Разработка стенда для анализа работы логического элемента «кодер»

Министерство просвещения ПМР ГОУ «Тираспольский Техникум Информатики и Права»

Дипломная работа Тема: Разработка стенда для анализа работы логического элемента «кодер»

Исполнитель: Великодный Евгений Сергеевич Руководитель: Иванов Александр Леонидович г. Тирасполь 2014

Реферат Кодер является одним из основных элементов цифровой схемотехники, осуществляющим преобразование десятичных чисел в двоичную систему счисления. Шифраторы широко используются в разнообразных устройствах ввода и вывода информации в цифровых системах. Существуют разные виды шифраторов: двоичные, троичные, приоритетные.

В работе была поставлена задача, исследовать кодер с помощью программных средств Protel, OrCAD и SPICE. Рассмотрены принципы работы кодеров, а также проделана работа по изготовлению действующего макета стенда. В качестве элементной базы были выбраны логических элементы 3ИЛИ-НЕ, 2ИЛИ-НЕ и инвертор, изготовляемые по КМОП технологии.

В экономической части изучены методы ценообразования продукции на предприятиях, ценовая политика и стратегия, виды цен, рассмотрены методы ценообразования на территории ПМР.

В разделе охраны труда были изучены материалы по технике безопасности работы с электронной техникой, требованиям к организации и оборудованию рабочего места, а также противопожарная безопасность.

Оглавление Введение Глава 1. Техническая часть. Разработка стенда для анализа работы логического элемента «кодер»

1.1 Аналитический обзор по теме

1.1.1 Дешифраторы и шифраторы

1.1.2 Шифратор

1.1.3 Стандартное применение шифратора

1.1.3.1 Сведения о кодере

1.1.4 Дешифратор

1.1.5 Двоичные логические операции с цифровыми сигналами (битовые операции)

1.1.5.1 Элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ

1.1.5.2 Логика на КМОП транзисторах

1.2 Практическая часть

1.2.1 Основные характеристики системы автоматизированного проектирования OrCAD

1.2.2 Результаты исследований работы логических устройств с помощью программы схемотехнического моделирования PSpice AD

1.2.3 Анализ работы схемы «кодера»

1.3 Разработка конструкции стенда

1.3.1 Изготовление печатной платы и макета Глава 2. Экономическая часть. Цена и ценообразование на продукцию предприятия

2.1 Сущность и функции цены

2.2 Стратегии и методы ценообразования

2.3 Ценовая политика предприятия. Её сущность и значение. Цели и этапы

2.4 Цена и ценообразование на продукцию на территории ПМР Глава 3. Охрана труда. Безопасность работы с электронной техникой

3.1 Анализ условий труда

3.2 Характеристика санитарно-гигиенических условий труда

3.3 Производственная санитария и гигиена труда

3.4 Требования к организации и оборудованию рабочего места

3.5 Требования безопасности при работе с компьютерной техникой

3.6 Правила безопасности при травлении печатной платы

3.7 Требования безопасности при пайке

3.8 Требования безопасности при наладке и ремонте

3.9 Противопожарная безопасность

3.10 Выводы по охране труда Заключение Список литературы

Введение

Шифратор преобразует номер входного сигнала в выходной двоичный код, т. е. шифрует или кодирует номер входного сигнала. Количество выходных сигналов дешифратора и входных сигналов шифратора равно количеству возможных состояний двоичного кода (входного кода у дешифратора и выходного кода у шифратора), то есть 2ⁿ, где n — разрядность двоичного кода Микросхемы дешифраторов обозначаются на схемах буквами DC (от английского Decoder), а микросхемы шифраторов — CD (от английского Coder). Шифратор представляет собой матрицу кодирующих ячеек, каждая строка которой состоит из последовательно соединенных через информационные выходы n ячеек (n — число кодирующих сигналов).

Цена продукции для предприятия — важнейшая экономическая категория, оказывающая значительное влияние на его деятельность и решение социальных проблем. Цена — это один из четырех важнейших покупательских мотивов в выборе товаров длительного пользования. Информация о ценообразовании и ценах конкурирующих фирм представляет собой стратегический интерес. Многие компании изучают цены, сложившиеся на рынке, в целях информационного обеспечения конкурентной борьбы, реализации возможности повышения рентабельности, определения своей ценовой ниши. Изучение цен — объективная необходимость, особенно с учетом низкого уровня жизни значительной части населения нашей страны (и вследствие этого его особого отношения к ценам). Важна также грамотная организация охраны труда на предприятии, а именно: необходима служба охраны труда, необходимо проведение обучения работников, должны быть предусмотрены мероприятия пожарной безопасности, обеспечение работников соответствующими средствами индивидуальной защиты, а также проводиться аттестация рабочих мест.

Глава 1. Техническая часть. Разработка стенда для анализа работы логического элемента «кодер»

1.1 Аналитический обзор

1.1.1 Дешифраторы и шифраторы Функции дешифраторов и шифраторов понятны из их названий. Дешифратор преобразует входной двоичный код в номер выходного сигнала (дешифрирует код), а шифратор преобразует номер входного сигнала в выходной двоичный код (шифрует номер входного сигнала). Количество выходных сигналов дешифратора и входных сигналов шифратора равно количеству возможных состояний двоичного кода (входного кода у дешифратора и выходного кода у шифратора), то есть 2ⁿ, где n — разрядность двоичного кода (рис. 1). Микросхемы дешифраторов обозначаются на схемах буквами DC (от английского Decoder), а микросхемы шифраторов — CD (от английского Coder).

Рисунок 1.1. Функции дешифратора (слева) и шифратора (справа).

На выходе дешифратора всегда присутствует только один сигнал, причем номер этого сигнала однозначно определяется входным кодом. Выходной код шифратора однозначно определяется номером входного сигнала.

1.1.2 Шифратор Шифратор (coder) выполняет функцию преобразования унарного кода в двоичный. При подаче сигнала на один из входов (обязательно на один, не более) на выходе появляется двоичный код номера активного входа.

