Сандық ақпаратты тізбектей еңізу құрылғысы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мазмұны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КІРІСПЕ

 

Бұл курстық жұмысты бастамас бұрын студенттің микросхематехника пәнінен білімі жоғары болу керек. Бұл курстық жұмыстағы тақырыптар бір бірімен тығыз байланысты. Айта кететің болсақ ол шифратор, санауыш және тағы басқа сандақ құрылғыларды қарастырамыз.

Импульсты генератордан

 келетің кіру

 

 

 

 

 

 

                               

 

 

 

                   УЕСҚ-ның шығулары           Регистрдің ақпаратты

                                                                тізбектей шығ. шығулар

 

Сурет- а.

Яғни курстық жұмыста  сурет-а да салынған структуралық схема б/ша цифрлық ақпартты тізбектей енгізетің құрылғының принципиальды электрлік схемасын құру керек.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. БӨЛІМ. Шифратор (нышандағыш)

 

Шифратор немесе кодер ( coder немесе encoder ) –сандық ақпараттардың  екілік код түрінде орындайтын СҚ, яғни ондық сандардың код сөздеріне түрлендіру. Кез-келген шифратордың тиісті ондық сандар кірісіне және сәйкес код сөздеріне шығыстары болады. Көбінесе мұндай түрлендіруді ондық сандарға жүргізуде келеді. Шифраторлар көп функционалды СҚ микросхемасында қолданылуы мүмкін. Шифратор кескіні ағылшын әріпімен ( сурет 1 ) CD (coder) белгіленеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 1.

 

Шифратордың жұмыс атқару жүйесінде 2-сур қарапайым ЖӘНЕ – ЕМЕС элементтерінен құралған нышандағыш схемасы түрінде болады.

Жоғары 10 жолға 0 – 9 аралығында кіріс сандар мәні беріледі. Бұл сандар келіп түсетін ЖӘНЕ схемасының қосылуы суреттегідей деп алсақ, олардың төменгі шығыстарында белгілі бір екілік сандар жүйесі шығады.

 

 

 

Нышандағыштың ақиқат кестесі:

 

Ондық сандардың кірулері	<<5311>> кодтың шығулары
х	У3	У2	У1	У0
0	0	0	0	0
1	0	0	0	1
2	0	0	1	1
3	0	1	0	0
4	0	1	0	1
5	1	0	0	0
6	1	0	0	1
7	1	0	1	1
8	1	1	0	0
9	1	1	0	1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У₀= Х₁ \/ Х₂ \/ Х₄ \/ Х₆ \/ Х₇ \/ Х₉             6 эл. НЕМЕСЕ

 

У₁= Х₂ \/ Х₇                                           2 эл. НЕМЕСЕ

                                                                

У₂= Х₃ \/ Х₄ \/ Х₈ \/ Х₉                            4 эл. НЕМЕСЕ

                                         

У₃= Х₅ \/ Х₆ \/ Х₇ \/ Х₈ \/ Х₉                    5 эл. НЕМЕСЕ

 

Де Морганның 1-ші заңы:

          __

1. А= А

     ____________ __   __   __

2. А \/ В \/ С \/... = А * В * С * ...

     

У₀=Х₁ \/ Х₂ \/ Х₄ \/ Х₆ \/ Х₇ \/ Х₉ = Х₁ * Х₂ * Х₄ * Х₆ * Х₇ * Х₉ =

 

Х₁   Х₂  Х₄   Х₆   Х₇  Х₉

      _______   __    __

У₁= Х₂ \/ Х₇ = Х₂ * Х₇ = Х₂  Х₇ ;

 

      _______________ __  __ __     __

У₂= Х₃ \/ Х₄ \/ Х₈ \/ Х₉ = Х₃ * Х₄ * Х₈ * Х₉ = Х₃ Х₄ Х₈  Х₉ ;

                                                                  

   

У₃= Х₅ \/ Х₆ \/ Х₇ \/ Х₈ \/ Х₉ = Х₅ * Х₆ * Х₇ * Х₈ * Х₉ = Х₅  Х₆ Х₇  Х₈  Х₉

                                                                 

Барлығы: 1) элемент  6И  – НЕ       2) элемент   2И- НЕ

                 

                 3) элемент 4И –НЕ         4) элемент  5И – НЕ

Элементтер  және микросхемалар  тізімі:

 

