Реферат: Преобразователь семисегментного кода

--PAGE_BREAK--2. Функциональная схема преобразователя семисегментного кода.
 

Функциональная схема содержит сведения о способах реализации устройством заданных функций. По такой схеме можно определить, как осуществляются преобразования и какие для этого необходимы функциональные элементы. Каждый функциональный элемент  содержит лишь те входы и выходы, которые необходимы для его корректной работы. Данная схема разрабатывается на основе структурной схемы для каждого блока, в результате из отдельных функциональных элементов составляется общая функциональная схема объекта.
Полная функциональная схема генератора представлена в приложении 1.
2.1.  Блок преобразования двоичного кода в семисегментный.

Данный блок разрабатывается методом синтеза логических устройств с  несколькими  выходами, то есть на входе логического устройства есть  4-х значная  двоичная  комбинация, а на выходе 7-ми значная комбинация (семисегментный код).

Для визуализации чисел требуются индикаторы, отображающие цифры в привычной для человека форме, чаще всего это цифры десятичной и шестнадцатеричной систем счисления.

Простейшим из светодиодных индикаторов, выполняющих функции отображения выше названных чисел и некоторых других символов является семисегментный индикатор. Имеется семь элементов, расположенных так, как показано на рис. 2.1.1.

<img width=«74» height=«108» src=«ref-1_264095414-2181.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1048">
Рис. 2.1.1.

<img width=«420» height=«154» src=«ref-1_264097595-8597.coolpic» v:shapes="_x0000_s1049">
Каждый может светиться либо не светиться, в зависимости от значения соответствующей выходной функции, управляющей его свечением. Вызывая свечение элементов в определенных комбинациях, можно получить изображение цифр «0» — «9» и букв «A» – «F» (рис. 2.1.2).

Рис. 2.1.2.
При построении таблицы истинности преобразователя семисегментного кода (табл. 2.1.1) были приняты следующие условия: включенному элементу  соответствует сигнал лог.1.


Таблица 2.1.1.
Таблица истинности преобразователя семисегментного кода.

Отображаемыецифры и буквы

Входная комбинация (двоичный код)

Выходная комбинация (семисегментный код)

X3

X2

X1

X0

g

f

e

d

c

b

a













1

1

1

1

1

1

1







1









1

1



2





1



1



1

1



1

1

3





1

1

1





1

1

1

1

4



1





1

1





1

1



5



1



1

1

1



1

1



1

6



1

1



1

1

1

1

1



1

7



1

1

1









1

1

1

8

1







1

1

1

1

1

1

1

9

1





1

1

1



1

1

1

1

A

1



1



1

1

1



1

1

1

B

1



1

1

1

1

1

1

1





C

1

1







1

1

1





1

D

1

1



1

1



1

1

1

1



F

1

1

1



1

1

1

1





1

G

1

1

1

1

1

1

1







1

       

Синтез данного преобразователя производится с помощью минимизации каждой выходной функции в отдельности методом карт Карно.

При минимизации методом карт Карно нужно стремиться, чтобы число областей было минимальным, а каждая область содержала возможно большее число клеток. Т.к. синтезируемое устройство является устройством с несколькими выходами, то для получения минимальной схемы необходимо в картах Карно построить минимальное число областей, обеспечиваемых покрытие клеток, содержащих 1 во всех семи картах.

Для упрощения синтеза  и получения минимальной схемы уменьшаем число единиц в картах Карно и, соответственно увеличиваем число «общих» областей. Для этого инвертируем выходные функции в таблице истинности преобразователя семисегментного кода (табл. 2.1.2).




Таблица 2.1.2.

Таблица истинности преобразователя семисегментного кода с инверсными выходами.

