Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)

 

 

Достоинства: высокое быстродействие; применение на выходах эмиттерных повторителей обеспе­чи­вает ускорение процесса перезарядки ёмкостей, подключён­ных к выходам; транзисторы включены по схеме, близкой к схеме включе­ния с общей базой, что улучшает частотные ха­рактеристики транзисторов и ускоряет процесс их пе­реключения; на выходах стоят эмиттерные повторители и, следова­тельно, увеличивается нагрузочная способность; широкие логические возможности, т.к. схема имеет два вы­хода.

Недостатки: большая потребляемая мощность, т.к. в схеме переключа­ются большие токи; сравнительно низкая помехоустойчивость элемента, т.к. вы­бран малый перепад логических уровней U¹ – U⁰ = 0,8.

Интегральная инжекционная логика (И² Л).

Достоинства: используется пониженное напряжение (»1 В); малая потребляемая мощность, т.к. в схеме протекает ток мкА, а U_пит =1 В; обеспечивают высокую степень интеграции (нет изоляци­он­ных карманов); при изготовлении схем И² Л используется те же техноло­гиче­ские процессы, что и при производстве ин­тегральных схем на биполярных транзисторах, но ока­зывается меньшим число технологических операций и необходимых фотошабло­нов; обеспечивают возможность обмена в широких пределах мощно­сти на быстродействие (можно изменять на не­сколько порядков потребляемую мощность, что соответ­ственно при­ведёт к изменению быстродействия); хорошо согласуются с элементами ТТЛ.

Недостатки: не большая помехоустойчивость, т.к. логический пере­пад 0,5¸0,8 В; быстродействие ниже, чем в схемах ЭСЛ.

В данном курсовом проекте выбраны ИМС ТТЛ и ТТЛШ – технологии серии К155 и К555, т.к. они лучше всего подходят по основным параметрам (потребляемая мощность, быстродействие, нагрузочная способность) для данной схемы.

Для курсового проектирования выбраны следующие интегральные микросхемы:

 

К155ИМ3, КМ155ИМ3

Микросхема представляет собой четырехразрядный (двоичный) полный сумматор. Содержит 781 интегральный элемент. Корпус типа 238.16-2, масса не более 2 г. и типа 201.16-6, масса не более 2,5 г (рисунок 3.1).

 

                                                      

 

 

 

Рисунок 3.1 - Условное графическое обозначение К155ИМ3, КМ155ИМ3.

Назначение выводов: 1-вход слагаемого А4; 2-выход суммы S3; 3-вход слагаемого А3; 4-вход слагаемого В3; 5-напряжение питания; 6-выход суммы S2; 7-вход слагаемого В2; 8-вход слагаемого А2; 9-выход суммы S1; 10-вход слагаемого А1; 11-вход слагаемого В1; 12-общий; 13-вход переноса Р0; 14-выход переноса четвертого разряда Р4; 15-выход суммы S4; 16-вход слагаемого В4.

 

К155ИР13

Микросхема представляет собой восьмиразрядный реверсивный сдвиговой регистр. Содержит 385 интегральных элементов. Корпус типа 239.24-1, масса не более 4 г (рисунок 3.2).

 

 

Рисунок 3.2 – Условное графическое обозначение К155ИР13.

Назначение выводов: 1- вход режимный S0; 2-вход последовательного ввода информации при сдвиге вправо DR; 3-вход информационный D0; 4-выход Q0; 5-вход D1; 6-выход Q1; 7-вход D2; 8-выход Q2; 9-вход D3; 10-выход Q3; 11-вход

 

синхронизации С; 12-общий; 13-вход инверсный «сброс» R; 14-выход Q4; 15-вход D4; 16-выход Q5; 17-вход D5; 18-выход Q6; 19-вход D6; 20-выход Q7; 21-вход D7; 22-вход последовательного ввода информации при сдвиге влево DL; 23-вход режимный S1; 24-напряжение питания.

 

К555КП13

Микросхема представляет собой четыре двухвходовых мультиплексора с запоминанием. Содержит 120 интегральных элементов. Корпус типа 238.16-2, масса не более 1,2 г (рисунок 3.3).

 

Рисунок 3.3 – Условное графическое обозначение К555КП13.

Назначение выводов: 1-вход В1; 2-вход В0; 3-вход А0; 4-вход А1; 5-вход В2; 6-вход В3; 7-вход А3; 8-общий; 9-вход А2; 10-вход выбора канала V; 11-вход синхронизации ; 12,13,14,15 -выходы Q3,Q2,Q1,Q0; 16-напряжение питания.

 

К155ИР1, КМ155ИР1

Микросхемы представляют собой четырехразрядный универ­сальный сдвиговый регистр. Содержат 177 интегральных элемен­тов. Корпус типа 201.14-1 масса не более 1 г и типа 201.14-8, масса не более 2,2 г (рисунок 3.4).

