2.3 Блок памяти

      Блок  памяти - устройство хранения информации. В качестве этого устройства можно  выбрать ОЗУ или регистры. Так  как для хранения данных в ОЗУ  требуется схема большой сложности, то более удобным способом хранения чисел являются регистры. После преобразования чисел множителя и множимого шифратором они запоминается в соответствующих регистрах множителя и множимого. Также используется регистр для хранения конечного результата.

      2.4 Блок умножения

      Блок  умножения реализует операцию умножения  двух чисел которые находятся  в регистрах множимого и множителя. Он включает в себя сумматоры для  реализации схемы умножения комбинационным методом. При выполнении умножения частные произведения однозначно определяются множимым и очередным битом множителя. Частное -е произведение либо равно множителю, если , либо равно нулю, если . Каждое последующее частное произведение сдвинуто на один разряд по отношению к предыдущему. Окончательное произведение получается последовательным суммированием частных произведений.  Операнды полных сумматоров получают с помощью 2-входовых схем И аналогично .

      2.5 Блок индикации

      Чтобы проконтролировать правильность ввода  и узнать результат необходимо устройство отображения информации. Для того чтобы введенные числа и результат  отобразить на индикаторе необходим преобразователь кода. Преобразователь кода – преобразует двоичный код хранящийся в регистре результата в код соответствующий данному цифровому индикатору. После преобразования данных они подаются на блок индикации. В качестве блока индикации будет использоваться жидкокристаллический цифровой индикатор. Принцип управления согласно техническому заданию – фазовый.

 

       3. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ УСТРОЙСТВА

      Для построения схемы электрической  принципиальной устройства были выбраны два вида цифровых микросхем построенных на основе ТТЛ и КМДП логики. Использование различных видов логики обуславливается только тем, что в микросхемах ТТЛ логики присутствуют микросхемы необходимые для разрабатываемого устройства, а в КМДП логике таких микросхем нет, и наоборот. Т.е. часть необходимых микросхем есть в ТТЛ логике, а часть в КМДП логике. Использование микросхем с разным типом логики связано с некоторыми трудностями, а именно согласованием уровней сигналов на выходах микросхем одного типа и входах микросхем другого типа. Также микросхемам с разным типом логики необходимо разное напряжение питания.

      3.1 Клавиатура

      Для построения клавиатуры используется двухпозиционный  микропереключатель типа МП-12. Пределы  коммутирующих токов и напряжений 1мкА…0,5мА и 0,5…36В соответственно.

      Набор элементов для ввода данных и  устранения влияния дребезга изображен  на  рисунке 3.1.

       Рисунок 3.1 – Набор элементов  для ввода данных и устранения влияния дребезга контактов

      Набор составляют МП-12 (SA1), резисторы R1, R2, 2 элемента 2И-НЕ (DD4.2 и DD4.3) – К555ЛА3.  Элементы 2И-НЕ подключены таким образом, что реализуют простейший RS триггер с инверсными входами. В исходном положении питание подано на инверсный вход R, а на инверсный вход S подключена земля. Резисторы R1, R2 выбраны номиналом 1кОм, чтобы ограничить входной ток до 1 мА. На прямом выходе Q формируется сигнал логической единицы. Если нажать кнопку, то начнется многократное замыкание-размыкание контактов – дребезг. Но при каждом нажатии на кнопку триггер реагирует только на первое замыкание и последующий дребезг не изменяет состояния триггера. При подаче уровня логической единицы на инверсный вход S, а логического нуля на инверсный вход R на прямом выходе Q получаем уровень логического нуля. При отпускании кнопки триггер возвращается в первоначальное состояние. Таки образом на выходе триггера формируется импульс прямоугольной формы.

      Всего в клавиатуре задействовано одиннадцать  кнопок. Восемь кнопок отведены под  числа от 0 до 7. Девятая кнопка – знак умножить. Десятая кнопка – знак равно. Одиннадцатая  кнопка – сброс. В исходном состоянии на выходе всех триггеров соответствующих кнопкам 0…7 и сброс присутствует уровень логической единицы. При нажатии формируется уровень логического нуля (активный уровень).