Отображаемыецифры и буквы

Входная комбинация (двоичный код)

Выходная комбинация (семисегментный код)

X3

X2

X1

X0

<img width=«15» height=«25» src=«ref-1_264106192-96.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">

<img width=«16» height=«25» src=«ref-1_264106288-95.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026">

<img width=«12» height=«23» src=«ref-1_264106383-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027">

<img width=«15» height=«23» src=«ref-1_264106474-95.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028">

<img width=«12» height=«23» src=«ref-1_264106569-89.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">

<img width=«13» height=«23» src=«ref-1_264106658-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030">

<img width=«13» height=«23» src=«ref-1_264106750-93.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">











1













1







1

1

1

1

1





1

2





1





1





1





3





1

1



1

1









4



1









1

1





1

5



1



1





1





1



6



1

1













1



7



1

1

1

1

1

1

1







8

1





















9

1





1





1









A

1



1









1







B

1



1

1











1

1

C

1

1





1







1

1



D

1

1



1



1









1

F

1

1

1











1

1



G

1

1

1

1







1

1

1





Проанализируем работу преобразователя с помощью временных диаграмм, представленных на рис. 2.1.3.

<img width=«269» height=«373» src=«ref-1_264106843-6191.coolpic» v:shapes="_x0000_s1175">



Рис. 2.1.3.


Производим минимизацию каждой выходной функции отдельно методом карт Карно в зависимости от входной комбинации.

Карта Карно для функции <img width=«21» height=«34» src=«ref-1_264113034-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">:



<img width=«269» height=«221» src=«ref-1_264113145-451.coolpic» v:shapes="_x0000_s1047 _x0000_s1038 _x0000_s1039 _x0000_s1040 _x0000_s1041 _x0000_s1042 _x0000_s1044">X1                 X1



X0

 

  
X0



1



1



X3
X3
X3













1









1

            X2           X2           X2

После выделения областей получим следующую функцию <img width=«444» height=«31» src=«ref-1_264113596-732.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">
Карта Карно для функции <img width=«23» height=«34» src=«ref-1_264114328-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">:



<img width=«269» height=«221» src=«ref-1_264113145-451.coolpic» v:shapes="_x0000_s1092 _x0000_s1093 _x0000_s1094 _x0000_s1095 _x0000_s1096 _x0000_s1097 _x0000_s1098">X1                 X1



X0

 

  
X0

1

1



1



X3
X3
X3





1











1







            X2           X2           X2

После выделения областей получим следующую функцию <img width=«604» height=«31» src=«ref-1_264114890-937.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">




Карта Карно для функции <img width=«17» height=«30» src=«ref-1_264115827-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">:



<img width=«269» height=«221» src=«ref-1_264113145-451.coolpic» v:shapes="_x0000_s1099 _x0000_s1100 _x0000_s1101 _x0000_s1102 _x0000_s1103 _x0000_s1104 _x0000_s1105">X1                 X1



X0

 

  
X0

1

1

1

1



X3
X3
X3







1













1



            X2           X2           X2

После выделения областей получим следующую функцию <img width=«562» height=«27» src=«ref-1_264116377-806.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">
Карта Карно для функции <img width=«21» height=«30» src=«ref-1_264117183-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">:



<img width=«269» height=«221» src=«ref-1_264113145-451.coolpic» v:shapes="_x0000_s1106 _x0000_s1107 _x0000_s1108 _x0000_s1109 _x0000_s1110 _x0000_s1111 _x0000_s1112">X1                 X1



X0

 

  
X0



1



1



X3
X3
X3



1





1











1



            X2           X2           X2

После выделения областей получим следующую функцию <img width=«602» height=«27» src=«ref-1_264117745-853.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">




Карта Карно для функции <img width=«17» height=«30» src=«ref-1_264118598-98.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">:



<img width=«269» height=«221» src=«ref-1_264113145-451.coolpic» v:shapes="_x0000_s1113 _x0000_s1114 _x0000_s1115 _x0000_s1116 _x0000_s1117 _x0000_s1118 _x0000_s1119">X1                 X1



X0

 

  
X0











X3
X3
X3



1







1

1



1







            X2           X2           X2

После выделения областей получим следующую функцию <img width=«444» height=«27» src=«ref-1_264119147-649.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">
Карта Карно для функции <img width=«19» height=«30» src=«ref-1_264119796-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042">:



<img width=«269» height=«221» src=«ref-1_264113145-451.coolpic» v:shapes="_x0000_s1120 _x0000_s1121 _x0000_s1122 _x0000_s1123 _x0000_s1124 _x0000_s1125 _x0000_s1126">X1                 X1



X0

 