Позиц. белгілеу	Аталуы	Саны	Ескерту
D1.1   D2.1   D3.1   D4.1	K555ЛА2   K555ЛИ1   K555ЛИ6   K555ЛЛ1	1   1   1   2	Барлығы қолданады   3 эл. қолданылмайды   1 эл. қолданылмайды   3 эл.  қолданылмайды

 

ЖӘНЕ-ЕМЕС базисіндегі  шифратор схемасы:

 

Ондық сан кірістері

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 1.2

 

Ескерту: Жұмысты анализдеу  кезінде мыналарды ескеру қажет: Біздің құрған шифраторымыз (басылымдылықты) емес, активті сигналды бір ондық  санның  кірісіне беруге болады. Басылымдылықты ұйымдастыру үшін аз ондық сан кірістерінде активті сигналдың (блокировкалануын) қадағалау қажет.

Шифратор 5 санын кодтау керек дерлік. Ол үшін активті сигналды 0 (өйткені барлық кірістері инверсті) осы 5 санының кірістеріне береміз. Қалған барлық сан кірісіне пассивті логикалық деңгей 1 береміз. Схема бойынша анықтаймыз ( сурет 1.2), шығыста 1000 қалыптасады (ескереміз: қорытындыдағы код сөздерін төменнен жоғарыға қарай оқу қажет). Алынған шешімді ақиқат кестесімен  салыстырамыз және қорытынды жасаймыз: шифратор  санын дұрыс түрлендірді. Жұмысқа толық анализ жасау үшін барлық нұсқаларды тексеру талап етіледі, яғни осы жағдайда барлық санның дұрыс қолданылатынын тексеру керек. Біздің құрған схемамыз (сурет 1.2.) көшірме.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. БӨЛІМ. Санауыш

 

Санауыш дегеніміз - цифрлық электрондық құрылғы, кірісінде қанша рет логикалық күйдің өзгеруі есептеуге арналған құрылғы. Санауыштардың негізі ретінде 2 және 2-10 кодты пайдалыну. Санауыштардың келесі типтері кең ауқымда таралған:

Әр импульс келген сайын есептеү нәтижесі бірге  өссе (суммируюший) деп аталады. Егер есептеу процесінде бұл нәтиже бірге кемісе бұндай есптеүіш алу (вычитающий) деп аталады. Егер осы екі қасиеттері бірге қолданса ондай есептеуіш (реверстік) деп аталады.

Санауыш импульстар санын  санау үшін керек. Мысалы бізге онға дейінгі импульстар санын есептеп шығару керек делік. Санауыштар негізі, тригерлердің тек екіге (0,1) дейін ғана санай алатынын біле отырып қажетті, триггерлер санын біз 2ⁿ=10 теңдеуінен n-санын мәні ретінде табуымызға болады. Сонымен 2³<10<2⁴ болғандықтан, n =4 деп аламыз, яғни триггерлер саны төрттен кем болмауы тиіс. Бірақ тағы ескеретін жай: төрт триггерден тұратын триггер 16-ға деиін санай алады.

Санауыштың ақиқат кестесі:

 

Кіру сигн. N	Санау нәтижесі					D3	D2	D1	D0
	10-дық жүйе	2-лік жүйе
		Q3	Q2	Q1	Q0
1	0	0	0	0	0	0	0	0	1
2	1	0	0	0	1	0	0	1	0
3	2	0	0	1	1	0	0	1	1
4	3	0	1	0	0	0	1	0	0
5	4	0	1	0	1	0	1	0	1
6	5	1	0	0	0	0	1	1	0
7	6	1	0	0	1	0	1	1	1
8	7	1	0	1	1	1	0	0	0
9	8	1	1	0	0	1	0	0	1
10	9	1	1	0	1	0	0	0	0

 

 

Вейч картасының толтырудың тәртібін анықтаймыз:

СДНФ формасы :

       __   __    __    __                     __   __             __           __            __  __                     

D₀= Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/

   __   __  

\/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃

 

 Q₂ Q₂                   

 

                                                                  Q₁

          Q₃ 

 

       Q₁

                                        

Q₃   

                                                                Q₁

 

                         Q₀ Q₀ Q₀

 

МДНФ

       __   __    __    __                     __   __             __           __            __   __                     

D₀= Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/

   __   __  

\/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃

 

 

 

 

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                __    __     __                   __  __    __    __  __                    __    __

D₁ = Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/  Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃

 

 Q₂ Q₂ 

  

                                                                 Q₁ 

          Q₃  

    2 аймақ

        Q₁

        1 аймақ

Q₃     

                                                                    Q₁

 