Рисунок 1.2. Схема кодера (шифратора). 6]

На рис. 3 показаны для примера две микросхемы шифраторов ИВ1 и ИВ3. Первая имеет 8 входов и 3 выхода (шифратор 8−3), а вторая — 9 входов и 4 выхода (шифратор 9−4). Все входы шифраторов — инверсные (активные входные сигналы — нулевые). Все выходы тоже инверсные, то есть формируется инверсный код. Микросхема ИВ1, помимо 8 информационных входов и 3 разрядов выходного кода (1, 2, 4), имеет инверсный вход разрешенияЕI, выход признака прихода любого входного сигналаGS, а также выход переносаEO, позволяющий объединять несколько шифраторов для увеличения разрядности.

Рисунок 1.3. Микросхемы шифраторов.

Таблица истинности шифратора ИВ1.

Из таблицы видно, что на выходах кода 1, 2, 4 формируется инверсный двоичный код номера входной линии, на который приходит отрицательный входной сигнал. При одновременном поступлении нескольких входных сигналов формируется выходной код, соответствующий входу с наибольшим номером, то есть старшие входы имеют приоритет перед младшими. Поэтому такой шифратор называется приоритетным. При отсутствии входных сигналов (вторая строчка таблицы) формируется выходной код 111. Единичный сигналEI (первая строчка) запрещает работу шифратора (все выходные сигналы устанавливаются в единицу). На выходеGS вырабатывается нуль при приходе любого входного сигнала, что позволяет, в частности, отличить ситуацию прихода нулевого входного сигнала от ситуации отсутствия любых входных сигналов. ВыходEO становится активным (нулевым) при отсутствии входных сигналов, но разрешении работы шифратора сигналомEI.

Приоритетный шифратор отличается от шифратора наличием дополнительной логической схемы выделения активного уровня старшего входа для обеспечения условия работоспособности шифратора (только один уровень на входе активный). Уровни сигналов на остальных входах схемой игнорируются. Схема выделения строится на конъюнкторах и инверторах таким образом, чтобы любое число старших нулей, образовывая после инверторов логические единицы, не влияло на работу конъюнкторов в цепи младших входов. Любая самая старшая единица (после инвертора — логический ноль) запирает конъюнкторы младших входов.

Выпускаются микросхемы приоритетных шифраторов, в которых условие влияния только одной входной логической 1 на схему шифратора обеспечивается дополнительной схемой приоритета на его входе. В приоритетном шифраторе входной код может содержать сколько угодно единиц, но выходной код шифратора будет соответствовать номеру того входа, на который подается старшая единица. Это не обязательно будет старший разряд входного кода. Приоритет — преимущественное право.

В двоичном, коде проще производить вычисления, двоично-десятичный и семисегментный нужны для отображения индикаторами. А надо бы преобразовывать все эти и другие виды кодов друг в друга. 7]

1.1.3 Стандартное применение шифратора Стандартное применение шифраторов состоит в сокращении количества сигналов. Например, в случае шифратора ИВ1 информация о восьми входных сигналах сворачивается в три выходных сигнала. Это очень удобно, например, при передаче сигналов на большие расстояния. Правда, входные сигналы не должны приходить одновременно. На рис. 4 показаны стандартная схема включения шифратора и временные диаграммы его работы.

Рисунок 1.4. Стандартное включение шифратора.

Инверсия выходного кода приводит к тому, что при приходе нулевого входного сигнала на выходе формируется не нулевой код, а код 111, то есть 7. Точно так же при приходе, например, третьего входного сигнала на выходе образуется код 100, то есть 4, а при приходе пятого выходного сигнала — код 010, то есть 2.

Наличие у шифраторов входов EI и EO позволяет увеличивать количество входов и разрядов шифратора, правда, с помощью дополнительных элементов на выходе. На рис. 5 показан пример построения шифратора 16−4 на двух микросхемах шифраторов ИВ1 и трех элементах 2И-НЕ (ЛА3).

Рисунок 1.5. Шифратор 16−4 на двух шифраторах 8−3.

Одновременное или почти одновременное изменение сигналов на входе шифратора приводит к появлению периодов неопределенности на выходах. Выходной код может на короткое время принимать значение, не соответствующее ни одному из входных сигналов. Поэтому в тех случаях, когда входные сигналы могут приходить одновременно, необходима синхронизация выходного кода, например, с помощью разрешающего сигнала EI, который должен приходить только тогда, когда состояние неопределенности уже закончилось.

Задержка шифратора от входа до выхода кода примерно в полтора раза превышает задержку логического элемента, а задержка до выхода GS — примерно в два раза больше. 7,3]

Рисунок 1.6. Реализация шифратора на логических элементах

1.1.3.1 Сведения о кодере Шифратор (кодер) — это устройство, представляющее собой преобразователь из кода «1 из N» в двоичный позиционный код. В коде типа «1 из N» число определяется позицией единицы в серии нулей, или позицией нуля в серии единиц. Например, если в серии десять нулей, имеется вот такой код 1 000 000, то это эквивалентно числу 7 (счет ведется справа налево от нуля). Такой код служит для включения объектов или передачи данных на них. (англ. encoder) логическое устройство, выполняющее логическую функцию (операцию) — преобразование позиционного n-разрядного кода в m-разрядный двоичный, троичный или k-ичный код.

Двоичный шифраторвыполняет логическую функцию преобразования унарно n-ичного однозначного кода в двоичный. При подаче сигнала на один из n входов (обязательно на один, не более) на выходе появляется двоичный код номера активного входа.

Если количество входов настолько велико, что в шифраторе используются все возможные комбинации сигналов на выходе, то такой шифратор называется полным, если не все, то неполным.

Троичный шифраторвыполняет логическую функцию преобразования унарно n-ичного однозначного (одноединичного или однонулевого) кода в троичный. При подаче сигнала («1» в одноединичном коде или «0» в однонулевом коде) на один из n входов на выходе появляется троичный код номера активного входа.

Приоритетный шифраторотличается от шифратора наличием дополнительной логической схемы выделения активного уровня старшего входа для обеспечения условия работоспособности шифратора (только один уровень на входе активный). Уровни сигналов на остальных входах схемой игнорируются. 1]

Задача шифратора сформировать код. На ввод шифратора могут подаваться различные сигналы: логический «0» через контакты кнопок клавиатуры управления или сигналы с других устройств, но во всех случаях в шифраторе происходит преобразование одного сигнала в n-разрядный код.

