Анализ технического задания. Все разнообразные средства цифровой техники: ЭВМ, микропроцессорные системы

Введение

Все разнообразные средства цифровой техники: ЭВМ, микропроцессорные системы измерений и автоматизации технологических процессов, цифровая связь и телевидение и т.д. строятся на единой элементной базе, в состав которой входят чрезвычайно разные по сложности микросхемы – от логических элементов, выполняющих простейшие операции, до сложнейших программируемых кристаллов, содержащих миллионы логических элементов.

Создание современной элементной базы средств вычислительной техники – научно – техническая задача, решение которой сейчас наиболее актуальная тема. С использованием базы элементов логик ТТЛ и ТТЛШ в данной курсовой работе и предстоит разработать схему простейшего микроконтроллера.

Микроконтро́ллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный

микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи.

Использование в современном микроконтроллере достаточного мощного вычислительного устройства с широкими возможностями, построенного на одной микросхеме вместо целого набора, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость построенных на его базе устройств. Используются в управлении различными устройствами и их отдельными блоками:

· в вычислительной технике: материнские платы, контроллеры дисководов жестких и гибких дисков, CD и DVD, калькуляторах;

· в электронике и разнообразных устройствах бытовой техники, в которой используется электронные системы управления — стиральных машинах, микроволновых печах, посудомоечных машинах, телефонах и современных приборах;

В промышленности:

· устройства промышленной автоматики — от программируемого реле и встраиваемых систем до ПЛК,

· системы управления станками.

Анализ технического задания

Тема курсовой работы: разработка простейшего микроконтроллера, выполняющего логические и арифметические операции, сопряженного с модулями памяти и индикации.

Согласно заданию задачами курсовой работы являются:

· Структуризация проектируемой схемы;

· Разработка и расчет схем электрических принципиальных отдельных структурных блоков;

· Разработка обшей электрической принципиальной схемы;

· Разработка и расчет источника питания;

В ходе данной работы следует разработать арифметический, логический блоки, блок выбора функции, порты ввода/вывода, блок индикации результата, запоминающее устройство и блок питания.

Ввод операндов последовательный, разрядность операндов равна четырем, индикация светодиодная, тип используемой логики - ТТЛ и ТТЛШ.

Для современной схемотехники характерно широкое использование базисов И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Для их реализации логические элементы строят, как правило, из двух частей: части схемы, выполняющей операции И или ИЛИ (так называемой входной логики), и инвертора, выполняющего операцию НЕ. Входная логика может быть выполнена на различных полупроводниковых элементах: диодах, биполярных и полевых

транзисторах. В зависимости от вида полупроводниковых элементов, применяемых для изготовления входной логики и инверторов, различают: диодно-транзисторную логику (ДТЛ), транзисторно-транзисторную логику (ТТЛ), ТТЛ с диодами Шоттки (ТТЛШ), эмиттерно-связанную логику (ЭСЛ), интегральную инжекционную логику (И2Л), логику на комплементарных парах полевых транзисторов (КМОП).

Транзисторно-транзисторная логика. Простейший логический элемент ТТЛ строится на базе многоэмиттерного транзистора VT∞выполняющего функцию «И» для сигналов, подаваемых на его эмиттеры, и транзисторного ключа VT1, выполняющего функцию «НЕ»

Элементы транзисторно-транзисторной логики с диодами Шоттки (или ТТЛШ) в сравнении с элементами ТТЛ имеют более высокое быстродействие и меньшую потребляемую мощность, что достигается применением диодов Шоттки. Принцип работы диода Шоттки основан на использовании потенциального барьера, который образуется в приконтактной области между металлом и полупроводником. В диодах Шоттки нет накопления избыточных зарядов, поскольку ток определяется переходом основных носителей из полупроводника в металл.

В ТТЛ логике содержится множество логических элементов, структура выводов микросхем которых очень схожа. Как правило, данные микросхемы 14-ти контактные, где вывод 7 – это общий провод (схемная земля), а 14 – подключение микросхемы к цепи питания +5В.

Следовательно, предстоит также подобрать блок питания с напряжением +5В и соответствующей мощностью.

Блок индикации предназначен для световой сигнализации, отображающей результат выполненной операции с помощью светодиодов.

Под структуризацией понимается построение одного целого из множества малых частей, также под этим значением принято понимать - назначение связей между элементами, то есть построение иерархии связей.

Разработка и расчет схем электрических принципиальных отдельных структурных блоков – разработка отдельных структурных блоков и расчет номиналов элементов.