                         Q₀ Q₀ Q₀

 

1 аймақ 2 аймақ

__  __   __                  __   __                                 __   __     __              __    __

*

Q₃ * Q₂ * Q₁ * Q₀        = Q₃ * Q₂ * Q₀                 Q₃ * Q₂ * Q₁ *  Q₀   = Q₃ * Q₂ * Q₁

__    __                                                               __    __

 

Q₃ * Q₂ * Q₁ * Q₀                                                Q₃ * Q₂ * Q₁ * Q₀

 

МДНФ

      __    __                     __    __ 

D₁= Q₃ * Q₂ * Q₀ \/ Q₃ * Q₂ * Q₁

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

          __   __            __            __           __     __    __    __                     __   __

D2 = Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/  Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^Q₃

 

 

 Q₂ Q₂  

    

                                                                Q₁ 

          Q₃  

        2 аймақ

Q₁

                                      1 аймақ

Q₃     

                                                                    Q₁

 

                         Q₀ Q₀ Q₀

 

 

1 аймақ 2 аймақ

__            __    __        __            __                __    __     __               __

Q₃ * Q₂ * Q₁ * Q₀      = Q₃ * Q₂ * Q₁  Q₃ * Q₂ * Q₁ *  Q₀   = Q₃ * Q₂

 

 

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     -----------------------                          -----------------------                                          

----------------------                                                                          ------------------------                          

Q₃ * Q₂ * Q₁ * Q₀                                                       Q₃ * Q₂ * Q₁ * Q₀       * Q1

 

МДНФ:

 __            __     __    __                    

D₂ = Q₁ * Q₂ * Q₃ \/ Q₁ * Q₂ * Q₃

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                __           __   __          

D3 = Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃ \/ Q₀ ^ Q₁ ^ Q₂ ^ Q₃

  

 Q₂ Q₂  

  2 аймақ  

                                                                  Q₁  

          Q₃ 1 аймақ   

     

Q₁

 

Q₃     

                                                                    Q₁

 

                         Q₀ Q₀ Q₀ 

 МДНФ:

                 __           __   __            

D3 = Q₀ * Q₁ * Q₂ * Q₃ \/ Q₀ * Q₁ * Q₂ * Q₃

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Элементтер тізімі кестесі:

Шығыстар саны	Позц. белгіленуі	Аталуы	Саны	Ескерту
D0	D1	K555ЛН1	1	2 эл. қолданылмайды
	D2	K555ЛИ6	3	4 эл. қолданылмайды
	D3	К555ЛЛ1	1	1 эл. қолданылмайды
D1	D1	К555ЛН1	1	3 эл. қолданылмайды
	D2	К555ЛИ3	1	1 эл. қолданылмайды
	D3	К555ЛИ1	1	3 эл. қоданылмайды
D2	D1	К555ЛН1	1	3 эл. қолданылмайды
	D2	К555ЛИ3	1	1 эл. қолданылмайды
	D3	К555ЛЛ1	1	3 эл. қолданылмайды
D3	D1	К555ЛН1	1	3 эл. қолданылмайды
	D2	К555ЛИ6	1	4 эл. қолданылмайды
	D3	К555ЛЛ1	1	3 эл. қолданылмайды

 

Элементтердің аппарттық  және тежеу уақытын есептеу:

D₀

W = 2/6 + 4/8 + 1/4 = 26/24 = 2;        T = 3      ( Q₀…Q₄ кірісі бойынша 3 элемент яғни D1.1, D2.1, D3.1).

D₁

W = 3/6 + 1/3 + 3/4 = 19/12;                      T = 3  

D₂

W = 3/6 + 1/3 + 3/4 = 19/12;                      T = 3  

D₃

W = 3/6 + 4/8 + 3/4 = 3/4;                           T = 3  

 

 

 

 

ЖӘНЕ-ЕМЕС базисінде қосылған  санауыштың схемасы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. БӨЛІМ. Регистр

 

Регистр деп - сандық құрылғыларды триггерлердің паралельді және тізбектей қосылған түрін айтады. Регистр көбінесе Д-триггер негізінде жасалады. Регистр келесі түрге бөлінеді:

• Паралельді
• Тізбектей
• Универсалды

Төрт разрядты универсалды  К555ИР11 регистрдің микросхемасы төменгі  суретте көрсетілген:

 

 

 

                                                                           Ақпараттты тізбектей

                                                                           түрде шығаратын шығу

 

