Методические указания к курсовой работе общие положения

СХЕМОТЕХНИКА

Методические указания к курсовой работе

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Цель проекта

Целью проекта является получение студентами инженерных навыков схемотехнической разра­ботки цифровых устройств.

1.2. Задание на проект

Примеры типовых заданий и рекомендаций по их выполнению приведены в разделе 2 на­стоящего руководства. По своей трудоемкости каждое из этих заданий рассчитано на совмест­ную работу двух студентов. Для студентов - сотрудников рабочих групп предусматриваются индивидуальные задания по тематике кафедры.

1.3. Работа над типовым заданием

Работа над типовым заданием включает следующие разделы:

Выбор схемотехнических решений для построения отдельных блоков устройства. Так, например, процесс реализации межрегистровой схемы может быть основан на строгом автоматном подходе, синхронном или асинхронном. Но возможен и эвристический подход с использованием стандартных операционных узлов: счётчиков, сдвиговых регистров, мультиплексоров и др. Надо сопоставить трудоёмкость процесса проектирования в том или ином случае с достижимым эффектом и выбрать наиболее приемлемый путь.
Определение способов управления отдельными регистрами, счётчиками, триггерами и буферными схемами в составе устройства при заданной системе синхронизации.
Построение временных диаграмм работы отдельных блоков и устройства в целом.
Разработка электрических принципиальных схем составляющих блоков в ТТЛ - базисе с учётом нагрузочной способности элементов. При этом, в случае выбора строгих автомат­ных решений, необходимо предварительно построить таблицы переходов и выполнить ко­дирование состояний, а на этапе реализации принять меры к устранению рисков сбоя. При заданных параметрах линий связи следует откорректировать схему с учетом требова­ний согласования. В схеме необходимо предусмотреть установку развязывающих конден­саторов.
Проверка работоспособности полученной схемы на заданной частоте и ориентировочная оценка качества выполненной разработки по критерию числа корпусов микросхем и энергопотребления.
Подготовка к защите проекта.

1.4. Защита проекта

К защите предъявляется чертеж рабочего варианта электрической принципиальной схемы разработанного устройства, выполненный согласно требованиям ЕСКД и пояснительная записка стандартного оформления: титульный лист, содержание, работа над каждым разделом проекта, перечень использованных источников. Если проект является результатом совместной работы двух и более студентов, то в пояснительной записке должно быть указано, какая часть проекта выполнена каждым студентом.

Проект принимается комиссией в составе не менее двух преподавателей, один из которых руководитель проекта. Доклад на защите должен занимать не более 5 минут.

При оценке проекта учитывается:

- глубина и степень самостоятельности разработки;

- качество выполнения пояснительной записки и чертежа;

- правильность ответов на вопросы членов комиссии.

Процедура защиты и требования к оформлению не зависят от того, по какому заданию вы­полнился проект - типовому или индивидуальному.

1.5. Учебные материалы и справочники

В процессе работы над проектом рекомендуется использовать следующие материалы:

1. Конспект лекций по курсу «Схемотехника».

2. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. – М.: Мир, 2001.

3. Цифровая и вычислительная техника. Под ред.Э.В.Евреинова - М.:Радио и связь, 1991 г.

4. Микропроцессоры. 1, 2, 3 т.т. Под ред. Л.М. Преснухина.-М.: Высшая школа, 1986г.

5. Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. - М.: Высшая школа, 1987.

6. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике. Справочник. Под.ред. Файзулаева Б.Н. и Тарабрина Б.В. - М.: Радио и связь, 1987.

7. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. - М.: Радио и связь, 1987

8. Баев Е.Ф., Бурылин Е.И. миниатюрные электрические линии задержки. - М.: Сов.радио, 1977.

9. Электрические конденсаторы и конденсаторные установки. Справочник. Под.ред. Кучинского Г.С. - М.: Энергоиздат, 1987.

10. Резисторы. Справочник. Под.ред. Четверткова И.И. - М.: Энергоиздат, 1981.

11. Лисицин Б.Л. Низковольтные индикаторы. Справочник. - М.: Радио и связь, 1985.

2. ПРИМЕРЫ ТИПОВЫХ ЗАДАНИЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Ниже рассматривается пример типового задания, имеющий 20 вариантов примерно одинаковой сложности. При необходимости число вариантов может быть увеличено.

По характеру работы над проектом задания несколько различаются. Одним из них свойственно достаточное число используемых блоков при сравнительной простоте этих блоков. Вопросы организации их взаимодействия выступают здесь на первый план. В других заданиях число блоков устройства невелико. Зато каждый блок достаточно сложен, как в смысле проце­дуры синтеза, так и в смысле реализации схемы. Здесь уже акцентируются вопросы формаль­ного синтеза устранения рисков сбоя, присутствуют элементы исследования.

Такие вариации направлений проектирования, при почти одинаковой трудоёмкости, по­зволяют дифференцировать задания с учётом индивидуальных особенностей отдельных сту­дентов.

2.2 Типовое задание

2.2.1. Формулировка задания

К общей шине (ОШ) подключены несколько абонентов, каждый из которых функциони­рует автономно в соответствии с управляющей информацией, полученной от специального устройства - арбитра общей шины. Эта шина включает 3 линии связи: одну информационную и две синхронизирующие. Передача информации ведется в последовательном коде. При этом синхроимпульсы С1 отмечают начало каждого байта, а С2 синхронизируют передачу отдель­ных битов. Основная тактовая частота 1 МГЦ. Длительность синхроимпульсов 0,25 мкс. Их взаимное расположение представлено на рис.1.