Если ни одна кнопка не нажата, то на выходах 1−2-4-G МС 1 устанавливается сигнал с уровнем логической единицы. При нажатии на одну из кнопок на выходе 1−2-4 появляется сигнал инверсного кода, соответствующий номеру нажатой кнопки, а на G-«0». При отпускании кнопки здесь (на G) будет 1 и поэтому сигнал ДД2 запишет на выход код этой кнопки.

Рассмотрим подробнее структуру МС шифратора.

Классический шифратор имеет m входов и n выходов, и при подаче сигналов на один из входов (обязательно на один и не более) на выходе узла появляется двоичный код номера возбужденного выхода.

Число входов и выходов такого шифратора связано соотношением m=2n.

Для построения шифратора можно использовать схемы ИЛИ — по одной на каждый выход. При этом схема разбивается на n простых фрагментов. К входу элементов ИЛИ каждого выходного разряда должны быть подключены те входы шифратора, в двоичном представлении номера которых есть единица в данном разряде. Так, к ИЛИ младшего разряда формируемого выходного кода должны быть подключены все нечетные входы, поскольку у всех нечетных номеров и только у них в младшем разряде содержится единица. Функциональная схема такого шифратора представлена на рисунке. Эту схему можно преобразовать по формулам де Моргана. В новом варианте вместо схемы ИЛИ будут И-НЕ.

Совместно с шифратором в состав кодирующих узлов может входить схема выделения старше единицы. Эта схема преобразует m-разрядное слово следующим образом: все старшие нули и самая старшая единица входного кода пропускается на вход без изменения; все разряды более младшие, чем старшая единица, заменяются нулями.

На схеме на входы а0, а1, а2и поступает преобразуемое слово (а0 — младший разряд, а2 — старший разряд), на вход EI (от enable in) — входной сигнал разрешения. При EI=1 схема работает следующим образом: любое число старших нулей порождает на выходах своих разрядов единицы и никак не влияет на работу элементов И-НЕ более младших разрядов. Любая самая старшая единица порождает на соответственном выходе нуль (активный низкий уровень выхода) и запирает все более младшие элементы И-НЕ, устанавливая на их выходах не активный высокий уровень. При этом низкий уровень появляется и на выходе EO (от enable out) — выходе разрешения. Если разрядность обрабатываемого слова (число входных сигналов) превышает разрядность схемы, то слово разбивается на группы и выход EO более старшей группы подается на вход EI более младшей. При таком включении единица, поступившая на любой вход любой группы, запрет не только все более младшие разряды своей группы, но по цепи EO-EI и все более младшие группы. На выходах всей схемы останется только самая старшая единица входного слова, представленная активным низким уровнем. Если к выходу схемы выделение старше единицы подключить шифратор, то в сумме получится функциональный узел приоритетного шифратора (priority encoder), формирующий в двоичном коде номе самой старшей единицы из всех, присутствующих во входном слове.

С выходами рассмотренной схемы хорошо стыкуются входы шифратора, двойственного по отношению к рассмотренному ранее (то есть на элемент И-НЕ): инверсным выходом одной схемы (битовое деление старше единицы) будут соответствовать инверсные входы другой, и весь приоритетный шифратор будет построен на технологичных элементах без лишних инверторов. Если во входном слове присутствует только одна единица, то приоритетный шифратор будет выполнять функцию обычного шифратора. 1,6]

1.1.4 Дешифратор В стандартные серии входят дешифраторы на 4 выхода (2 разряда входного кода), на 8 выходов (3 разряда входного кода) и на 16 выходов (4 разряда входного кода). Они обозначаются соответственно как 2−4, 3−8, 4−16. Различаются микросхемы дешифраторов входами управления (разрешения/запрета выходных сигналов), а также типом выхода: 2С или ОК. Выходные сигналы всех дешифраторов имеют отрицательную полярность. Входы, на которые поступает входной код, называют часто адресными входами. Обозначают эти входы 1, 2, 4, 8, где число соответствует весу двоичного кода (1 — младший разряд, 2 — следующий разряд и т. д.), или А0, А1, А2, А5. В отечественных сериях микросхемы дешифраторов обозначаются буквами ИД. На рис. 7 показаны три наиболее типичных микросхемы дешифраторов.

Рисунок 1.7. Примеры микросхем дешифраторов.

Код на входах 1, 2, 4, 8 определяет номер активного выхода (вход 1 соответствует младшему разряду кода, вход 8 — старшему разряду кода). Входы разрешения С1, С2, С3 объединены по функции И и имеют указанную на рисунке полярность. Для примера в табл. 2 приведена таблица истинности дешифратора ИД7 (3—8). Существуют и дешифраторы 4−10 (например, ИД6), которые обрабатывают не все возможные 16 состояний входного кода, а только первые 10 из них.

Первые три строки таблицы соответствуют запрету выходных сигналов. Разрешением выхода будет единица на входе С1 и нули на входах С2 и С3. Символ «Х» обозначает безразличное состояние данного входа (неважно, нуль или единица). Нижние восемь строк соответствуют разрешению выходных сигналов. Номер активного выхода (на котором формируется нулевой сигнал) определяется кодом на входах 1, 2, 4, причем вход 1 соответствует младшему разряду кода, а вход 4 — старшему разряду кода.

Таблица истинности дешифратора 3−8 (ИД7).

Наиболее типичное применение дешифраторов состоит именно в дешифрировании входных кодов, при этом входы С используются как стробирующие, т. е. как управляющие сигналы. Номер активного (то есть нулевого) выходного сигнала показывает, какой входной код поступил. Если нужно дешифровать код с большим числом разрядов, то можно объединить несколько микросхем дешифраторов (пример показан на рис. 8).

Рисунок 1.8. Увеличение количества разрядов дешифратора.

