Умножитель двух положительных чисел в двоичной системе счисления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Общая часть
• 1.1 Назначение и область применения разрабатываемого устройства
• 1.2 Описание работы структурной схемы устройства
• 2. Специальная часть
• 2.1 Описание работы принципиальной схемы устройства
• 2.2 Выбор и обоснование элементной базы

2.3 Расчетная часть

• 2.3.1 Расчет потребляемой мощности
• 2.3.2 Расчет основных параметров надежности
• 2.3.3 Расчет сложности схемы по Квайну
• 3. Требование техники безопасности при работе с ПК
• Заключение
• Список литературы
• микроконтроллер шифратор сумматор счетчик

Введение

Микропроцессор (МП) -- это устройство, которое осуществляет прием, обработку и выдачу информации. В современном мире трудно найти область техники, где не применялись бы микропроцессоры. Они применяются при вычислениях, они выполняют функции управления, они используются для построения вычислительных машин. В технике связи компьютеры используются для управления системами связи или устройствами связи, обладающими большими габаритами и стоимостью. Такие компьютеры называются контроллерами.

Микропроцессорная система -- это вычислительная, контрольно-измерительная или управляющая система, основным устройством обработки информации в которой является МП. Микропроцессорная система строится из набора микропроцессорных больших интегральных схем(БИС).

Замечательным свойством микропроцессорных систем является их высокая гибкость, возможность быстрой перенастройки при необходимости даже значительных изменений алгоритмов управления. Создание микропроцессоров позволяет уменьшить стоимость и размеры технических средств обработки информации, увеличить их быстродействие, снизить энергопотребление.

Характерные особенности микропроцессорных информационно-управляющих систем, предназначенных для автоматизации технологических процессов:наличие ограниченного набора четко сформулированных задач,работа в реальном масштабе времени, наличие развитой системы внешних устройств, высокие требования по надежности с учетом большой продолжительности непрерывной работы, сложные условия эксплуатации;обеспечение автоматического режима работы или режима с участием оператора как элемента системы.

Дальнейший рост степени интеграции позволил разместить в кристалле микросхемы уже не отдельные простые узлы или фрагменты устройств ЭВМ, а целые устройства и даже целые ЭВМ. Это привело к созданию микроконтроллера.

Микроконтроллер - это компьютер, разместившийся в одной микросхеме. Отсюда и его основные привлекательные качества: малые габариты; высокие производительность, надежность и способность быть адаптированным для выполнения самых различных задач.

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;

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

-- в автомобилях: бортовые компьютеры, системы управления двигателем и т.д.;

--в промышленности: устройств промышленной автоматики -- от программируемого реле и встраиваемых систем до ПЛК,систем управления станками.

В настоящее время существует огромная номенклатура (более 10000) различных микроконтроллеров, различающихся сферой применения, параметрами, встроенными в кристалл периферийными узлами. Выпуском микроконтроллеров занимается более десятка производителей.

1. Общая часть

1.1 Назначение и область применения разрабатываемого устройства

С развитием электронно-вычислительной техники большое применение получила двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная система счисления.

Несмотря на то, что десятичная система счисления имеет широкое распространение, ЭВМ строятся на двоичных (цифровых) элементах, так как реализовать элемент с десятью четко различными состояниями сложно. В двоичной системе счисления используются только две цифры 0 и 1. И значит, имеется только два однозначных числа. Из всех систем счисления особенно проста и поэтому интересна для технической реализации в компьютерах двоичная система счисления. Компьютеры используют двоичную систему счисления потому, что она имеет ряд преимуществ перед другими системами.

В ЭВМ применяются две формы представления чисел : с фиксированной(ФФТ) и плавающей(ФПТ) точной. В случае ФФТ положение точки фиксируется в определенном месте относительно разрядов числа, как правило, перед старшим или после младшего; в первом случае представляются числа N<1, во втором - только целые числа.

Двоичные коды также используются для нужд телеграфной связи, в кассовых аппаратах, в калькуляторах, везде, где есть счетчики или регистры памяти.

