МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ
«КИЕВСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»
КАФЕДРА КЭВА
Расчетно-графическаяконтрольная работа
по курсу«Цифровая электроника»
«Преобразователь двоичного кода от 0 до255 в двоично-десятичный код»
Киев, 2009
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
1. Способы реализации преобразователейкодов.
1.1 Преобразователь BCD от 0 до 99 в двоичный код.
1.2 Преобразователь двоичного кода от 0 до 255 в BCD.
1.3 Преобразователи входного кода вдополнение до 9 и в дополнение до 10
2. Преобразователь двоичного кода от 0 до 255 в BCD.
2.1 Структурная схема.
2.2 Описание работы схемы.
3. Описание элементов, использовавшихсядля реализации схемы.
3.1 DIP-переключатели.
3.2 Преобразователей кодов.
3.3 Семисегментный индикатор сдешифратором.
4. Схема электрическая принципиальная.
5. Моделирование схемы в среде QuartusII
Выводы
Список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ
Целью даннойрасчетно-графической работы является создание схемы преобразователь двоичногокода от 0 до 255 в двоично-десятичный код. Двоичный код задается DIP-переключателями.
Микросхемыпреобразователей кодов (англ. сonverter) служат для преобразования входныхдвоичных кодов в выходные двоично-десятичные и наоборот — входныхдвоично-десятичных кодов в выходные двоичные. Они используются довольно редко,так как применение двоично-десятичных кодов ограничено узкой областью,например, они применяются в схемах многоразрядной десятичной индикации. К томуже при правильной организации схемы часто можно обойтись без преобразования вдвоично-десятичный код, например, выбирая счетчики, работающие вдвоично-десятичном коде.
Кроме того, надо учесть,что любые преобразования параллельных кодов, даже самые экзотические, могут бытьлегко реализованы на микросхемах постоянной памяти нужного объема. Обычно этонамного удобнее, чем брать стандартные микросхемы преобразователей кодов.
На схемах микросхемыпреобразователей обозначаются буквами X/Y. В отечественных серияхпреобразователи имеют обозначения ПР.
В стандартные сериивходят две микросхемы преобразователей кодов: ПР6 для преобразованиядвоично-десятичного кода в двоичный и ПР7 для преобразования двоичного кода вдвоично-десятичный.
Для схемы будут построеныструктурная и электрическая принципиальные схемы (чертеж формата А3). Такжебудет проведено проверка корректности работы данного преобразователя в среде Quartus II (методом симуляции) и на учебном стенде фирмы ALTERA.
1. СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙКОДОВ
1.1 Преобразовательдвоично-десятичного кода от 0 до 99 в двоичный код
Для преобразованиядвоично-десятичных кодов от 0 до 99 достаточно двух микросхем ПР6 (рис.1.),которые необходимо каскадировать для увеличения разрядности.
Микросхемы ПР6 имеютвыходы ОК. Микросхема ПР6 имеет также вход разрешения выхода -ЕО при нулевомуровне на котором все выходы активны, а при единичном — переходят в состояниеединицы. Преобразователь ПР6 имеет дополнительные выходы А, В, С, неучаствующие в основном преобразовании.
Двоично-десятичный кодбез младшего разряда на входе ПР6 преобразуется в двоичный код без младшегоразряда на выходе ПР6. Младший разряд не участвует в преобразовании, оннепосредственно передается со входа на выход. Одна микросхема ПР6 обрабатываетвходные коды в диапазоне от 0 (двоично-десятичный код 00 000) до 39 (код 111001).
/>
Рис. 1. Преобразовательдвоично-десятичного кода от 0 до 99 в двоичный код
1.2 Преобразователь двоичного кода от 0 до255 в двоично-десятичный код
Для преобразованиядвоичных кодов от 0 до 255 требуется три микросхемы ПР7 (рис.2.), которыенеобходимо каскадировать для увеличения разрядности.
Микросхемы ПР7 имеютвыходы ОК. Микросхема ПР7 имеет также вход разрешения выхода -ЕО при нулевомуровне на котором все выходы активны, а при единичном — переходят в состояниеединицы.
Двоичный код без младшегоразряда на входе ПР7 преобразуется в двоично-десятичный код без младшегоразряда на выходе ПР7. Одна микросхема ПР7 может обрабатывать входные коды вдиапазоне от 0 (двоичный код 000000) до 63 (код 111111). Младшие разрядывходных кодов передаются на выход без обработки в обход микросхемы, так как ониодинаковые как в двоичном, так и в двоично-десятичном кодах.
/>
Рис. 2. Преобразовательдвоичного кода от 0 до 255 в двоично-десятичный код
Такой метод и будемиспользовать. Более подробное описание работы данной схемы, а также структурнаясхема приведены ниже.
1.3 Преобразователивходного кода в дополнение до 9 и в дополнение до 10
Наличие дополнительныхвыходов А, В, С у микросхемы ПР6 позволяет преобразовывать двоично-десятичныйкод от 0 до 9 в код дополнения до 9 или до 10 (рис.3.) То есть сумма входного ивыходного кодов в этом случае равна, соответственно, 9 или 10. Например, привходном коде 6 на выходе схемы а будет код 3, а на выходе схемы б — код 4. Всхеме б при входном коде 0 на выходе также формируется код 0. Как и всеостальные выходы микросхемы ПР6, выходы А, В, С имеют тип ОК. Такие схемы«дополнителей» применяются редко.
/>
Рис. 3. Преобразователивходного кода в дополнение до 9 (а) и в дополнение до 10 (б)
2. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДВОИЧНОГО КОДА ОТ 0ДО 255 В ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЙ КОД
2.1 Структурная схема
/>
Рис. 4. Структурная схемапреобразователь двоичного кода от 0 до 255 в двоично-десятичный код.