 

 

 

Рисунок 3.4 - Условное графическое обозначение К155ИР1.

 

Назначение выводов: 1 — вход информационный V1; 2 — вход первого разряда D 1; 3 — вход второго разряда D2; 4 — вход третьего разряда D3; 5 — вход четвертого разряда D4; 6 — вход выбора режима V 2; 7 — общий; 8 — вход синхронизации С2; 9 — вход синхронизации С2, 10 — выход четвертого разряда; 11 — выход третьего разряда; 12 — выход второго разряда; 13 — вы­ход первого разряда; 14 — напряжение питания.

 

К155ТМ2, КМ155ТМ2

Микросхема представляет собой два D-триггера. Содержат 70 интегральных элементов. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и типа 201.14-8, масса не более 2,2 г (рисунок 3.5).

             

 

Рисунок 3.5 – Условное графическое обозначение К155ТМ2, КМ155ТМ2.

Назначение выводов: 1-инверсный вход установки «0» R1; 2-вход D1; 3-вход синхронизации С1; 4-инверсный вход установки «1» S1; 5-выход Q1;6-инверсный выход Q1; 7-общий; 8-инверсный выход Q2; 9-выход Q2; 10- инверсный вход установки «1» S2; 11-вход синхронизации С2; 12-вход D2; 13- инверсный вход установки «0» R2; 14-напряжение питания.

 

К555СП1

Микросхема представляет собой схему сравнения двух четырехразрядных чисел. Содержит 208 интегральных элементов. Корпус типа 238.16-2, масса не более 1,2 г (рисунок 3.6).

 

 

 

Рисунок 3.6 – Условное графическое обозначение К555СП1.

Назначение выводов: 1-вход В3; 2-вход переноса A<B; 3-вход переноса А=В; 4-вход переноса A>B; 5-выход А>В; 6-выход А=В; 7-выход А<В; 8-общий; 9-вход

В0; 10-вход А0; 11-вход В1; 12-вход А1; 13-вход А2; 14-вход В2; 15-вход А3; 16-напряжение питания.

 

К155ЛЛ1, КМ155ЛЛ1

Микросхема представляет собой 4 двухвходовых логических элемента ИЛИ. Содержит 84 интегральных элемента. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и типа 201.14-8, масса не более 2,2 г (рисунок 3.7).

 

 

Рисунок 3.7 – Условное графическое обозначение К155ЛЛ1, КМ155ЛЛ1.

Назначение выводов: 1,2,4,5,9,10,12,13 – входы; 3,6,8,11-выходы;7-общий; 14-напряжение питания.

 

К555ЛН1, КБ555ЛН1-4, КМ555ЛН1

Микросхемы представляют собой 6 логических элементов НЕ. Содержат 84 интегральных элемента. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и 201.14-8, 2012.14-2, масса не более 2,3 г (рисунок 3.8).

 

 

 

 

Рисунок 3.8 – Условное графическое обозначение К555ЛН1.

Назначение выводов: 1-вход Х1; 2-выход Y1; 3-вход Х2; 4-выход Y2; 5-вход Х3; 6-выход Y3; 7-общий; 8-выход Y4; 9-вход Х4; 10-выход Y5; 11-вход Х5; 12-выход Y6; 13-вход Х6; 14-напряжение питания.

 

К555ЛИ1, КБ555ЛИ1-4, КМ555ЛИ1

Микросхемы представляют собой четыре логических элемента 2И. Содержат 80 интегральных элементов. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и 201.14-8, 2102.14-2, масса не более 2,3 г (рисунок 3.9).

 

 

Рисунок 3.9 – Условное графическое обозначение К555ЛИ1.

Назначение выводов: 1-вход Х1; 2-вход Х2; 3-выход Y1; 4-вход Х3; 5-вход Х4; 6-выход Y2; 7-общий; 8-выход Y3; 9-вход Х5; 10-вход Х6; 11-выход Y4; 12-вход Х7; 13-вход Х8; 14-напряжение питания.

 

КР1533КП7, КФ1533КП7, ЭКФ1533КП7

Микросхемы представляют собой селектор-мультиплексор на 8 каналов со стробированием. В зависимости от установленного на выводах 9..11 кода разрешают прохождение сигнала на выходы только от одного из 8 информационных входов. Содержат 195 интегральных элементов. Корпус типа 238.16-1, масса не

более 1,2 г (рисунок 3.10).

 

Рисунок 3.10 – Условное графическое обозначение КР1533КП7.

