Проектирование устройства синхронизации сигналов

Большой выходной ток нагрузки низкого и высокого уровней 24мА;

-  Гарантированные характеристики в диапазоне температур от -45⁰ до +85⁰С и напряжений; питания 5В±10%, 3,3 В ±0,3%;

-  высокая устойчивость к статическому электричеству и защелкиванию;

-  Возможность работы на нагрузку 50 Ом;

Допустимые значения внешних воздействующих факторов для данной серии

Переходя к реализации выходов и функций возбуждения памяти на элементах И-НЕ, получаем следующие представления

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

11. Преобразование схемы устройства с учетом выбранной элементной базы.

Преобразованная логическая схема с учётом выбранной элементной базы:

12. Разработка принципиальной схемы устройства.

Перечень элементов для реализации автомата.

Число неиспользуемых элементо равно трем, будем использовать их в качестве контрольных точек, что обеспечит высокую наблюдаемость схемы.

С учетом контрольных точек получаем:

Чтобы исключить низкочастотные помехи, на печатных платах вблизи разъема устанавливают развязывающие конденсаторы. Их емкость обычно выбирается из расчета не менее 0.1 мкФ на одну ИС.

Для исключения ВЧ помех, развязывающие конденсаторы рекомендуется размещать по площади печатной платы из расчета один конденсатор на группу не более чем из 10 ИС. Их емкость обычно выбирается из расчета не мене 0.002 мкФ на одну ИС.

Выберем для установки на плате два конденсатора типа КМ-6-Н90-1.0мкФ и один конденсатор типа КМ-6-Н50-0.1мкФ.

13. Расчет основных параметров устройства (время переключения, потребляемая мощность, время наработки на отказ).

Оценим быстродействие полученной схемы. Для этого рассмотрим путь прохождения сигнала от входа к выходу максимальной глубины:

Характеристики быстродействия ИС серии КР1554

Максимальное время переключения схемы при распространении сигнала по наиболее длинному пути, рассчитанное по усредненному максимальному времени переключения составляет:

t_{з ср}=2*6.75+2*6.5+4*6.75=53.5(нс);

t_{з max}=2*7. 25+2*7.25+4*7.75=60(нс);

Разработанное устройство удовлетворяет предъявленным требованиям по быстродействию.

Определим мощность, потребляемую синтезированным конечным автоматом.

Характеристики токопотребления ИС серии КР1554

Рассчитаем энергопотребление автомата.

Сначала рассчитаем потребляемый схемой ток:

при Т=25⁰   I=55*4=220 (мкА);

при Т= Т=-45⁰÷+85⁰I=55*40=2200 (мкА);

Потребляемая схемой мощность составит:

при Т=25⁰           Р_ср =220*5=1100 (мкВт)=1.1 (мВт);

при Т= Т=-45⁰÷+85⁰ Р_мах =2200*5=11000 (мкВт)=11 (мВт);

При f = 2 Мгц

Р_ср=2,2 мВ

Р_мах=22 мВ

Полученное значение подтверждает выполнение требований по мощности

Разработанное устройство удовлетворяет предъявленным требованиям по мощности.

Интенсивность отказов устройства, содержащего разнотипные элементы, определяется следующим соотношением:

Среднее время наработки на отказ устройства составляет:

T_ср = 1/λ

Перечень элементов устройства и значений интенсивности отказов приведен в таблице.

Время наработки на отказ разработанного устройства составляет:

 = 2 036 659.878 час.

Разработанное устройство удовлетворяет предъявленным требованиям по времени наработки на отказ.

14. Моделирование работы устройства, анализ правильности функционирования.

unit Unit1;

interface

uses

Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

Dialogs, StdCtrls;

type

TForm1 = class(TForm)

Button1: TButton;

Label2: TLabel;

Label4: TLabel;

Label5: TLabel;

Label6: TLabel;

Label1: TLabel;

Label3: TLabel;

Label7: TLabel;

Label8: TLabel;

Label9: TLabel;

procedure Button1Click(Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

var

Y1,y11,Y12,Y13,Y14,Y2,Y21,Y22,Y23,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,NQ1,NQ2,NQ3,NQ4,NQ5,i,J1,SQ1,SQ2,SQ3,SQ4,SQ5,x1,x2,NX2,NX1,S1,S2,S3,S4,S5,R1,R2,R3,R4,R5,S11,R12,R11,R21,R31,S41,S42,R41,R51,s31,R42,S32,S33,S34,S12,S13,S21,R32,R33,S51,S52,S53:integer;

xx1: array [0..46] of integer = (0,0,1,1,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,1);

xx2: array [0..46] of integer = (0,1,1,0,1,0,1,0,0,1,0,0,1,0,1,1,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,1,0,1,1,1,0,1,0,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,1,0);