На практике алгоритм умножения положительных чисел в двоичной системе счисления используют в вычислительных машинах и системах, а также в микропроцессорной технике.

1.2 Описание работы структурной схемы устройства

Структурная схема устройства состоит из: шифратора, счетчика, комбинационно-логической схемы (КЛС) 1, КЛС 2, КЛС 3, сумматора 1, сумматора 2, регистра.

Положительные числа "А" поступают на вход шифратора 1, который преобразует данные числа из десятичного кода в двоичный. Получившиеся сигналы А₁ А₂,А₃,А₄ поступают на входы КЛС 1, КЛС 2 и КЛС 3.

Положительные числа "В"поступают на вход счетчика, который преобразует эти числа в двоичный код, выдавая на выходе сигналы В₁, В₂,В₃. Сигнал В₁ поступает на вход КЛС 1, КЛС 1 перемножает полученные сигналы В₁ и А₁ А₂,А₃,А₄. Сигнал В₂ поступает на вход КЛС 2, где перемножается с сигналами А₁ А₂,А₃,А₄. Сигнал В₃ поступает на вход КЛС 3, где перемножается с сигналами А₁ А₂,А₃,А_4. На выходе КЛС 1 имеем произведения полученных сигналов: А₁В₁, А₂В₁, А₃В₁, А₄В₁. На выходе КЛС 2 имеем произведения сигналов: А₁В₂,А₂В₂,А₃В₂,А₄В₂. На выходе КЛС 2 также имеем произведения сигналов: А₁В₃,А₂В₃,А₃В₃,А₄В₃. Сигнал А₁В₁ (So') поступает на регистр.

Сигналы А₂В₁ и А₁В₂ поступают на вход сумматора 1, где они суммируются и на выходе имеем сигнал S₁', который поступает на регистр. Сигналы А₃В₁ и А₂В₂ поступают на вторую сигнальную линию входа сумматора 1, где на выходе имеем сигнал S₂'. Сигналы А₄В₁ и А₃В₂ поступают на третью сигнальную линию входа в сумматора 1, где на выходе имеем сигнал S₃'. Сигнал А₄В₂ поступает на четвертую сигнальную линию входа сумматора 1, где он суммируется с сигналом "0" и на выходе имеем сигнал S₄'.

Сигналы А₁В₃ и S₂' поступают на вход сумматора 2, где они суммируются и на выходе имеем сигнал S₁. Сигналы А₂В₃ и S₃' поступают на вторую сигнальную линию входа сумматора 2, где на выходе имеем сигнал S₂. Сигналы А₃В₃ и S₄' поступают на третью сигнальную линию входа сумматора 2, где на выходе имеем сигнал S₃. Сигнал А₄В₃ поступает на четвертую сигнальную линию входа сумматора 2, где он суммируется с сигналом "0" и на выходе имеем сигнал S₄. Сигналы S₁,S₂,S₃,S₄ поступают на регистр.

Регистр преобразует параллельный код в последовательный.

На выходе регистра имеем произведения положительных чисел "А" и "В".

2. Специальная часть

2.1 Описание работы принципиальной схемы устройства

В качестве шифратора выбрана микросхема К155ЛЕ1 (DD1 - DD3). На сигнальную шину 6 поступает логическая единица, на остальные шины логические нули. На выходах DD1.4 и DD3.4 имеем логические нули, на выходах DD2.3 и DD3.2 имеем логические единицы.

В качестве счетчика выбрана микросхема К555ИЕ2 (DD4). На вход 14 поступает аналоговый сигнал, на выходах 12,9,11 имеем логические нули, на выходе 8 логическую единицу.

В качестве комбинационных логических схем выбрана микросхема К555ЛИ2 (DD5,DD6,DD7). На входы DD5,DD6 2,3,6,9,11 и 12 поступают логические нули, на входы 5 и 8 поступают логические единицы. На всех выходах DD5 и DD6 имеем логические нули. На входах DD7 2 и 11 поступают логические нули, на входы 3,5,6,8,9,12 поступают логические единицы. На выходах 4 и 10 поступают DD7 имеем логические единицы, на выходах 1 и 13 имеем логические нули.

