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.

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.

Рис. 2.1.1.

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.

Отображаемые цифры и буквы	Входная комбинация (двоичный код)	Выходная комбинация (семисегментный код)
X3	X2	X1	X0	g	f	e	d	c	b	a
A
B
C
D
F
G

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.

Отображаемые цифры и буквы	Входная комбинация (двоичный код)	Выходная комбинация (семисегментный код)
X3	X2	X1	X0
A
B
C
D
F
G

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

Рис. 2.1.3.

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

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0					X3 X3 X3
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0					X3 X3 X3
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0					X3 X3 X3
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0					X3 X3 X3
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0					X3 X3 X3
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0					X3 X3 X3
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

Карта Карно для функции :

X1 X1
X0 X0					X3 X3 X3
X2 X2 X2

После выделения областей получим следующую функцию

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	Y
	0

X1	X2	X3	Y

а)

б)

X1	X2	X3	X4	Y

X1	X2	X3	Y

г)

X1	X2	X3	X4	X5	Y
*	*	*	*	*

в)

д)

X1	X2	X3	X4	Y

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.

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.

Рис. 2.1.7.

Принципиальная схема

Принципиальную схему разрабатываем на основе функциональной, подбирая для каждого элемента из специальных справочников типономиналы, соответствующие ГОСТу.

КР1533ЛН1

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

где Х – входной сигнал,

Y – выходной сигнал.

КР1533ЛИ6

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

где Xi – входные сигналы,

Y – выходной сигнал.

КР1533ЛИ3

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

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

где Xi – входные сигналы,

Y – выходной сигнал.

КР1533ЛЕ4

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

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

где Xi – входные сигналы,

Y – выходной сигнал.

КР531ЛЕ7

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

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
*	*	*	*

где Xi – входные сигналы,

Y – выходной сигнал.

К155ЛЕ3

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
	*	*	*	*

где Xi – входные сигналы,

Е1 – вход стробирования,

Y – выходной сигнал.

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.

Рис. 3.7.1.

где a, b, c, d, e, f, g – светодиоды индикатора.

Составленная принципиальная схема представлена в приложении 2.