При этом старшие разряды кода подаются на основной дешифратор, выходы которого разрешают работу нескольких дополнительных дешифраторов. На объединенные входы этих дополнительных дешифраторов подаются младшие разряды входного кода. Из пяти микросхем дешифраторов 2−4 можно получить дешифратор 4−16, как показано на рисунке (хотя лучше, конечно, взять готовую микросхему). Точно так же из девяти микросхем 3−8 можно получить дешифратор 6−64, а из семнадцати микросхем 4−16 — дешифратор 8−256. [2,7]

1.1.5 Двоичные логические операции с цифровыми сигналами (битовые операции) Логические операции (булева функция) своё теоретическое обоснование получили в алгебре логики. Логические операции с одним операндом называются унарными, с двумя — бинарными, с тремя — тернарными и т. д. Из 0возможных унарных операций с унарным выходом интерес для реализации представляют операции отрицания и повторения, причём, операция отрицания имеет большую значимость, чем операция повторения, так как повторитель может быть собран из двух инверторов, а инвертор из повторителей не собрать.

Отрицание, НЕТ, НЕ Инвертор

Повторение, ДА Повторитель (буфер

Преобразование информации требует выполнения операций с группами знаков, простейшей из которых является группа из двух знаков. Оперирование с большими группами всегда можно разбить на последовательные операции с двумя знаками.

Конъюнкция (логическое умножение).

Операция 2И Мнемоническое правило для конъюнкции с любым количеством входов звучит так: — на выходе будет «1» тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «1», а «0» тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «0».

Дизъюнкция (логическое сложение).

Операция 2ИЛИ Мнемоническое правило для дизъюнкции с любым количеством входов звучит так: — на выходе будет «1» тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «1», «0» тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «0». Инверсия функции конъюнкции.

Операция 2И-НЕ (штрих Шеффера) Мнемоническое правило для И-НЕ с любым количеством входов звучит так: — на выходе будет «1» тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «0», а «0» тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «1»

Инверсия функции дизъюнкции.

Операция 2ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса) Мнемоническое правило для ИЛИ-НЕ с любым количеством входов звучит так: — на выходе будет «1» тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «0», а «0» тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «1».

Эквивалентность или равнозначность, т. е. функция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ

Мнемоническое правило эквивалентности с любым количеством входов звучит так: — на выходе будет «1» тогда и только тогда, когда на входах действует четное количество «1», а «0» тогда и только тогда, когда на входа действует нечетное количество «1».

Сложение по модулю 2 (Исключающее ИЛИ, неравнозначность). В англоязычной литературе элемент 2XOR.

Инверсия равнозначности.

Мнемоническое правило для суммы по модулю 2 с любым количеством входов звучит так: — на выходе будет «1» тогда и только тогда, когда на входах действует нечётное количество «1», а «0» тогда и только тогда, когда на входа действует чётное количество «1». 6]

1.1.5.1 Элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ Следующий шаг на пути усложнения компонентов цифровой электроники — это элементы, выполняющие простейшие логические функции. Объединяет все эти элементы то, что у них есть несколько равноправных входов (от 2 до 12) и один выход, сигнал на котором определяется комбинацией входных сигналов.

Самые распространенные логические функции — это И (в отечественной системе обозначений — ЛИ), И-НЕ (обозначается ЛА), ИЛИ (обозначается ЛЛ) и ИЛИ-НЕ (обозначается ЛН). Присутствие слова НЕ в названии элемента обозначает только одно — встроенную инверсию сигнала. В международной системе обозначений используются следующие сокращения: AND — функция И, NAND — функция И-НЕ, OR — функция ИЛИ, NOR — функция ИЛИ-НЕ. Название самих функций И и ИЛИ говорит о том, при каком условии на входах появляется сигнал на выходе. При этом важно помнить, что речь в данном случае идет о положительной логике, о положительных, единичных сигналах на входах и на выходе.

Элемент И формирует на выходе единицу тогда и только тогда, если на всех его входах (и на первом, и на втором, и на третьем и т. д.) присутствуют единицы. Если речь идет об элементе И-НЕ, то на выходе формируется нуль, когда на всех входах — единицы (табл. 3). Цифра перед названием функции говорит о количестве входов элемента. Например, 8И-НЕ — это восьмивходовой элемент И с инверсией на выходе.

Таблица истинности двухвходовых элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ.

Элемент ИЛИ формирует на выходе нуль тогда и только тогда, если на всех входах нуль. Элемент ИЛИ-НЕ дает на выходе нуль при наличии хотя бы на одном из входов единицы (табл. 3). Пример обозначения: 4ИЛИ-НЕ — четырехвходовой элемент ИЛИ с инверсией на выходе.

Рисунок 1.9. Обозначения элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ: зарубежные (слева) и отечественные (справа).

Отечественные и зарубежные обозначения на схемах двухвходовых элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ показаны на рис. 9 Все эти элементы бывают с выходами типа «с двумя логическими состояниями», «с общим коллектором» и «стремя логическими состояниями». В последнем случае обязательно имеется вход разрешения третьего состояния (EZ).

Нетрудно заметить (см. табл. 1.11), что в случае отрицательной логики, при нулевых входных и выходных сигналах, элемент И выполняет функцию ИЛИ, то есть на выходе будет нуль в случае, когда хотя бы на одном из входов нуль. А элемент ИЛИ при отрицательной логике выполняет функцию И, то есть на выходе будет нуль только тогда, когда на всех входах присутствуют нули. И так как в реальных электронных устройствах сигналы могут быть любой полярности (как положительные, так и отрицательные), то надо всегда очень аккуратно выбирать требуемый в каждом конкретном случае элемент. Особенно об этом важно помнить тогда, когда последовательно соединяются несколько разноименных логических элементов с инверсией и без нее для получения сложной функции.

Поэтому элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ разработчику далеко не всегда удобно применять именно как выполняющие указанные в их названии логические функции. Иногда их удобнее использовать как элементы разрешения/запрещения или смешивания/совпадения. Но сначала мы рассмотрим случаи реализации именно логических функций на этих элементах.