  
X0











X3
X3
X3

1

1







1

1





1





            X2           X2           X2

После выделения областей получим следующую функцию <img width=«718» height=«27» src=«ref-1_264120350-977.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">




Карта Карно для функции <img width=«19» height=«30» src=«ref-1_264121327-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">:



<img width=«269» height=«221» src=«ref-1_264113145-451.coolpic» v:shapes="_x0000_s1127 _x0000_s1128 _x0000_s1129 _x0000_s1130 _x0000_s1131 _x0000_s1132 _x0000_s1133">X1                 X1



X0

 

  
X0











X3
X3
X3

1



1















1



            X2           X2           X2

После выделения областей получим следующую функцию <img width=«638» height=«27» src=«ref-1_264121882-896.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">

После реализации всех функций можно проследить какие логические элементы участвуют в реализации блока преобразования двоичного кода в семисегментный. Для преобразования двоичного кода в семисегментный потребуются четыре элемента НЕ, трех и четырех-входовые элементы И, трех-, четырех-, пяти-входовые элементы ИЛИ-НЕ.

Таблицы истинности и условно-графические обозначения этих элементов представлены на рис. 2.1.6, где Xi – входные сигналы, Y – выходной сигнал.



Xi

<img width=«96» height=«55» src=«ref-1_264122778-913.coolpic» v:shapes="_x0000_s1150">Y



1

1

<img width=«108» height=«99» src=«ref-1_264123691-1234.coolpic» v:shapes="_x0000_s1151">

X1

X2

X3

Y













1





1







1

1



1







1



1



1

1





1

1

1

1

                                                 

       а)
                                               б)

X1

X2

X3

X4

Y

















1







1









1

1





1









1



1





1

1







1

1

1



1









1





1



1



1





1



1

1



1

1







1

1



1



1

1

1





1

1

1

1

1

X1

X2

X3

Y







1





1





1







1

1



1







1



1



1

1





1

1

1




<img width=«90» height=«94» src=«ref-1_264124925-1473.coolpic» v:shapes="_x0000_s1153"> 

<img width=«110» height=«128» src=«ref-1_264126398-1558.coolpic» v:shapes="_x0000_s1152">



                                                           г)
<img width=«99» height=«145» src=«ref-1_264127956-1698.coolpic» v:shapes="_x0000_s1155">


X1

X2

X3

X4

X5

Y











1

*

*

*

*

*





                    в)
                                                                               д)



X1

X2

X3

X4

Y









1







1







1









1

1





1









1



1





1

1







1

1

1



1









1





1



1



1





1



1

1



1

1







1

1



1



1

1

1





1

1

1

1




<img width=«105» height=«128» src=«ref-1_264129654-1595.coolpic» v:shapes="_x0000_s1154">



                        е)

Рис. 2.1.6. – Таблица истинности и УГО элемента: а) НЕ; б) 3И; в) 4И; г) 3ИЛИ-НЕ; д) 5ИЛИ-НЕ; е) 4ИЛИ-НЕ.


2.2. Блок индикации.

Блок индикации предназначен для отображения состояние регистров цифрового устройства. Данный блок состоит из семисегментного индикатора с общими катодами (рис. 2.1.7), т.к. он управляется высоким уровнем сигнала.

<img width=«147» height=«180» src=«ref-1_264131249-4576.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1160">
Рис. 2.1.7.
    продолжение
--PAGE_BREAK--
3. Принципиальная схема
Принципиальную схему разрабатываем на основе функциональной, подбирая для каждого элемента из специальных справочников типономиналы, соответствующие ГОСТу.
3.1.        
КР1533ЛН1

<img width=«115» height=«240» src=«ref-1_264135825-4865.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1161">Микросхема типа ЛН представляет собой инвертор и реализует функцию НЕ. УГО микросхемы представлено на рис. 3.1.1.
Рис. 3.1.1.

Данная ИМС содержит шесть элементов НЕ, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.1.1.

Таблицы 3.1.1.

Таблица истинности элемента НЕ

X

Y



1

1



где Х – входной сигнал,

      Y– выходной сигнал.
3.2.        
КР1533ЛИ6

<img width=«92» height=«168» src=«ref-1_264140690-2988.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1164">Микросхема типа ЛИ реализует функцию И. УГО микросхемы представлено на рис. 3.2.1.
Рис. 3.2.1.