Form1: TForm1;

implementation

{$R *.dfm}

function NAND2(var V1,V2:integer):integer;

begin

if v1*v2=1 then

NAND2:=0

else

NAND2:=1;

end;

function NAND3(var v1,v2,v3:integer):integer;

begin

if v1*v2*v3=1 then

NAND3:=0

else

NAND3:=1;

end;

function NAND4(var v1,v2,v3,v4:integer):integer;

begin

if v1*v2*v3*v4=1 then

NAND4:=0

else

NAND4:=1;

end;

function NON(var v1:integer):integer;

begin

if v1=1 then

NON:=0

else

NON:=1;

end;

function RS(var v1,v2,v3:integer):integer;

begin

if (v1=1) and (v2=1) then

RS:=v3

else

if v1+v2=0 then

begin

Showmessage('v1+v2=0');

end

else

if v1=0 then

RS:=1

else

if v2=0 then

RS:=0;

end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

label

l1,l2,l3,l4;

begin

Q1:=1;Q2:=0;Q3:=0;Q4:=0; Q5:=1;

NQ1:=0;NQ2:=1;NQ3:=1;NQ4:=1; NQ5:=0;

for i:=0 to 46 do

begin

J1:=0;

l1:

SQ1:=Q1;SQ2:=Q2;SQ3:=Q3;SQ4:=Q4; SQ5:=Q5;

x1:=xx1[i];

NX1:=NON(x1);

x2:=xx2[i];

NX2:=NON(x2);

//Формирование нового состояния триггеров

S11:=NAND2(NQ4,X1);

S12:=NAND2(NX1,Q3);

S13:=NAND2(NQ3,Q4);

S1:=NAND4(NQ5,S11,S12,S13);

R11:=NAND2(NQ3,NX2);

R1:=NAND4(Q1,NX1,NQ4,R11);

S21:=NAND2(Q1,NX2);

S2:=NAND3(X1,Q4,S21);

R21:=NAND2(Q3,X1);

R2:=NAND3(Q1,NX2,R21);

S31:=NAND2(Q1,NX2);

S32:=NAND2(Q1,Q4);

S33:=NAND2(NQ2,NX1);

S34:=NAND2(x1,NQ1);

S3:=NAND4(S21,S32,S33,S34);

R31:=NAND2(NX1,NQ1);

R32:=NAND2(Q1,NQ2);

R33:=NAND2(x1,Q4);

R3:=NAND3(R31,R32,R33);

S4:=NAND3(NX1,NQ3,X2);

R41:=NAND2(Q3,X1);

R42:=NAND2(NQ2,Nx1);

R4:=NAND4(Q1,NX2,R41,R42);

S51:=NAND2(NQ1,NQ3);

S5:=NAND3(X1,Q4,S51);

R51:=NAND2(NX2,NQ4);

R5:=NAND4(x1,Q5,NQ2,R51);

//Формирование выходных сигналов

Q1:=RS(S1,R1,SQ1);

Q2:=RS(S2,R2,SQ2);

Q3:=RS(S3,R3,SQ3);

Q4:=RS(S4,R4,SQ4);

Q5:=RS(S5,R5,SQ5);

NQ1:=NON(Q1);

NQ2:=NON(Q2);

NQ3:=NON(Q3);

NQ4:=NON(Q4);

NQ5:=NON(Q5);

Y11:=NAND3(NQ1,Q2,NX1);

Y12:=NAND3(Q3,NQ2,NX1);

Y13:=NAND3(NQ1,NQ4,X1);

Y14:=NAND3(Q3,Q4,x1);

Y1:=NAND4(Y11,Y12,Y13,Y14);

Y21:=NAND3(NQ1,NQ3,NQ5);

Y22:=NAND3(x1,NQ1,NQ2);

Y23:=NAND3(NX1,Q4,NQ5);

Y2:=NAND3(Y21,Y22,Y23);

Form1.Label1.Caption:=Form1.Label1.Caption+inttostr(x1)+' ';

Form1.Label2.Caption:=Form1.Label2.Caption+inttostr(x2)+' ';

Form1.Label3.Caption:=Form1.Label3.Caption+inttostr(y1)+' ';

Form1.Label7.Caption:=Form1.Label7.Caption+inttostr(y2)+' ';

if (SQ1=Q1) and (SQ2=Q2) and (SQ3=Q3) and (SQ4=Q4) and (SQ5=Q5)then

goto l2;

J1:=J1+1;

l2:

end;

goto l4;

l3:

ShowMessage('Ошибка');

l4:

end;

end.

Данный тест является полным, то есть он проверяет правильность