 

 

 

 

Универсалды регистр  негізінде паралельді және тізбектелген регистрлер жұмыс істеү принцібі қарастырылған,. Екі құрылғыны паралельді және тізбекті кірістерін дара көрсетуді (жазуда) қосалқы кірістер қолданылады, бұл кірістерден басқа орнықтыру  кірістері R₀ және S₀ кірістері бар. Яғни регистрдің бастапқы күйге түсіру үшін R кірісін қолданамыз. Егер RD-RW болған жағдайда бұндай кірістерді (чтение – запись) оқу және жазу болып табылады. Бұл кірістен басқа сұлбаның классикалық V әріпімен берілген кірісін тізбектей және паралельді тізбектерді ажыратуға қолданад. Бұл ақпараттық кірістерді басқару үшін синхронды кірістер пайдаланады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д_1,2,3,4 – коммутатор

Д₉ – дешифратор

Д₁₁ V – паралельді және тізбектей кірістерді ажырату үшін қолданылады.

 

Регистрің ақпараттық шығындарға арналған уақыттық диаграммасы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БӨЛІМ. ОЕСҚ микросхемасын таңдау

 

УЕСҚ-ның разрядтілігінін, ұяшықтарының санын және ақпараттық сыйымдылығын есептейміз.

УЕСҚ – разрядтілігі: n=11 өйткені ақпарат 4 разрядтілік “5311” код түрінде енгізіледі. Ұяшықтың саны N=11 енгізілетін цифралардың саны бойынша УЕСҚ-ның ақпараттық сыйымдылығы:

M=n*N

M=4*11=44бит

Осы талаптарға К555РУ2 ОЕСҚ-ның  микросхемасы сәйкес келеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ҚОРЫТЫНДЫ

 

Бұл курстық жұмыста  біз шифратор, дешишратор, санауыштар, логикалық элементтерді және т.б. көптеген микросхемаларды қарастырдық. Сол сандақ құрылғылырдың әрқайсына жеке-жеке тоқталып өттік. Олардың жұмыс принциптері бір деседе болады, барлығы логикалық элементтерден құрылған. Логикалық элементтердің әрқайсының өз қасиеті бар. Яғни біз

Яғни курстық жұмыста  сурет-а да салынған структуралық схема б/ша цифрлық ақпартты тізбектей енгізетің құрылғының принципиальды электрлік схемасын құрдық.

Мұнда біз құрылғының негізгі түйіндерінің міндеті және жұмыс принцибын қарастырдық.

Ақпарат клавиатураның  көмегімен тізбектей бірінен  кейін бірі енгізіледі. Шифратор енгізілетің ондық цифорларды белгіленген – нұсқа бойынша берілген екілік – ондық кодқа түрленеді, ол код содан соң регистр мен УЕСҚ-ға жазылады. Регистр бұл ақпаратты тізбектей түрде келесі цифраны енгізгенше шығарып үлгеру керек. Қосатын санауыш УЕСҚ-ның цифралар енгізілетің ұяшығының адресін көрсетеді. Әр келесі цифра енгізілгеннен кейін – импульстар генераторы санауыштың санайтың кіруне импульс жібереді, импульс берген сайын санауыштың шығуындағы сан – «1» ге өседі. Бұл сан – келесі цифра жазылатың ұяшықтың адресі болады. Санауыштың циклы енгізілетің цифралардың санымен анықталатындылығын білдік.

 

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР

 

1. Ө.Ә.Айгараева, М.А.Нысанов, К.С.Асанова. Сандық қондырғыллар және микропроцессорлық жүйелер. – Астана: Фолиант, 2003. – 208 бет. Лот № 601
2. Шарапов А.В. Микроэлектроника: Учебное пособие. – Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2007. – 158 с.
3. Нарышкин А.К. Цифровые устройства и микропроцессоры: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений / Александр Кириллович нарышкин. – М.: Издательский центр <<Академия>>, 2006. – 320 с.
4. Интегральные микросхемы: Справочник / Б.В.Тарабрин, Л.Ф.Лунин, Ю.Н.Смирнов и др.; Под ред. Б.В.Тарабрина. – М.: Радио и связь, 1983. – 528 с., ил.
5. Гольденберг Л.М. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. Задачи и упражнения: Учеб. пособие для вузов/ Л.М. Гольденберг, В.А.Малев, Г.Б.Малько. – М.: Радио и связь, 1992.- 256 с.: ил.