В качестве сумматоров выбрана микросхема К155ИМ2 (DD8,DD9). На входы 10,11,8,7,3,4,1 и 16 DD8 поступают логические нули, на выходах 9,6 2 и 15 имеем логические нули. На входы 7 и 4 DD9 поступают логические единицы, на входы 10,11,8,3,1,16 поступают логические единицы, на выходах 9 и 15 имеем логические нули, на выходах 6 и 2 имеем логические единицы.

В качестве регистра выбрана микросхема КР1533ИР10 (DD10). На входы 1,2,3 и 10 поступают логические нули, на входы 4 и 5 поступают логические единицы. На выходе регистра 13 имеем число 25.

2.2 Выбор и обоснование элементной базы

Шифратор

Для данного курсового проекта был выбран шифратор К155ЛЕ1, так как нагрузочная способность стандартная для соответствующей серии в отличии от микросхем К155ЛЕ5 и К155ЛЕ6. Также для данного курсового проекта был выбран шифратор КР1533ЛЛ4, так как он имеет нагрузочную способность втрое больше, чем у К155,ЛЛ1 и К555ЛЛ1.

Счетчик

В качестве счетчика выбрана микросхема К555ИЕ2, так как его мощность потребления 45 мВт является очень маленькой, в сравнении со счетчиком К155ИЕ2, мощность потребления которого 265 мВт.

Комбинационно логическая схема

Для данного курсового проекта был выбран КЛС К555ЛИ2, так как данная микросхема выполнена с открытым коллектором, нагрузочная способность в состоянии логического нуля стандартная, состояние логической единицы допускается подача напряжения 5,5 В, в отличии от микросхемы КР1555ЛИ8 и КР1533ЛИ10.

Сумматор

Для данного курсового проекта был выбран сумматор К155ИМ2, имеем стандартную разгрузочную способность.

Регистр

Для данного курсового проекта был выбран регистр К1533ИР10 - так как имеем синхронную параллельную запись, отсутствие инверсного выхода последнего сдвигающего разряда. Данная микросхема преобразует параллельный код в последовательный, в отличии от микросхемы КР1533ИР24.

2.3 Расчетная часть

2.3.1 Расчет потребляемой мощности

Мощность - это физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. Мощность Р

где U - напряжение питания, В;

I - сила тока, мА.

Общая мощность устройства вычисляется по формуле

где P₁ - мощность шифратора, мВт;

Р₂ - мощность счетчика, мВт;

Р₃ - мощность КЛС, мВт;

Р₄ - мощность сумматора;

Р₅ - мощность регистра, мВт.

Р₁ = 135 мВт;

Р₂ = 265 мВт;

Р₃ = 37 мВт;

Р₄ = 290 мВт;

Р₅ = 145 мВт.

2.3.2 Расчет основных параметров надежности

Надежность - свойство прибора сохранять во времени установленные значения и параметры функционирования в необходимых пределах, соответствующих заданным режимам и условиям эксплуатации, технического обслуживания, транспортирования и хранения. Надежность оборудования - величина, обратная интенсивности отказов на определенном интервале времени, отсутствие непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения.

Интенсивность отказов - соотношение числа отказавших образцов аппаратуры в единицу времени к среднему числу образцов, исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие образцы не восстанавливаются и не заменяются исправными. Наиболее часто применяется для характеристики надежности узлов радиоэлектронных и автоматических систем.

Интенсивность отказов вычисляется по формуле:

где - интенсивность отказовi-го элемента, 1/ч;

- количество элементов в i-ой группе.

Данные для расчетов интенсивности отказов в таблице 1.

Таблица 1 - Интенсивность отказов

Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданной наработки или заданном интервале времени отказ объекта не возникает.Показатель надежности устройства, схемы или отдельного элемента, который оценивает возможность сохранения изделием работоспособности в определенном интервале времени или при выполнении заданного объема работы.