      3.2 Шифратор

      После нажатия кнопки формируется уровень  логического нуля потому, что в  качестве приоритетного шифратора  будет использоваться К555ИВ3, а у  него все входы и выходы инверсные, и обычно входы сброса в микросхемах  инверсные (рисунок 3.2). При подаче на любой из входов лог. 0 на выходах 0-1-2-3 формируется инверсный код номера входа, на который подан лог. 0.

      

      Рисунок 3.2 – Шифратор приоритетов

        На выходах шифратора необходимо  поставить 3 инвертора, т.к. число  трехразрядное, четвертый выход не используется.

      3.3 Блок памяти

      Выходы  с триггеров соответствующих  кнопкам 0…7 заводятся на входы элемента 8И-НЕ, сигнализирующего состоянием логической единицы на выходе о том, что нажата одна из цифровых кнопок. На рисунке 3.3 изображена схема управления записью в регистры двоичного кода, соответствующего нажатой кнопке.

       Рисунок 3.3 – Схема управления записью пришедшего кода в регистры

      После действия сигнала reset на выходе реализованного на рисунке 3.3 Т-триггера (элемент DD4.4) уровень логической единицы. Если нажать любую из цифровых кнопок, то на выходе DD2 формируется уровень логической единицы и подается на DD7.1 и туда же подается уровень с выхода DD4.4, на выходе DD7.1 формируется уровень логической единицы, который разрешает запись в первый регистр. Туда записывается двоичный код нажатой цифровой кнопки. При нажатии кнопки умножить, Т-триггер изменяет свое состояние на противоположное, и таким образом, подключает второй регистр, для записи следующего двоичного кода.

      Для запоминания входных чисел используются регистры DD8, DD9. Особенность этих регистров в том, что он имеет четыре входа данных, каждому их которых соответствует свой тактовый вход. Но вход сброса общий для всего регистра. Это нужно для того, что входное число умножителя трехразрядное, а нам нужно еще хранить информацию о том, что например кнопка умножить была уже нажата (такая информация занимает как раз один разряд: 0 – не нажата, 1 - нажата). Такая информация позволит нам в дальнейшем гасить жидкокристаллический индикатор в случае если кнопка еще не нажата. 
 
 

                                       

      Рисунок 3.4 – Условное графическое обозначение  регистра

        Всего в схеме электрической  принципиальной умножителя используется  четыре регистра DD8, DD9, DD26, DD27. В DD8 в первые три разряда записывается пришедшее с клавиатуры число (множимое). В четвертый разряд записывается 1 – флаг того, что число уже пришло и его можно вывести на индикатор. То же для DD9, только записывается уже второе число (множитель). В DD27 записываются 3 младших разряда результата и флаг нажатия кнопки умножить. В DD28 записываются три старших разряда и флаг нажатия кнопки равно.

      3.4 Блок умножения

      С DD8 и DD9 информация (множимое и множитель) поступают на вход умножителя реализованного комбинационным методом (рисунок 1.1). Схема сумматора который входит в состав умножителя изображена на рисунке 3.5. Умножитель ничем не тактируется, и не зависит ни от каких управляющих сигналов, а поэтому умножает всегда. Т.е. как только будет введено второе число (множимое), на выходе умножителя сформируется результат. А по нажатию кнопки равно он запишется в регистры DD26, DD27.

      

      Рисунок 3.5 – Условное графическое обозначение  регистра

      На  выходах регистров DD26, DD27 – результат умножения в двоичном коде. Перед подачей его на дешифратор семисегментного кода, его нужно преобразовать в двоично-десятичный. Для этого используем микросхему К155ПР7. Т.к. младший разряд в двоичном и двоично-десятичном коде одинаковы, то он не подается на микросхему. Теперь полученный код, и коды с выходов регистров DD8, DD9 необходимо подать на микросхему К561ИД5 (преобразователь двоично-десятичного кода в семисегментный код со встроеной схемой управления цифровым индикатором фазовым методом) предварительно согласовав уровни ТТЛ и КМДП на микросхеме К561ПУ8.