На рис. 10 приведены примеры формирования элементами выходных сигналов на основании требуемых временных диаграмм входных и выходных сигналов. В случае, а выходной сигнал должен быть равен единице при двух единичных входных сигналах, следовательно, достаточно элемента 2И. В случае б выходной сигнал должен быть равен нулю, когда хотя бы один из входных сигналов равен единице, следовательно, требуется элемент 2ИЛИ-НЕ. Наконец, в случае в выходной сигнал должен быть равен нулю при одновременном приходе единичного сигнала Вх. 1, нулевого сигнала Вх. 2 и единичного сигнала Вх. 3. Следовательно, требуется элемент 3И-НЕ, причем сигнал Вх. 2 надо предварительно проинвертировать.

Рисунок 1.10. Примеры применения элементов И и ИЛИ.

Например, в случае элемента 2И-НЕ один из входов можно считать информационным, а другой — управляющим. В этом случае при единице на управляющем входе выходной сигнал будет равен проинвертированному входному сигналу, а при нуле на управляющем входе выходной сигнал будет постоянно равен единице, то есть прохождение входного сигнала будет запрещено. Элементы 2И-НЕ с выходом ОК часто используют именно в качестве управляемых буферов для работы на мультиплексированную или двунаправленную линию.

Точно так же в качестве элемента разрешения/запрещения могут применяться элементы И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ (рис. 11). Разница между элементами состоит только в полярности управляющего сигнала, в инверсии (или ее отсутствии) входного сигнала, а также в уровне выходного сигнала (нуль или единица) при запрещении прохождения входного сигнала.

Рисунок 1.11. Разрешение/запрещение прохождения сигналов на элементах И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ. 3,7]

1.1.5.2 Логика на КМОП транзисторах В цифровых микросхемах если и применяются полевые транзисторы, то только с изолированным затвором (МОП) и только с индуцированным каналом. Каждый МОП транзистор в интегральных схемах имеет четыре вывода:

1) исток, — от которого начинают движение в канале носители электрического заряда;

2) сток, — к которому движутся в канале носители заряда;

3) затвор, — потенциал на котором за счет электрического поля управляет толщиной канала (затворяет или отворяет путь протекания тока, — движения носителей заряда: электронов или дырок);

4) подложка, — полупроводниковый кремниевый кристалл, в объеме которого на малом расстоянии друг от друга методом диффузии сделаны две области с проводимостью, обратной проводимости подложки — это области стока и истока.

На поверхности подложки между стоком и истоком создают тонкий слой окисла кремния (кварцевого стекла SiO2), а поверх него напыляют алюминиевый затвор. Когда на затвор такого МОП транзистора относительно подложки подается отпирающее напряжение, то внутри подложки под затвором между стоком и истоком индуцируются (наводятся) носители заряда с проводимостью, противоположной проводимости подложки, но совпадающей с проводимостью стока и истока. Если теперь подключить сток и исток к источнику питания, то через них и через наведенный канал потечет ток.

МОП транзисторы называют в соответствии с проводимостью канала, а стрелки в их условных графических обозначениях соответствуют проводимости подложки, которая, как было сказано, для таких транзисторов противоположна проводимости канала. Направление стрелки показывает проводимость подложки (внутрь, — транзистор p-типа, наружу, — n-типа). Как известно обозначения n — NEGATIVE (отрицательный, при этом носители заряда, — электроны), а p — POSITIVE (положительный, при этом носители заряда, — дырки).

Значение порогового напряжения (Uпор) при напряжении питания (Ucc) = + 5 В обычно лежит в пределах: Uпор = 0,5 … 2,0 В. При другом напряжении питания значение порогового напряжения лежит в пределах: Uпор = Uпит/3 … Uпит/2.

Для МОП транзисторов характерны два существенных отличия их от обычных биполярных транзисторов:

— сопротивление канала практически линейно, т. е. ток стока почти линейно зависит от напряжения сток-исток;

— имеется почти полная взаимозаменяемость стока и истока, т.к. ток в канале может протекать в обоих направлениях в зависимости от полярности напряжения, приложенного к каналу.

Микросхемы на комплементарных транзисторах строятся на основе МОП транзисторов с nи p-каналами. Один и тот же потенциал открывает транзистор с n-каналом и закрывает транзистор с p-каналом. При формировании логической единицы открыт верхний транзистор, а нижний закрыт. В результате ток через микросхему не протекает. При формировании логического нуля открыт нижний транзистор, а верхний закрыт. И в этом случае ток через микросхему не протекает. Простейший логический элемент — это инвертор. Его схема приведена на рисунке.

Рисунок 1.12. Принципиальная схема инвертора, выполненного на комплементарных МОП транзисторах.

На этой схеме для упрощения понимания принципов работы микросхемы не показаны защитные и паразитные диоды. Особенностью микросхем на комплементарных МОП транзисторах является то, что в этих микросхемах в статическом режиме ток практически не потребляется. Потребление тока происходит только в момент переключения микросхемы из единичного состояния в нулевое и наоборот. Этим током производится перезаряд паразитной ёмкости нагрузки. 1].

1.2 Практическая часть

1.2.1 Основные характеристики системы автоматизированного проектирования OrCAD

Корпорацией MicroSim разработаны варианты системы программ Design Center для различных операционных систем. Наиболее популярным является вариант для Windows. В него входят следующие программы (их конкретный перечень зависит от варианта поставки): Schematics — графический редактор принципиальных схем, который одновременно является управляющей оболочкой для запуска основных модулей сисОт чемы на всех стадиях работы с проектом; PSpice, PSpice Basics — моделирование аналоговых устройств;

PSpice AID, PSpice A/D Basics* - моделирование смешанных аналогоцифровых устройств;

PLogic — моделирование цифровых устройств. Имеет такие же функциональные возможности, как и программа PSpice A/D;

PLSyn — синтез цифровых устройств на базе интегральных схем (ИС) с программируемой логикой;

StmEd — редактор входных сигналов (аналоговых и цифровых);

Probe — графическое отображение, обработка и документирование результатов моделирования;

Parts — идентификация параметров математических моделей диодов, биполярных, полевых, МОПи арсенидгаллиевых транзисторов, операционных усилителей, компараторов напряжения, регуляторов напряжения и магнитных сердечников по паспортным данным;

PSpice Optimizer — параметрическая оптимизация аналого-цифровых устройств по заданному критерию при наличии нелинейных ограничений.