Вероятность безотказной работы вычисляется по формуле

где е - основание натурального логарифма;

t - время безотказной работы, ч.

Наработка на отказ - технический параметр, характеризующий надежность ремонтируемого прибора, устройства или технической системы. Средняя продолжительность работы устройства между ремонтами, то есть показывает какая наработка в среднем приходится на один отказ. Выражается обычно в часах.

Средняя наработка на отказ - это средняя продолжительность работы устройства между ремонтами. Выражается обычно в часах.

Средняя наработка на отказ вычисляется по формуле

Окончательный расчет надежности устройства рассчитывается по формуле

где К - коэффициент нагрузки;

б - коэффициент влияния.

Интенсивность отказов вычисляется по формуле (3)

Вероятность безотказной работы вычисляется по формуле (4)

Средняя наработка на отказ вычисляется по формуле (5)

2.3.3 Расчет сложности схемы по Квайну

Сложность по Квайну определяется суммарным числом входов логических элементов в составе схемы. Схема с минимальной ценой по Квайну обычно реализуется наименьшим числом конструктивных элементов - корпусов интегральных микросхем.

При такой оценке единица сложности -- один вход логического элемента. Цена инверсного входа обычно принимается равной двум. Сложность схемы по Квайну определяется по формуле

где Q1 - количество входов шифратора;

Q2 - количество входов счетчика;

Q3 - количество входов КЛС 1;

Q4 - количество входов КЛС 2;

Q5 - количество входов КЛС 3;

Q6 -количество входов сумматора 1;

Q7 -количество входов сумматора2;

Q8 -количество входов регистра.

3. Требования техники безопасности

При эксплуатации оборудования для пайки должны быть предусмотрены мероприятия против поражения током, взрывов газовых смесей, выброса расплавленных солей и металлов, против ожогов, действия излучения на глаза и кожу человека. Почти все способы нагрева при пайке связаны с применением электрического тока, поэтому при выполнении паяльных работ имеется опасность поражения электрическим током. Характер и степень поражения зависит от силы тока: ток до 0,002 А человек переносит безболезненно; сила тока выше 0,05 А может привести к смертельному исходу. С повышением напряжения опасность поражения током усиливается. При нормальных условиях работы в исправной сухой одежде и обуви в сухих помещениях напряжение ниже 36 В считается безопасным. В сырых помещениях опасным является уже напряжение выше 12 В. Наиболее опасным является включение пострадавшего в электрическую сеть сразу к двум фазам. Через организм человека в этом случае протекает ток напряжением 220 или 380 В, что может привести к смертельному исходу.

Для предупреждения поражения электрическим током при эксплуатации оборудования при пайке следует соблюдать следующие правила: корпуса источников питания, корпуса машин для контактной пайки должны быть заземлены; в машинных и ламповых генераторах высокочастотных установок все металлические части и вторичный виток нагревания электрических цепец должны быть защищены кожухами; при индукционной пайке для защиты от токов высокой частоты необходимо устанавливать специальные экраны; доводить какие-либо работы в установках, находящихся под напряжением, запрещается; номинальная сила тока плавких предохранителей не должна превышать указанного в электрической схеме.

Заключение

В данном курсовом проекте разработано устройство для умножения двух положительных чисел в двоичной системе счисления. Приведено описание работы структурой схемы устройства, которая состоит из шифратора, счетчика, комбинационно-логической схемы (КЛС)1, КЛС2, КЛС3, сумматора1, сумматора2 и регистра.

Приложены две схемы: электрическая структурная и электрическая принципиальная схемы умножителя двух положительных чисел.

Подсчитана потребляемая мощность данного устройства, а также приведен расчёт основных параметров надежности. Рассчитана сложность схемы по Квайну.

Перечислены все требования техники безопасности при эксплуатации данного оборудования и ПК.

Размещено на Allbest.ru