При необходимости связи арбитр вырабатывает общий для всех абонентов сигнал ВНИМАНИЕ и затем - АДРЕС нужного абонента. Этот абонент после идентификации своего адреса выдает в шину сигнал ГОТОВ либо ЗАНЯТ в зависимости от своего состояния. Получив сигнал готовности, арбитр сразу же формирует непрерывную многобайтную посылку - инфор­мационное сообщение (ИС), которое замыкается сигналом КОНЕЦ ПЕРЕДАЧИ. Приняв эту

посылку, абонент отвечает сигналом КОНЕЦ ПРИЕМА при отсутствии ошибок передачи, либо сигналом ПОВТОРИТЬ ПЕРЕДАЧУ, если обнаружена ошибка. В последнем случае арбитр по­вторяет весь цикл связи заново.

Информационное сообщение имеет символьный характер. Каждый символ занимает 1 байт (8 разрядов). Алфавит сообщений содержит всего 200 символов. Остающиеся 56 символов могут быть использованы в качестве сигналов связи: ГОТОВ, ВНИМАНИЕ и др.

Для реализации связи каждому абоненту придается интерфейсный модуль-контроллер связи. Сигналы ГОТОВ и ПОВТОРИТЬ-ПЕРЕДАЧУ вырабатываются контроллером по полу­чении от своего абонента сигналов конца работы (КР) и ошибки передачи (ОП) соответственно. Укрупненная блок-схема контроллера показана на рис.2.

Требуется детализировать блок-схему и разработать принципиальную электрическую схему контроллера в базисе ИС KI 55 из условия минимизации числа корпусов микросхем. При это энергопотребление должно быть возможно малым. В процессе проектирования необходимо учесть, что длина общей шины 20 м, волновое сопротивление линии связи 100 Ом.

Предлагаемые варианты задания указаны ниже в таблице, где для каждого варианта приведены (в десятичном эквиваленте) адрес абонента и коды сигналов связи.

№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8< /p>	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Адрес	17	35	43	57	61	11	98	21	3	100	127	35	43	57	61	11	98	21	3	130
Внимание	201	251	236	217	101	119	151	8	93	255	231	251	26	27	10	119	151	8	93	25
Готов	111	202	252	237	218	102	172	75	19	177	161	202	22	237	18	12	12	75	19	177
Занят	171	112	203	253	238	219	133	108	22	13	71	112	23	23	38	219	133	108	22	13
Конец передачи	81	152	113	114	205	255	214	5	64	200	181	152	113	114	5	25	214	5	64	250
Конец приема	241	82	153	174	115	206	254	73	109	44	21	182	253	74	18	226	154	173	139	144
Повторить передачу	11	243	83	154	175	116	239	101	76	11	151	43	53	54	75	16	39	100	176	21

2.2.2. Рекомендации по выполнению

За основу обсуждения взята одна из возможных детализаций блок-схемы, ориентиро­ванная, в первую очередь, на широкое использование микросхем со средней степенью интеграции - сдвиговых регистров, счетчиков и арифметических - логических устройств (рис.2).

Схемы 1-5 могут быть реализованы на основе микросхем К155ИР1 (RG—>) и К155ИПЗ. Но имеет смысл подумать о том, не избыточна ли такая реализация. Можно попытаться, например, использовать для схем 1 и 2 общий регистр. Или вместо микросхемы К155ИПЗ применить иную реализацию схемы сравнения на равенство. Либо перейти к автоматной реализации этих схем.

Пусть, например, сигнал ВНИМАНИЕ имеет код 151, байтный двоичный эквивалент которого 1001 0111. В данном случае возможна только синхронная реализация автомата. Его таблица переходов показана на рис.2.2.2,6. Согласно таблице, потребуется регистр RGY всего лишь из трёх триггеров. Его реализация займет только одну микросхему К155ИР1 (вместо двух в предыдущем случае). Схема формирования сигналов возбуждения и выхода едва ли будет превышать по сложности одну микросхему К155ИПЗ (в базовом варианте надо применить две такие микросхемы). Так что подумать есть над чем.

Не исключено, что более удачной (чем регистровая) окажется реализация схем 3 и 5 на основе микросхем счётчиков и мультиплексоров. Во всяком случае, такой вариант также заслуживает внимания.

Что касается схемы 4, то здесь регистровый вариант является, скорее всего, наиболее приемлемым, т.к. информационное сообщение должно передаваться от контроллера к абоненту байтами по сигналам С1. Последнее обстоятельство обуславливает необходимость

применения на выходах регистра буферных усилителей, для которых сигнал С1 выполняет функцию разрешения по выходам (ЕО).

Следует отметить, что указанные на блок-схеме D-триггеры имеют динамическое управление «в строгом смысле», а RS-триггер является асинхронным. При этом его инверсный выход не только управляет работой регистра (сигнал РЕ), но и выполняет стробирование выходных буферов.

Выбор метода согласования с линией связи определен её длиной. Полезно иметь в виду и альтернативный вариант, связанный с использованием в качестве приемных элементов микросхемы К155ТЛ2. Поскольку ряд схем контроллера работает на передачу, то необходимо предусмотреть организацию их выходов с помощью специальных микросхем.