2.2 Разработка принципиальной схемы устройства.
Принципиальная схема состоит из блока выдачи информации в схему, блока выдачи результата, блока умножения. Регистры срабатывают по переднему фронту синхросигнала.
Требуется организовать связи сумматоров так, чтобы не происходило переполнения сумматоров. Необходимо синхронизировать разряды, которые поступают на вход регистра результата. Для этого использованы два элемента Пирса, оформленные в виде макроса Delta. Он имеет задержку около 20 нс, что примерно равно задержке сумматора.
Алгоритм, описанный выше, позволяет уменьшить время вычисления в лучшем случае в два раза. При реализации по стандартному методу пришлось использовать 16 четырехразрядных сумматоров. В данном проекте использовано 17 четырехразрядных сумматоров, но до результата разряд пройдет в худшем случае 8 сумматоров. Таким образом аппаратные затраты немного увеличились, но при этом быстродействие возросло в 1.6 раз. Схема работает с фиксированным временем выполнения так, что не требуется специальное устройство выдачи сигнала готовности для выдачи результата счёта и начала следующего счёта.
3. Выбор платы.
В базовой несущей конструкции блока возможно применение узлов с платами двух видов:
многослойная печатная плата (МПП), выполненная методом открытых контактных площадок;
двухсторонняя печатная плата (ДПП), изготовленная методом химического травления на основе фольгированного стеклотекстолита.
ДПП позволяет устанавливать элементы как со штыревым, так и с планарными выводами. Число элементов с планарными выводами не должно превышать 25 для корпуса 401.14. Максимальная высота элементов, устанавливаемых на ДПП – 9,7 мм.
Для комбинационного блока умножения выбираем плату ДПП.
Размеры платы возьмем 115x150 мм. В качестве основы возьмем стеклоткань, в качестве пропитки возьмем смолу. Медную фольгу и готовый диэлектрик затем прессуют.
При оценке качества поверхности меди, лучше всего стандарт mil p 13949d. [5].
В качестве припоя возьмем Бело-водную канифоль, у которой хорошая надежность. Марку меди возьмем 70а [5].
4.Моделирование.
Проведём моделирование в системе MICRO-CAP 5.
На входы подадим начальные значения, с выходов снимем результат.
Используем генератор строба для подачи синхроимпульсов входных и выходных регистров.
Соответственно:
Синхроимпульс имеет выражение
.define in1
+ 0ns 1
+ label=start
+ +70ns 0
+ +30ns 1
+ +70ns goto start -1 times
Сигналы генератора очистки.
.define inclear
+ 0ns 1
+ 25ns 0
.define clearbar
+ 0ns 0
+ 25ns 1.
Первые 100 нс, являются подготовительными: триггеры приводяться в рабочее положение.
Время от прихода синхросигнала на входные регистры до выдачи результаты на выходных регистрах составляет 115нс.
5. Разработка конструкции.
Создание макросов.
Макросы создаются
Для создания макроса открываем меню File, выбираем пункт New -> Schematic, нажимаем экранную кнопку OK. Появляется пустое окно, в котором необходимо нарисовать схему макроса. Затем нужно нажать на кнопку с буквой Т на панели инструментов. И на каждом информационном входе всех элементов создаем выводы, каждый из которых помечаем. После того как схема нарисована, сохраняем ее в файле с уникальным названием.
Затем в меню Windows выбираем пункт Shape Editor. Справа в дереве выбирем нужную нам группу и нажимаем кнопку ADD, вводим нужное имя (для простоты можно ввести то имя под которым сохранен макрос). В окне рисуем внешний вид макроса, затем нажимаем кнопку Close, и затем подтверждаем сохранение изменений.
Вторично выбираем меню Windows, пункт Component Editor. Нажимаем кнопку Add Component. В поле Shape выбираем имя создаваемого макроса. В поле Definition выбираем Macro. Устанавливаем галочку в поле Model = Component Name. В окне с изображением макроса наводим курсор на каждую ножку и вводим ее название в соответствии с названиями на схеме макроса. Нажимаем на кнопку Close, и подтверждаем сохранение изменений.
5.1 Спецификация макросов:
Наименование: Delta
Назначение: формирование задержки 20нс
Состав : К155ЛЕ3 - 2 эл.
Наименование: D
Назначение: восьмиразрядный регистр
Состав: К155ТМ2 - 8 эл.
Наименование: Summ1
Назначение: восьмиразрядный сумматор
Состав: К555ИМ6 – 2 эл.
Наименование: Big_And
Назначение: выполнение восьми конъюнкции с общим операндом
Состав: К155ЛИ1 - 8 эл.
5.2 Спецификация.
|
Позиционное обозначение |
Наименование |
количество |
|
DD1.1 –DD1.4 |
Макрос D |
4 |
|
DD2.1 – DD2.8 |
Макрос Big_And |
3 |
|
DD3.1 – DD3.4 |
Макрос Summ1 |
1 |
|
DD5.1 – DD5.17 |
Макрос Delta |
17 |
|
DD6.1 |
Генератор тактовых импульсов |
1 |
|
DD7.1 |
Генератор сигнала очистки |
1 |
|
DD8.1 |
Генератор постоянных значений |
1 |
|
DD9.1 |
Генератор синхросигнала |
1 |
Заключение.
В результате проделанной работы был спроектирован комбинационный восьми разрядный блок умножения. Схема работает с фиксированным временем выполнения так, что не требуется специальное устройство выдачи сигнала готовности для выдачи результата счёта и начала следующего счёта. Одновременно позволяет аппаратно привязать устройство к другому вычислителю, учитывая постоянное время счёта.
Был выбран необходимый набор элементов. Была сконструирована плата. Данная схема была смоделирована в Micro-Cap, где временными диаграммами была подтверждена правильность работы данной схемы.
Устройство нуждается во внешней синхронизации, что требуется для привязки его к другим устройствам, и возможности помещения его в ЭВМ, или, наиболее вероятно, какое-нибудь другое специализированное устройство, которому нужны функции, выполняемые устройством.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Курсанов О.И.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ, РАЗРАБОТКЕ
И КОНСТРУИРОВАНИЮ ЭЛЕКТРОННЫХ УЗЛОВ
В.Л.Шило ’’ Популярные цифровые микросхемы ‘ Справочник М.”Радио и связь” 1989г.
Бирюков С.А. « Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах» М.: Радио и связь,1990 г.
Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов и др.; Под ред. Э. Т. Романычевой. «Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры» справочник– 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1989. – 448 с.: ил.
Файзулаева Б. Н. “Справочник по печатным платам “ ,” Советское радио” М, 1972г.
Временные диаграмы