Выбор способа установки микросхем

Все микросхемы в разрабатываемом модуле имеют корпуса DIP со штыревыми выводами. Такое решение имеет несколько преимуществ:

• — микросхемы в корпусах со штыревыми выводами, как правило, меньше аналогичных в других типах корпусов;
• — монтаж таких корпусов на плату очень прост; Микросхемы в DIP корпусах находятся на достаточном расстоянии от платы, чтобы обеспечить нормальное охлаждение;
• — пайка производится со стороны, противоположной от корпуса микросхемы, что упрощает монтаж и разводку.

Описание принципиальной схемы устройства

Блок приема данных. Блок приема данных должен получать, хранить и выдавать 48 бит данных. Для его реализации выберем 6 ИМС КР 1554ИР 22, которые представляют собой восьмиразрядные регистры с параллельным вводом-выводом данных. Регистры DD1 и DD2 служат для приема информационного слова, регистры DD3 и DD4 — для приема порогового слова, регистры DD5 и DD6 — для приема слова сдвига.

Блок сравнения слов. Блок сравнения должен осуществлять сравнение двух 16-ти разрядных слов. Это можно реализовать последовательным соединением 4 элементов сравнения 4-х разрядных слов. Серия КР 1554 не содержит таких элементов, поэтому будем использовать ИМС КР 1564СП 1, которые представляют собой четырехразрядные компараторы. На вход «A=B» компаратора DD7 подаем напряжение высокого уровня, на входы «AВ» — напряжение низкого уровня. На входы «A=B», «AB» компараторов DD8 — DD10 подаем сигналы с одноименных выходов компараторов DD7 — DD9 соответственно, наращивая, таким образом, число разрядов схемы сравнения до 16.

Выходы «<» и «=» объединяются элементом «ИЛИ» DD11.1. DD11 является ИМС КР 1554ЛЛ 1, который состоит из 4 независимых элементов, выполняющих функцию «2ИЛИ», в одном корпусе.

Блок сдвига слов. Блок сдвига слов предназначен для сдвига 16-ти разрядного слова влево или вправо. После продолжительного поиска для реализации сдвига была выбрана ИМС КР 1554ИР 24, которая представляет собой универсальный восьмиразрядный регистр с совмещенным портом ввода-вывода и синхронным сбросом. Она обладает всеми преимуществами ИМС серии КР 1554, обладает возможностью наращивания, ввод и вывод информации осуществляется параллельно, возможна работа в режимах сдвига влево, сдвига вправо, приема данных. Недостатком является сложность управления схемой.

Для реализации блока наращиваем количество разрядов до 16. Для этого соединяем выходы DO7 и DO0 регистра DD14 с входами DI0 и DI7 регистра DD15 соответственно и выходы DO0 регистра DD15 с входами DI0 и DI7 регистра DD14 соответственно. Режим работы определяется значением сигналов на входах SO и S1. Параллельная загрузка осуществляется при высоком уровне сигнала на обоих входах, сдвиг влево — при сигнале высокого уровня на входе S0 и низкого — на входе S1, сдвиг вправо — при сигнале высокого уровня на входе S1 и низкого — на входе S0. Для управления режимами работы будем использовать 2 элемента «ИЛИ» и 1 элемент «ИЛИ-НЕ», а в качестве признака, по которому будет определяться направление сдвига, выберем нулевой бит слова сдвига. Логический элемент «ИЛИ-НЕ» DD13.1 используем в качестве инвертора, подав на оба его входа сигнал dc0, соответствующий первому биту слова сдвига. Выход DD13.1 объединим элементом «ИЛИ» DD11.3 с сигналом 6c, а выходной сигнал элемента DD13.3 подадим на входы S1 регистров DD14 и DD15. Элементом «ИЛИ» DD11.2 объединим сигнал dc0 с сигналом 6c, и результат дизъюнкции подадим на вход S1 регистров DD14 и DD15. Таким образом, во время прихода синхроимпульса 6c на обоих входах установится высокий уровень напряжения. К этому моменту на входах DI/DO0…DI/DO7 регистров будут находиться сигналы dc0… dc15, которые будут записаны в регистры. Блок сдвига слов управляется синхроимпульсом 7с, к приходу которого уже закончится синхроимпульс 4с, и направление сдвига будет определяться только значением dc0: сдвиг влево при dc0 высокого уровня, сдвиг вправо при dc0 низкого уровня.

Блок подсчета сдвигаемых слов. Блок подсчета количества сдвигаемых слов подсчитывает сдвигаемые слова. В техническом задании не указано максимально возможное количество слов, предположим, что их количество не будет превышать 99. Для реализации счетчика выберем две ИМС КР 1554ИЕ 16, представляющие собой двоично-десятичные каскадируемые счетчики с возможностью запрещения счета. КР 1554ИЕ 16 обладают возможность предварительной загрузки данных, которая нам не требуется. Выбор этой ИМС обусловлен преимущественно тем, что счет осуществляется в двоично-десятичном коде. На инверсный вход параллельной загрузки счетчиков DD16 и DD17 подаем логическую единицу, т.к. режим параллельной загрузки использоваться не будет. По этой же причине на входы D00 … D03 подается сигнал низкого уровня. Выход переноса CR счетчика DD16 соединяем с входом разрешения переноса ECR счетчика DD17. На входы разрешения счета ECT обоих счетчиков подаем сигнал высокого уровня.

Счетчик увеличивает свое значение по фронту импульса на входе C обоих ИМС. На него подаем сигнал с выхода логического элемента «И» DD12.3, объединяющего сигнал с выхода DD11.1 (см. блок сдвига слов) и синхроимпульс 7c. В результате такой коммутации в момент прихода синхроимпульса 7с счетчик будет увеличивать на единицу свое значение только в том случае, если информационное слово меньше либо равно пороговому слову. DD12 является ИМС КР 1554ЛИ 1, которая состоит из 4 независимых элементов, выполняющих функцию «2И», в одном корпусе.