Данная ИМС содержит два четырехвходовых элемента И, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.2.1.
Таблица 3.2.1.

Таблица истинности элемента 4И.

X1

X2

X3

X4

Y

















1







1









1

1





1









1



1





1

1







1

1

1



1









1





1



1



1





1



1

1



1

1







1

1



1



1

1

1





1

1

1

1

1


где Xi– входные сигналы,

       Y– выходной сигнал.
3.3.        
КР1533ЛИ3

Микросхема типа ЛИ реализует функцию И. УГО микросхемы представлено на рис. 3.3.1.

<img width=«114» height=«257» src=«ref-1_264143678-5204.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1166">
Рис. 3.3.1.

Данная ИМС содержит три трехвходовых элемента И, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.3.1.
Таблица 3.3.1.

Таблица истинности элемента 3И.

X1

X2

X3

Y













1





1







1

1



1







1



1



1

1





1

1

1

1


где Xi– входные сигналы,

       Y– выходной сигнал.
3.4.        
КР1533ЛЕ4

Микросхема типа ЛЕ реализует функцию ИЛИ-НЕ. УГО микросхемы представлено на рис. 3.4.1.

<img width=«109» height=«242» src=«ref-1_264148882-4946.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1168">
Рис. 3.4.1.

Данная ИМС содержит три трехвходовых элемента ИЛИ-НЕ, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.4.1.


Таблица 3.4.1.

Таблица истинности элемента 3ИЛИ-НЕ.

X1

X2

X3

Y







1





1





1







1

1



1







1



1



1

1





1

1

1

0


где Xi– входные сигналы,

       Y– выходной сигнал.
3.5.        
КР531ЛЕ7

Микросхема типа ЛЕ реализует функцию ИЛИ-НЕ. УГО микросхемы представлено на рис. 3.5.1.

<img width=«98» height=«242» src=«ref-1_264153828-4602.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1170">
Рис. 3.5.1.

Данная ИМС содержит два пятивходовых элемента ИЛИ-НЕ, каждый из которых работает в соответствии с таблицей 3.5.1.
Таблица 3.5.1.

Таблица истинности элемента 5ИЛИ-НЕ.

Х1

X1

X2

X3

Y

0







1

*

*

*

*

0


где Xi– входные сигналы,

       Y– выходной сигнал.

3.6.        
К155ЛЕ3

<img width=«108» height=«246» src=«ref-1_264158430-4825.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1172">Микросхема представляет собой два логических элемента 4ИЛИ-НЕ со стробированием. Если на входе стробирования присутствует низкий уровень, то вывод соответствующего элемента будет переведен в высокий уровень, независимо от состояния других входов. Если на входе стробирования присутствует высокий уровень, то элемент работает как обычный 4ИЛИ-НЕ (рис. 3.6.1).
Рис. 3.6.1.

Данная ИМС содержит два пятивходовых элемента ИЛИ-НЕ, в каждом из которых один вход – стробирующий (Е1), и работает в соответствии с таблицей 3.6.1.
Таблица 3.6.1.

Таблица истинности элемента 4ИЛИ-НЕ.

E1

Х1

X1

X2

X3

Y

1

0







1

0





1



0



1





0



1

1



0

1







0

1



1



0

1

1





0

1

1

1

0

1







0

1





1

0

1



1



0

1



1

1

0

1

1





0

1

1



1

0

1

1

1



0

1

1

1

1

0



*

*

*

*

1


где Xi– входные сигналы,

      Е1 – вход стробирования,

       Y– выходной сигнал.
3.7.        
АЛС320Б

Одноразрядный семисегментный цифробуквенный индикатор. Изготавливается на основе структур галлий – фосфор. Данный индикатор имеет зеленый корпус и не имеет цветных точек. УГО данного индикатора представлено на рис. 3.7.1.

<img width=«180» height=«216» src=«ref-1_264163255-9651.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1173">
Рис. 3.7.1.
где a, b, c, d, e, f, g – светодиоды индикатора.
Составленная принципиальная схема представлена в приложении 2.

    продолжение
--PAGE_BREAK--