Проектирование 4-х разрядного преобразователя двоичного кода, страница 2

0	0	1	0
0	1	0	1
0	0	1	1
1	1	0	1

3.Обоснование выбора элементной базы

Теперь, когда мы имеем логические выражения выходов, можем начать сборку принципиальной схемы преобразователя. Для сборки будем использовать только элементы И, ИЛИ, НЕ, а именно: 2И, 3И, 4И, 2ИЛИ, 3ИЛИ, НЕ. Используем не только элементы 2И и 2ИЛИ, т.к. это приведёт к увеличению числа элементов и увеличению общего времени задержки сигнала.

В задании не налагается требование на место производства элементов, поэтому будем использовать иностранную элементную базу.

4. Разработка принципиальной схемы и моделирование работы устройства

Теперь приступаем к сборке схемы преобразователя в САПР OrCad 9.2.

Рис. 1 Схема

Далее моделируем работу схемы, для этого подаём на входы следующие сигналы:

  F=8kHz

  F=4kHz

  F=2kHz

  F=1kHz

Получаем следующие графики:

Рис. 2 Результат моделирования

Принимая не нулевое значение напряжения за логическую «1», а отсутствие его за логический «0» и сравнивая графики выходных сигналов с таблицей истинности, наблюдаем, что уровни напряжения на выходах при разных уровнях на входах полностью совпадают с соответствующими значениями логических значений на выходах в таблице истинности.

5. Разработка конструкции печатной платы.  Расчёт технических показателей устройства.

Спроектируем печатную плату преобразователя, используя элементы ТТЛ, удовлетворяющие требованиям и условиям эксплуатации (см. п. 1).

Будем использовать следующие элементы:

- 4 элемента НЕ представим как 4 отдельных корпуса микросхем 74ALS04B. В одном корпусе могут находиться 6 элементов.

Параметр	Значение параметра
Потребляемая мощность на вентиль	4 мВт
Среднее время задержки	3,5 нс
Средняя мощность схемы	24 мВт

Можем представить в виде одной микросхемы.

- 1 элемента 2И представим в виде корпуса микросхемы 74ALS08. В одном корпусе могут находиться 4 элемента.

Параметр	Значение параметра
Потребляемая мощность на вентиль	4 мВт
Среднее время задержки	5,0нс
Средняя мощность схемы	16 мВт

- 12 элементов 3И представим как 12 отдельных корпусов микросхемы 74ALS1011A. В одном корпусе могут находиться 3 элемента.

Параметр	Значение параметра
Потребляемая мощность на вентиль	4 мВт
Среднее время задержки	5,0нс
Средняя мощность схемы	12 мВт

Можем представить в виде 4-х микросхем.

- 8 элементов 4И представим как 8 отдельных корпусов микросхемы 74ALS21A. В одном корпусе могут находиться 2 элемента.

Параметр	Значение параметра
Потребляемая мощность на вентиль	4 мВт
Среднее время задержки	5,0нс
Средняя мощность схемы	8 мВт

Можем представить в виде 4-х микросхем.

- 10 элементов 2ИЛИ представим как 10 отдельных корпусов микросхемы 74ALS832A. В одном корпусе могут находиться 6 элементов.

Параметр	Значение параметра
Потребляемая мощность на вентиль	4 мВт
Среднее время задержки	5,0нс
Средняя мощность схемы	24 мВт

Можем представить в виде 2-х микросхем.

- 6 элементов 3ИЛИ представим как 6 отдельных корпусов микросхемы 74HC4075. В одном корпусе могут находиться 3 элемента.

Параметр	Значение параметра
Потребляемая мощность на вентиль	4 мВт
Среднее время задержки	5,0нс
Средняя мощность схемы	12 мВт

Можем представить в виде 2-х микросхем.

Температурный диапазон работоспособностивсех используемых микросхем:       -30..+70 градусов по Цельсию, что удовлетворяет условиям задания.

Рассчитаем среднюю потребляемую мощность схемы следующим образом:

P = 4*4+4+4*12+4*8+4*10+4*6 = 16+4+48+32+40+24 =164 мВт, что также удовлетворяет требованиям задания.

Все микросхемы могут быть подключены к источнику питания +5В  5% непосредственно, без предварительной нагрузки.

Все используемые корпуса выдерживают синусоидальные вибрации до 1,5кГц, перегрузки всякого рода до 15g включительно, одиночный удар до 10g.

Теперь с помощьюпакетаLayoutPlus семейства OrCad, используя вышеописанные элементы ТТЛ, можно спроектировать следующую печатную плату:

Рис. 3 Печатная плата (верхняя сторона)

Рис. 4 Печатная плата (нижняя сторона)

Размеры печатной платы указаны в мм.

Печатная плата разведена в 6 слоёв, на рисунках представленные только видимые стороны платы.

6. Оценка степени выполнения задания

В данной работе был произведён синтез преобразователя 4-х разрядного двоичного кода.

Преобразователь удовлетворяет всем требованиям и условиям эксплуатации, указанным в задании.

7. Список литературы:

1.  Цифровые устройства. Конспект лекций Сотникова Н.В.

2.  Материалы сайта http://eplast1.ru

3.  Материалы сайта http://ru.wikipedia.org