Выходы счетчика соединены с входом регистра DD28, который представляет собой Р 1554ИР 22 и управляется синхроимпульсом 10с.

Блок индикации числа сдвинутых слов. Поскольку максимально возможное число сдвинутых слов мы приняли равным 99, то для его индикации нам потребуется 2 семисегментных индикатора и два двоично-десятичных дешифратора для управления семисегментным индикатором. Для преобразования двоично-десятичного числа в сигнал управления индикатором выберем ИМС 1564ИД 23, поскольку серия КР 1554 таких дешифраторов не содержит. На входы A0… A3 дешифратора DD18 подадим сигналы с выходов D0… D3 счетчика DD16, а на аналогичные входы дешифратора DD19 — сигналы с аналогичных выходов счетчика DD17. На инверсные входы установки LT и сброса BL дешифраторов подадим сигнал высокого логического уровня, поскольку значения на входе будет определяться значениями на выходе счетчиков. На вход управления LE подадим сигнал низкого логического уровня, разрешив, таким образом, работу дешифратора.

Непосредственную индикацию числа сдвинутых слов будут выполнять два семисегментных индикатора. Остановим свой выбор на отечественных индикаторах АЛС 321А с общим катодом. Они обладают приятным желто-зеленым цветом свечения, напряжение питания составляет 5 В. Недостатком всех светоизлучающих индикаторов является относительно высокая потребляемая мощность. Для АЛС 321А ее значение составляет 720мВт. На входы a… f индикаторов подаем сигнал с одноименных выходов дешифраторов DD18 и DD19. Для того чтобы избежать перегрева и выхода из строя индикаторов, необходимо использовать резисторы. Чтобы рассчитать их сопротивление, определим падение напряжения на них. Максимальное напряжение высокого уровня на выходе ИМС КР 1564ИД 23 при заданном напряжении питания равно 4,9 В. Максимальное прямое напряжение семисегментного индикатора АЛС 321А равно 3,6 В. Тогда падение напряжения на резисторе определяется по формуле:

.

Так как к цифровому выходу ИМС подключается только вход индикатора, то зададимся максимально возможным током ИМС 20мА.

.

При выборе резистора из таблицы номинальных значений можно взять резистор 68 Ом, т. е. больше чем рассчитали, чтобы не превысить максимально допустимый ток индикатора. Всего потребуется 14 таких резисторов. 4 и 12 выходы индикаторов соединяем с землей. Также поступает и со всеми неиспользуемыми выходами.

Блок контроля на четность. Блок контроля на четность служит для определения значения разряда контроля на четность числа сдвинутых слов, которое имеет 8 разрядов. Количество каскадов определяется как. В первом каскаде 4 логических элемента «Исключающие ИЛИ», во втором — 2, в третьем — 1. Всего 7 элементов. Для реализации контроля на четность выберем 2 ИМС КР 1554ЛП 5. На принципиальной схеме они обозначены как DD20 и DD21. Эти ИМС состоят из четырех двухвходовых логических элементов «Исключающие ИЛИ» в одном корпусе. Поскольку для реализации контроля на четность нам потребуется только 7 таких ЛЭ, один останется неиспользуемым. На все четыре ЛЭ ИМС DD20 подаем сигналы с выходов счетчика, на первые два ЛЭ ИМС DD21 подаем сигналы с выходов ИМС DD20, на третий ЛЭ ИМС DD21 подаем сигнал с выходов первого и второго ЛЭ этой же ИМС. На выходе третьего ЛЭ ИМС DD21 получим сигнал Er, который объединяем с синхросигналом 11с элементом «И» DD12.2 и результат этой конъюнкции возвращаем на шину данных.

Блок возврата слова данных. Блок возврата слова включает в себя коммутатор слов и выходной регистр. Коммутатор слов выдает в выходной регистр либо входное информационное слово, либо сдвинутое слово, в зависимости от результата сравнения блоком сравнения слов. Оба слова шестнадцатиразрядные и для выбора одного из них нам потребуется несколько селекторов-мультиплексоров. Остановим свой выбор на ИМС КР 1554, которая состоит из четырех двухвходовых селекторов-мультиплексоров, каждый из которых имеет по два входа данных. Для их выбора служит вход выбора данных SED. Если на него подано напряжение низкого уровня, то выбираются входы D0 одновременно всех четырех мультиплексоров, а если напряжение высокого уровня, то входы D1. Данные проходят на вход, если на вход EZ подано напряжение низкого уровня. Для реализации выбора одного из 16-ти разрядных слов потребуется 4 таких ИМС. На входы D0 первой из них, DD22, подаем сигналы di0… di3, на входы D1 — сигналы 1dc0…1dc3. На входы D0 ИМС DD23 подаем сигналы di4… di7, на входы D1 — сигналы 1dc4…1dc7, на входы D0 ИМС DD24 подаем сигналы di8… di11, на входы D1 — сигналы 1dc8…1dc11. На входы DO ИМС DD25 подаем сигналы di12… di15, на входы D1 — сигналы 1dc12…1dc15. На входы SED всех четырех ИМС подаем сигнал sed1 с выхода ЛЭ DD11.1, а на EZ — сигнал OE1 с выхода ЛЭ DD12.1.

Выходной регистр должен принять 16-ти разрядное слово и передать его на шину данных. Для его реализации выберем 2 ИМС 1554ИР 22, которые представляют собой восьмиразрядные регистры с параллельным вводом-выводом данных. На принципиальной схеме они обозначены DD26 и DD27. Управляются синхросигналами 8c и 9c, соответственно.