1.2.2 Результаты исследований работы логических устройств с помощью программы схемотехнического моделирования PSpice AD

Анализ работы логического элемента 2И-НЕ на КМОП транзисторах практически совпадает с упрощенной схемой «И» на ключах с электронным управлением, которую мы рассматривали ранее. Отличие заключается в том, что нагрузка подключается не к общему проводу схемы, а к источнику питания. Принципиальная схема элемента «2И-НЕ», выполненного на комплементарных МОП транзисторах приведена на рисунке 13.

Рисунок 1.13. Принципиальная схема элемента «2И-НЕ», выполненного на комплементарных МОП транзисторах. 7]

Рисунок 1.14. Схема элемента 2И-НЕ выполненная в Protel.

Рисунок 1.15. Результаты анализа работы элемента 2И-НЕ в статическом режиме.

В этой схеме можно было бы применить в верхнем плече обыкновенный резистор, однако при формировании низкого уровня схема постоянно потребляла бы ток. Вместо этого, в качестве нагрузки используются p-МОП транзисторы. Эти транзисторы образуют активную нагрузку. Если на выходе требуется сформировать высокий потенциал, то транзисторы открываются, а если низкий — то закрываются.

В приведённой на рисунке 13. схеме ток от источника питания на выход микросхемы будет поступать через один из транзисторов, если хотя бы на одном из входов (или на обоих сразу) будет присутствовать низкий потенциал (уровень логического нуля). Если же на обоих входах будет присутствовать уровень логической единицы, то оба p-МОП транзистора будут закрыты и на выходе микросхемы сформируется низкий потенциал.

Условно-графическое изображение логического элемента 2И-НЕ показано на рисунке 16, а таблица истинности приведена в таблице 1. В таблице 12 входы обозначены как x1 и x2, а выход — F.

Рисунок 1.16. Условно-графическое изображение элемента «2И-НЕ» .

Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию «2И-НЕ» .

Анализ работы логического элемента «ИЛИ-НЕ». Этот элемент, выполненный на КМОП транзисторах, представляет собой параллельное соединение ключей с электронным управлением. Отличие от схемы «2ИЛИ», рассмотренной ранее, заключается в том, что нагрузка подключается не к общему проводу схемы, а к источнику питания. Вместо резистора в качестве нагрузки используются p-МОП транзисторы. Принципиальная схема элемента «2ИЛИ-НЕ», выполненного на комплементарных МОП транзисторах приведена на рисунке 4.

Рисунок 1.17. Принципиальная схема элемента «2ИЛИ-НЕ», выполненного на комплементарных МОП транзисторах. 7]

Рисунок 1.18. Схема элемента 2ИЛИ-НЕ, выполненная в Protel.

В схеме логического элемента «2ИЛИ-НЕ» в качестве нагрузки используются последовательно включенные p-МОП транзисторы. В ней ток от источника питания на выход микросхемы будет поступать только если все транзистора в верхнем плече будут открыты, т. е. если сразу на всех входах будет присутствовать низкий потенциал (уровень логического нуля). Если же хотя бы на одном из входов будет присутствовать уровень логической единицы, то верхнее плечо будет закрыто и ток от источника питания поступать на выход микросхемы не будет.

Таблица истинности, реализуемая этой схемой, приведена в таблице, а условно-графическое обозначение этих элементов приведено на рисунке.

Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию «2ИЛИ-НЕ»

Рисунок 1.19. Условно-графическое изображение элемента «2ИЛИ-НЕ» .

Рисунок 20. Схема логического элемента 3ИЛИ-НЕ, выполненная Protel.

Рисунок 21. Результаты исследований времени переключения элемента 3ИЛИ-НЕ в программе PSpice AD (компонент системы OrCAD).

В настоящее время именно КМОП микросхемы получили наибольшее развитие. Причём наблюдается постоянная тенденция к снижению напряжения питания. Первые серии микросхем, такие как К561 (аналог серии CD4000 В, предложенной впервые фирмой RCA) обладали достаточно широким диапазоном изменения напряжения питания Ucc = 3.-.18 В.

1.3 Разработка стенда

1.3.1 Изготовление печатной платы и макета Платы с печатными проводниками и контактными площадками в любительской практике удобно использовать лишь тогда, когда устройство предварительно хорошо отработано. В процессе настройки приходится несколько раз демонтировать отдельные детали и устанавливать другие, а печатные контактные площадки под действием многократных тепловых и механических нагрузок, как правило, отслаиваются. Поэтому на этапе отладки схемы лучше применять монтажные платы, которые являются как бы макетом будущей печатной платы.

Пластину требуемых размеров из нефольгированного изоляционного материала (текстолит, гетинакс, фанера) обрабатывают с одной стороны мелкозернистой наждачной бумагой, обезжиривают и укрепляют необработанной стороной на деревянной дощечке толщиной 15— 20 мм. Сверху на пластину накладывают и в нескольких точках приклеивают лист бумаги с эскизом будущей печатной платы. В точках крепления выводов, изгиба проводников схемы, выводных контактных площадок сверлом 0 1—1,5 мм сверлят отверстия так, чтобы сверло, пройдя пластину насквозь, углубилось в дощечку на 10—12 мм. В полученные отверстия вставляют металлические штыри подходящего диаметра так, чтобы они выступали над поверхностью пластины на 5—10 мм. Можно использовать мелкие гвозди или отрезки жесткой проволоки.

Затем из луженого одножильного провода диаметром 0,3—0,5 мм изготовляют проводники платы. Для этого провод в соответствии с эскизом протягивают от штыря к штырю, обматывая каждый из них одним-двумя витками. Когда все соединения выполнены, эскиз, разрывая, удаляют пинцетом. Проводники должны быть плотно прижаты к поверхности.

После этого на участки проводников, расположенные между штырями, кисточкой осторожно наносят эпоксидный клей в таком количестве, чтобы проводники оказались приклеенными к поверхности платы. Необходимо следить за тем, чтобы клей не попал на штыри и витки провода, намотанные на них. После полного затвердевания клея штыри удаляют и готовую плату снимают с дощечки. Образовавшиеся на плате петли провода будут удобными контактными площадками для присоединения выводов радиоэлементов.

