это устройство, автоматически выполняющее некоторые функции, для задания которых используется аппарат алгебры логики. Процесс проектирования логических автоматов выполняется в несколько этапов и носит итерационный характер. На этапе системного проектирование по заданным требованиям составляется алгоритм функционирования устройства и разрабатывается состав блоков, структура их соединений и общий алгоритм функционирования каждого блока. С учетом учебной направленности курсового проектирования будет рассматриваться только аппаратный способ реализации алгоритмов, а структурная схема будет использоваться в готовом виде (рис. 1).

 

Рис.1. Структурная схема логического автомата для управления роботом:

БУ и П - блок управления и питания; АС - автомат состояний; СИ - схема индикации; КСУ - комбинационная схема управления; УГ - управляющий генератор; ИУ - исполнительное устройство; ОУ - объект управления; ЛА - логический автомат.

 

При аппаратном способе реализации алгоритмов на этапе логического  проектирования разрабатываются функциональные схемы каждого из блоков, проводятся необходимые расчёты по синтезу схем и готовится материал для следующего этапа – технического проектирования, то есть построения принципиальных и монтажных схем. Этапы логического и технического проектирования сопровождаются расчётами при анализе и синтезе схем и, как правило, проводятся с применением вычислительной техники с использованием САПР.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ

1. Питание от однофазной сети с напряжением 220В ± 5% и частотой 50Гц.
2. Требования к параметрам датчиков и исполнительным устройствам формулируются мной.
3. Эксплуатация в помещении при температуре +5°…+35°С.
4. Конструкция – встраиваемый прибор общепромышленного назначения.
5. Функции комбинационной схемы управления (КСУ):

В двоичном коде функции КСУ представлены в табл. 1.

Таблица 1. Функции КСУ в двоичном коде

Число	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
A	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1
B	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1
C	0	0	0	0	1	1	1	1	0	0	0	0	1	1	1	1
D	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1
Ф1	0	1	0	0	1	1	0	0	0	1	0	0	1	1	0	0
Ф2	0	0	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Ф3	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	1	1	0	0	0	0

6. Параметры управляющего генератора (для разомкнутой системы):
• минимальное время такта: 3с;
• относительное время каждого такта: 14,12,8,10,7,5,9,2,1,4,13,11,0,2,3,6.
7. Функции изменения состояния автомата (терм ABCD) задана по табл. 2 .

Таблица 2. Функции изменения состояния автомата

X1	X0	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	0
0	1	15	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	0	14	15	10	5	0	4	11	1	2	13	9	7	8	6	3	8
1	1	1	3	5	7	9	11	13	15	0	2	4	6	8	10	12	14

8. Схема индикации реализуется на семисегментных индикаторах с ОА (общий анод) и мультиплексорах с диапазоном отображаемых чисел с 40 по 85 с шагом 3.

 

1 Синтез автомата на элементах малой степени интеграции

Синтез КСУ осуществляется методом минимизирующих карт (рис. 2).

а)

б)

Рис. 2. Минимизирующие карты: а – минимизация по нулям; б – минимизация по единицам

 

 

Уравнения при минимизации по 0 (рис. 2а):

Уравнения при минимизации  по 1 (рис. 2б):

Разложим функции по базису, используя законы ДеМоргана.

1) ИЛИ-НЕ (все функции  из минимизации по 0)

2) И-НЕ (функция Ф2 из минимизации по 0, функции Ф1, Ф3 из минимизации по 1)

Число элементов, соединений (дорожек  на печатной плате) и микросхем КСУ  определяется непосредственным подсчетом на схеме (рис. 3).

а)

Рис. 3. Схемы КСУ в  разных базисах: а – базис ИЛИ-НЕ (начало)

 

б)

Рис. 3. Схемы КСУ в  разных базисах: б – базис И-НЕ (продолжение)

 

в)

Рис. 3. Схемы КСУ в  разных базисах: в – базис И, ИЛИ, НЕ (окончание)

 

Сложность КСУ в различных базисах характеризуется в табл. 3.

 

Таблица 3. Характеристики вариантов КСУ

Базис	Число логических элементов	Число соединений	Число корпусов ИМС
И, ИЛИ, НЕ	14	24	5
ИЛИ-НЕ	12	22	4
И-НЕ	14	25	4

 

Окончательно выбирается КСУ в  базисе ИЛИ-НЕ как имеющая наименьшее число микросхем. Схема КСУ представлена на рис. 4.

Рис. 4. Схема КСУ, реализующая  функции Ф1, Ф2, Ф3 на элементах ИЛИ-НЕ

 

2 Синтез автомата на мультиплексорах

2.1 Разработка схемы индикации на мультиплексорах

Необходимо разработать схему  индикации (СИ) на мультиплексорах, которая  отображает на семисегментных индикаторах  числа с 40 по 85. Приведем буквенные  обозначения сегментов индикаторов (рис. 5), согласно которым составим таблицу логических функций сегментов (табл. 1).