2.2 Описание работысхемы
Блок преобразователядвоичного кодасостоит из 3 микросхем DIP-переключателя. Различное нажатие этихпереключателей позволяет устанавливать двоичный код. 8-разрядная шина двоичногокода поступает на 2 преобразователя кодов. Младшие разряды входных кодовпередаются на выход без обработки в обход микросхемы, так как они одинаковыекак в двоичном, так и в двоично-десятичном кодах.
Для оповещенияпользователя о результате работы схемы используется 4 семисегментных индикаторас дешифратором. Цифровые сегменты используются для отображения входного кода.
В общем-то, схемаявляется достаточно простой и понятной.
Ниже более подробноописаны компоненты, использующиеся для построения схемы.
3. ОПИСАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ, ИСПОЛЬЗОВАВШИХСЯДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СХЕМЫ
3.1 DIP– переключатели
DIP-переключатели – один из типовпереключателей, использующиеся для коммутации. Имеет довольно таки простуюконструкцию. Позволяет осуществлять такие положения: замкнут – ток протекает вданном участке цепи, разомкнут – соответственно ток не протекает.Следовательно, такой тип переключателей обеспечит нам установления логического0 и 1.
Для защиты переключателейот больших токов возможно использование резисторов. В данной РГР мною былииспользованы простые проволочные резисторы на 10 кОм. Точность номиналарезистора не является столь востребованной, поэтому допуск можем брать ±20%.
Так как двоичный код 8-разрядный,то я взял 1 микросхему SWD1 –8. Она имеет 8 позиций.
3.2 Преобразователейкодов
Микросхемыпреобразователей кодов (англ. сonverter) служат для преобразования входныхдвоичных кодов в выходные двоично-десятичные и наоборот — входныхдвоично-десятичных кодов в выходные двоичные. Они используются довольно редко,так как применение двоично-десятичных кодов ограничено узкой областью,например, они применяются в схемах многоразрядной десятичной индикации.
Примером преобразователядвоичного кода от 0 до 255 в двоично-десятичный код может служить микросхема DM74185A производства фирмы Texas Instruments.
3.3 Семисегментный индикатор сдешифратором
Для отображениярезультатов работы схемы воспользуемся семисегментными индикаторами. Онипозволяют отображать цифры от 0 до 9, буквы от А до F, и десятичную точку. Значит, диапазон отображения такогоиндикатора – это число от 0 до F (HEX система исчисления).
Чтобы не задумываться оподключении дешифратора к индикатору, будем использовать микросхемы TIL309 производства фирмы Texas Instruments. В них уже встроен дешифратор,следовательно, на входы уже будет нужно подавать 4-разрядную шину данных.
Например, сигналу 1111будет соответствовать число F
(81 + 41+ 21 + 11 = 1510 = F16).
Вход DP отвечает за десятичную точку. Именноего будем использовать для отображения совпадения/несовпадения кодов. Инверсныйвход –LS отвечает за работу микросхемы, аинверсный вход –BI – за полноепогашение циферблата.
При конструировании схемыбудем использовать 3 таких семисегментных индикатора, так как на них будемвыводить текущий 8-разрядный входной код.
4. СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ
Для реализации схемыэлектрической принципиальной нам понадобятся такие микросхемы и компоненты:
DD1… DD3 – 3 микросхемы преобразователей кодов DM74185A.
HG1..HG3 – 3 микросхемы семисегментных индикаторов сдешифратором TIL309. Используются для отображениявходного кода .
SA1 – микросхема SWD1-8. Микросхема имеет 8 позиций DIP-переключателей. Используется дляустановления двоичного кода.
R1..R11 – резисторы по 10кОм.
Выводы на Землю и Питание+5В.
Сам чертеж схемыэлектрической принципиальной (А3) прилагается как приложение.
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СХЕМЫ В СРЕДЕ QUARTUSII
Для ввода двоичного кодаиспользуем 8 DIP-переключателей.
Так как в нашемраспоряжении только 2 семисегментных индикатора, то будем оперировать входнымкодом со старшими 8 разрядами равными 0. Тогда младшие 8 разрядов мы сможемнаблюдать на индикаторах.
Схема для симуляциипоказана на рис. 5., ее временные диаграммы на рис. 6. Схема для загрузки на учебныйстенд показана на рис. 7.
/>
Рис. 5. Схема преобразователядвоичного кода от 0 до 255 в двоично-десятичный код.
/>
Рис. 6. Временнаядиаграмма работы преобразователя двоичного кода от 0 до 255 вдвоично-десятичный код.
/>
Рис. 7. Схемапреобразователя двоичного кода от 0 до 255 в двоично-десятичный код,подготовленная для загрузки на стенд.
Как видно с временныхдиаграмм, моя схема преобразовует двоичного код в двоично-десятичный код.
Имеется место задержкамна выходе ( задержки преобразователей кодов примерно вдвое превосходят задержкилогических элементов).
ВЫВОДЫ
В даннойрасчетно-графической работе мною был реализован и исследован преобразовательдвоичного кода от 0 до 255 в двоично-десятичный код.
Потребовалось тримикросхемы ПР7 (DM74185A).
После создания структурнойсхемы и ее описания, был составлен перечень компонентов и микросхем, нужных дляконструирования такой схемы. После этого был сделан чертеж схемы электроннойпринципиальной (идет как приложение).
Кроме этого, в среде Quartus II была смоделирована схема. После симуляции были полученывременные диаграммы, что свидетельствуют о корректной работе схемы. Схема преобразователякода готова также для загрузки на учебный стенд.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙЛИТЕРАТУРЫ
1. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учебник для вузов/ Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И.Гуров; Под ред. О.П. Глудкина.- М.: Горячая линия – Телеком, 2002.
2. www.altera.com