Закончив отладку схемы, отрабатывают рациональную компоновку элементов и уточняют эскиз.

Компоновка элементов на макетной плате. Работа по размещению элементов на плате значительно упрощается, если воспользоваться следующим приемом. На лист ватмана с размерами будущей платы наносят слой пластилина толщиной 2—4 мм. Этот лист в нескольких точках приклеивают к другому листу ватмана или миллиметровки.

В пластилин, слегка вдавливая выводы, устанавливают радиоэлементы и микросхемы. Необходимо при этом учитывать принципиальные особенности устройства (взаимовлияния цепей, температурные режимы элементов и т. д.), уменьшать длину соединительных проводников, не делать перемычек.

Выводы элементов предварительно изгибают соответствующим образом (формуют). Линии будущих печатных проводников прочерчивают на пластилине шилом. Перемещая элементы, находят наиболее рациональную компоновку.

Затем, поочередно снимая каждый элемент с макета, прокалывают шилом оба листа в точках будущих отверстий в плате. По нескольку проколов тонкой иглой делают вдоль будущих печатных проводников. После этого элемент устанавливают на прежнее место.

Отклеивают нижний лист, рисуют на нем соединения и обозначают места расположения элементов. Рисунок соединений переносят на фольгированную заготовку. После этого детали с макетной платы снимают. Макетная плата может быть использована несколько раз.

В качестве основы для макетирования можно применить пластину пенопласта толщиной 25—30 м. В этом случае выводы элементов формуют и вдавливают в пенопласт. Когда наиболее рациональный вариант размещения выбран, на пенопласте чертят две взаимно перпендикулярные базовые линии. С помощью чертежного измерителя расстояния от базовых линий до контактных площадок измеряют и переносят на миллиметровую бумагу. Отметки соединяют линиями, завершая тем самым подготовку рисунка печатной платы. Лист миллиметровой бумаги можно сразу наложить на пластину и, устанавливая элементы, прокалывать и бумагу. После определения наилучшей компоновки рисуют на миллиметровке соединения и снимают поочередно элементы, помечая на бумаге их схемный номер.

Разметка печатной платы под некоторые микросхемы и малогабаритные элементы (миниатюрные трансформаторы, реле и др.) с торцевым расположением выводов довольно трудоемка.

Разметка упрощается, если на поверхность платы в предполагаемом месте установки нанести слой пластилина толщиной 0,5—1 мм. Слой должен быть гладким и ровным. Затем подготовляют элемент (микросхему): выводы укорачивают до одинаковой длины (10—12 мм) и подгибают так, чтобы они были перпендикулярны основанию корпуса.

Элемент (микросхему) опускают на предполагаемое место установки и вдавливают выводы в пластилин до упора в поверхность платы, затем осторожно вынимают и шилом или остро заточенным кернером намечают по оставшимся следам выводов центры будущих отверстий в плате. После разметки слой пластилина снимают и сверлят отверстия.

Этот способ удобен и при компоновке элементов на плате.

Глава 2. Экономическая часть. Цена и ценообразование на продукцию предприятия

2.1 Сущность и функции цены. Виды цен Цена как экономическая категория выполняет ряд важнейших функций.

1) Первичной функцией цены следует считать измерительную. Благодаря цене удается измерить, определить стоимость товара, иначе говоря, определить, какое количество денег покупатель должен заплатить, а продавец получить за проданный товар. Цены дают возможность деньгам как платежному средству обрести количественную определенность в акте купли-продажи.

2) Учетная функция цены отражает общественно необходимые затраты труда на выпуск и реализацию той или иной продукции. Цена определяет, сколько затрачено труда, сырья, материалов, комплектующих изделий на изготовление товаров. В конечном счете цена отражает не только величину совокупных издержек производства и обращения товаров, но и размер прибыли.

В учетной функции цена служит средством исчисления всех стоимостных показателей, как количественных — валовой внутренний продукт, национальный доход, объем капитальных вложений, объем товарооборота, объем продукции фирм, предприятий и отраслей, так и качественных — рентабельность, производительность труда, фондоотдача.

Таким образом, цена используется для определения эффективности производства, служит ориентиром для принятия хозяйственных решений, важнейшим инструментом внутрифирменного планирования.

3) Распределительная функция цены состоит в том, что государство через ценообразование осуществляет перераспределение национального дохода между отраслями экономики, государственным и другими её секторами, регионами, фондами накопления, социальными группами населения.

Функция реализуется через включение в себестоимость многих налогов, которые затем являются источником накопления дорожных фондов, Пенсионного фонда, Фонда социального страхования, Фонда занятости населения, а также через включение в цену косвенных налогов (НДС и акцизов).

4) Функция сбалансирования спроса и предложения выражается в том, что через цены осуществляется связь между производством и потреблением, предложением и спросом. Цена сигнализирует о диспропорциях в сферах производства и обращения и требует принятия мер по их преодолению. Она служит гибким инструментом для достижения соответствия спроса и предложения.

5) Функция цены как средства рационального размещения производства проявляется наиболее полно в условиях рыночной экономике. С помощью механизма цен происходит перелив капиталов в секторы экономики и производства с более высокой нормой прибыли.

6) Стимулирующая функция цены проявляется в том, что цена при определенных условиях может стимулировать ускорение НТП, улучшение качества продукции, увеличение выпуска продукции и спроса на неё. Это связано с тем, что цены дифференцированы в зависимости от технического уровня и качества продукции. По этим же причинам цены могут оказывать и дестимулирующее воздействие на производство.

7) Цена выполняет очень важную социальную функцию. С ценами и их изменением связаны структура и объемы потребления благ и услуг, расходы, уровень жизни, прожиточный минимум, потребительский бюджет семьи. Социальная реакция людей на уровень цен и его изменение чувствительна и высока. В бытовом восприятии розничных цен на потребительские товары и услуги люди считают, рост цен снижает уровень жизни, тогда как снижение цен заведомо улучшает жизнь. При этом обычно не принимаются во внимание другие, неценовые факторы, такие, как доходы, наличие товаров на рынке, структура потребления.