      3.5 Блок индикации 

      Выходы  преобразователей в семисегментный код необходимо подключить к жидкокристаллическим индикаторам. В качестве жидкокристаллического индикатора был выбран ЦИЖ3-2 (рисунок 3.6).

      Рисунок 5.6 – Обозначение выводов жидкокристаллического индикатора ЦИЖ3-2

      Этот  индикатор одноразрядный, чтобы  вывести на нем множимое, знак умножения, множитель, знак равенства и результат (два разряда) необходимо шесть индикаторов. Для того, чтобы вывести на индикатор число, в индикаторах отвечающих за отображение чисел пообъединяем контакты:

      4,5   – соответствует A

      8   – соответствует B

      10   – соответствует C

      15,13 – соответствует D

      18   – соответствует E

      2   – соответствует F

      1,9   – соответствует G

      A, B, C, D, E, F, G – выходы микросхемы К561ИД5.

      Для того чтобы вывести на индикатор  знак умножения с четвертого разряда  регистра (флаг нажатия кнопки умножить) логический уровень через преобразователь  ТТЛ-КМДП поступает на К561ИД5 на входы  D1 и =1. Если это был уровень логической единицы, то ее двоичный код  преобразуется в семисегментный, т.е. активны выходы B, C. Если это был уровень логического нуля, то индикатор отключен. С выхода В или С берем сигнал и пускаем на входы 3, 5, 7, 12, 16 индикатора отвечающего за отображение знака умножения формируя тем самым этот знак. Также отображаем и знак равенства.

      3.6 Вывод

      Так как в данном устройстве используются микросхемы разных типов логики, то и напряжение питания у них  разное. Так для всех микросхем  ТТЛ логики используется напряжение питания 5В. Для микросхемы К561ИД5 необходимо два источника питания +5В и –5В. Для микросхемы К561ПУ8 необходимо напряжение питания +10В. Поэтому для защиты от помех в цепь питания для каждого типа логики устанавливаются конденсаторы. Для ТТЛ шесть электролитических конденсаторов К53-26-6,8 и шесть высокочастотных К70-6-0,047. Для КМДП на питании +5В используются конденсаторы установленные для ТТЛ, на питании –5В устанавливается по одному конденсатору из вышеперечисленных, то же на питании +10В.

       

 

4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

      Для схемы возбуждения жидкокристаллического  индикатора фазовым методом необходимо подавать на него сигнал прямоугольной  формы с частотой 15…20Гц. Поэтому  выберем генератор показанный на рисунке 6.1

Рисунок 6.1 – а) схема простейшего мультивибратора б) временная диаграмма

      Отрицательной обратной связью через резистор R охвачен инвертор DD1. Самовозбуждение обеспечивается емкостной связью, охватывающей два инвертора. Релаксационные процессы перезаряда конденсатора С через резистор R, которые включены последовательно между выходами DD1 и DD2, определяют длительности полупериодов Т1, Т2 частоту генерации f, и скважность выходных импульсов Q.

      Для ИМС ТТЛ-типа на сопротивление R накладывается ограничение сверху, поэтому обычно для серий 133, 155 оно не превышает 510 Ом. При R=390 Ом частота генерации приближенно определяется соотношением

      f_кГц=1,2/С_мкФ                 (4.1)

      Пусть частота генерации 40Гц, тогда С=1,2/0,04=30мкФ.

      Для конденсатора К73-26-33 частота генерации будет f=1,2/33=36Гц. Данная частота удовлетворяет требованию не менее 20Гц.

      Достоинства рассмотренного мультивибратора –  простота схемы и стабильность частоты  генерации: при изменении напряжения питания ИМС ТТЛ-типа от 4,5 до 5,5 вольт  частота изменяется только на 2%. Главный недостаток схемы – искажение вершин выходных импульсов. Но для данной схемы этот недостаток не важен, поскольку от генератора требуется генерировать сигналы не с высокостабильной частотой, а с частотой которой хватит для того чтобы обновлять данные на жидкокристаллическом индикаторе.