В рыночной экономике цены на товар постоянно колеблются. Направления изменения цен для конкретных видов товаров и в конкретные периоды может быть различным. Однако есть и общие тенденции, характерные как для отдельных групп потребительских товаров, так и для всей их номенклатуры в целом.

Таким образом, цены играют исключительно важную роль в развитии экономики страны в целом и для каждого отдельно взятого субъекта хозяйствования. Отсюда вытекает значимость политики в области ценообразования.

Место и роль цен в управлении предприятием.

Решение об установлении цены, принимаемое на предприятии, — это конкретная (выраженная в денежных единицах) величина, выбранная из нескольких вариантов в результате процесса ее формирования и применения различных методов ценообразования. Ценовые решения на предприятии рождаются как результат применения на практике основных направлений ценовой политики с привлечением различных методов ценообразования.

Для успешного определения ценовой политики и принятия отдельных решений о величине цены необходимы эффективная организация всего этого процесса и распределение ответственности и полномочий между сотрудниками предприятия. Уточнение организационной структуры и границ ответственности важно потому, что недостаточно слаженно работающая оргструктура имеет склонность принимать жесткие рутинные решения, а не решения, быстро реагирующие на изменения реальной обстановки.

Процесс ценообразования должен выявлять те направления деятельности, где необходимо принимать меры, ту продукцию, на которую следует делать упор, или ту продукцию, которая требует использования большого количества ресурсов и дает наибольшую или надает совсем прибыли.

На малых предприятиях и предприятиях, производящих и реализующих узкую номенклатуру продукции, ценовую политику определяют владельцы предприятий или их руководство.

На крупных предприятиях и на предприятиях, производящих и реализующих широкую номенклатуру продукции, организация процесса принятия решений в области ценообразования является очень сложной задачей.

Здесь необходимо решить, кто будет принимать решения о ценах, и на каком уровне организационной структуры они будут приниматься. Ценовую политику нецелесообразно отдавать на откуп какой-либо отдельной службе или отдельному специалисту, в ее определении должны участвовать представители производственного и проектно-конструкторского отдела, специалисты по учету, финансам, сбыту и информации.

После того, как определена общая ценовая политика, задача формирования цен на отдельные виды продукции может быть передана на более низкие уровни организационной структуры.

Между представителями различных служб предприятия по вопросам ценообразования могут возникнуть расхождения мнений. Так руководитель службы сбыта наверняка захочет установить низкую цену на товар для увеличения объема реализации. Специалисты, отвечающие за финансы, через цены с удовольствием бы быстро покрыли затраты на разработку и маркетинг.

Цена имеет большое значение для содержания рекламы и выбора способа рекламирования. Интерес к величине цены будет проявлять и производственная служба, потому что цена влияет на объем реализации и через это на степень загрузки производственных мощностей.

Система цен и их дифференциация по основным критериям.

Система цен характеризует собой взаимосвязь и взаимоотношение различных видов цен. Она состоит из различных элементов, среди которых можно выделить как отдельные цены, так и определенные группы.

Взаимосвязь цен обусловлена зависимостью отдельных предприятий, производств и отраслей, единым процессом формирования затрат на производство и другими факторами. Поэтому повышение или понижение одной цены может вызвать изменение в уровне других цен. Особую роль при этом играют такие отрасли, как энергетика, транспорт, связь и др.

Расходы на продажу образуют постоянные расходы организации, которые напрямую не зависят от объема продаж (Рисунок 22). Однако это достаточно условно, так как с некоторым предельным увеличением объема продаж (q1 < q2 < q3) некоторые постоянные расходы могут увеличиться (C1 < C2 < C3). Величина этих расходов может оставаться неизменной до очередного определенного уровня на отрезке [q2; q3] увеличения объема продаж, такие расходы носят характер условно-постоянных.

Рисунок 22. Зависимость постоянных и переменных расходов от объема продаж.

цифровой сигнал схемотехнический шифратор Повышение цен в этих отраслях приводит к их росту во всех других, поскольку продукция этих отраслей применима повсеместно. В свою очередь, рост цен в остальных отраслях возвращается в форме более дорогого оборудования, транспортных средств и т. д. Цены, действующие в рыночной экономике страны, классифицируют по следующим основным признакам.

1) По характеру обслуживаемого оборота выделяют А) оптовые цены на продукцию промышленности, по которым предприятия реализуют произведенную продукцию другим предприятиям и сбытовым организациям;

Б) Закупочные цены, по которым производители сельскохозяйственной продукции реализуют её фирмам, промышленным предприятиям для дальнейшей переработки;

В) Цены не строительную продукцию, включающие сметную стоимость, усредненную сметную стоимость, договорные цены. По мере развития рыночных отношений сфера действия договорных цен расширяется;

Г) Розничные цены, по которым торговые организации реализуют продукцию населению, предприятиям, организациям;

Д) Тарифы грузового и пассажирского транспорта;

Е) Тарифы на платные услуги населению;

Ж) Цены, обслуживающие внешнеторговый оборот.

Любая цена включает ряд взаимосвязанных элементов. Соотношение отдельных элементов цены, выраженное в процентах, представляет собой структуру цены, которая позволяет судить о значимости элементом цены и их уровне.

Основу цены продукции составляет её себестоимость. Она характеризует текущие издержки предприятия по производству и реализации продукции. Любое предприятие стремиться к тому, чтобы полностью возместить затраты, связанные с выпуском продукции, и получить достаточную сумму прибыли. Прибыль предприятия должна обеспечивать не только финансирование текущих расходов (например, материальная помощь работникам, надбавки к пенсиям работающим на предприятии, единовременные пособия, уходящим на пенсию ветеранам труда, дивиденды по акциям), но и развитие предприятия.

Важное место в структуре цен занимают налоги. Акцизы и налог на добавленную стоимость являются косвенными налогами, которые оплачиваются конечными потребителями. Перечень подакцизных товаров устанавливается правительством. Он включает алкогольную продукцию, табачные изделия, легковые автомобили, минеральное сырье и прочие изделия. Налог на добавленную имеет очень широкую базу обложения. Наценки посреднических и торговых организаций обеспечивают им возмещение затрат, связанных с продвижением продукции то производителей к потребителям, и получение определенной суммы прибыли.