Назначение выводов: 1-вход информационный D3; 2- вход информационный D2; 3- вход информационный D1; 4- вход информационный D0; 5-выход Y; 6-выход Y; 7-вход стробирования; 8-общий; 9-вход «выбор данных» SED3; 10- вход «выбор данных» SED2; 11- вход «выбор данных» SED1; 12- вход информационный D7; 13- вход информационный D6; 14- вход информационный D5; 15- вход информационный D4; 16-напряжение питания.

 

Таблица 3.1 – Электрические параметры микросхем.

 

Параметры	К155ИМ3	К155ИР13	К155ИР1	К555КП13	К155ТМ2
I^0вх, мА	-6,4	-1,6	-3,2	-0,38	-1,6
I^1вх, мА	0,16	0,04	0,04	0,003	0,04
U^0вых, В	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
U^1вых, В	2,4	2,4	2,4	2,8	2,4
I^0пот, мА	128	116	82	20,5	30
I^1пот, мА	128	116	82	20,5	30
t^0,1здр, нс	48	30	35	32	40
t^1,0здр, нс	32	30	35	27	25
Рпотр., мВт	670	609	430	107,6	157,5

 

 

Таблица 3.2 – Электрические параметры микросхем.

 

Параметры	К555СП1	К155ЛЛ1	К555ЛН1	К555ЛИ1	КР1533КП7
I^0вх, мА	0,4	-1,6	-0,36	-0,36	-0,2
I^1вх, мА	0,02	0,04	0,02	0,02	0,002
U^0вых, В	0,5	0,4	0,5	0,5	0,4
U^1вых, В	2,4	2,4	2,7	2,7	2,4
I^0пот, мА	20	38	6,6	8,8	10
I^1пот, мА	20	22	2,4	4,4	10
t^0,1здр, нс	39	22	20	24	34
t^1,0здр, нс	36	15	20	24	32
Рпотр., мВт	104,4	157,6	23,63	34,65	50

 

 

4 Построение принципиальной схемы

Схема электрическая принципиальная многофункционального арифметико-логического устройства представлена на графическом чертеже Э3. Подробное описание функционирования данной схемы изложено в пункте 2.

В данном разделе рассмотрим сложение и вычитание чисел с плавающей точкой. Для выполнения данной операции используются двоичный четырехразрядный сумматор СМ (серии К155ИМ3) и схема однобайтовых логических операций СОЛО. При сложении (вычитании) чисел с плавающей точкой из оперативной памяти по входной информационной шине ШИВх в АЛУ поступают операнды. Первое слагаемое (уменьшаемое) поступает на входной восьмиразрядный регистр Рг1 (серия К155ИР13), второе слагаемое (вычитаемое) - на входной восьмиразрядный регистр Рг3 той же серии. Знаки слагаемых хранятся в триггерах знаков (D-триггерах - К155ТМ2) - ТгЗн1 и ТгЗн2. Смещенные порядки слагаемых пересылаются в четырехразрядные регистры РгС и РгD (оба серии К155ИР1). Схема СОЛО применяется для сравнения и выравнивания порядков слагаемых. Данная схема является комбинационной, она позволяет реализовать поразрядные операции логического умножения И, логического сложения ИЛИ и суммирования по модулю два двумя однобайтовыми операндами. Четырехразрядная схема однобайтовых логических операций состоит из четырех схем поразрядной обработки СПО и схем сравнения слов длиной 1 байт. На Вых1 и Вых2 СОЛО формируются сигналы, определяющие результат сравнения байт по численному значению в соответствии со следующим правилом (таблица 4.1):

Таблица 4.1.

 

Вых1	Вых2	Результат сравнения
1	1	D<C
0	1	D>C
0	0	D=C

 

Сумматор СМ, его входные восьмиразрядные регистры РгА и РгВ (обе ИМС серии К155ИР13) и выходной восьмиразрядный регистр РгСМ используются при сложении (вычитании) мантисс, а также при передаче мантисс со сдвигом в процедурах выравнивания порядков и нормализации результата.

 

Выравнивание порядков производится следующим образом. Смещенный порядок числа Х из Рг3 передается в регистр РгD и в выполняющий роль РгСОЛО счетчик РгСч1, соединенный с выходом СОЛО. Затем в РгС передается смещенный порядок числа Y. После этого начинается сравнение порядков чисел Х и Y на СОЛО и сдвиг мантиссы числа с меньшим порядком вправо, при этом значение смещенного порядка Y меняется до тех пор, пока он не станет равным смещенному порядку Х. Порядок Z берется равным большему порядку слагаемых. Чтобы не делать лишних сдвигов мантиссы, превратившейся в процессе выравнивания порядка в 0, на счетчике циклов СчЦ фиксируется предельное число сдвигов, равное числу цифр мантиссы. При выполнении сдвига на один разряд мантиссы содержимое СчЦ уменьшается на 1. При СчЦ=0 сдвиги прекращаются, и в качестве результата берется большее слагаемое. После выравнивания порядков осуществляется сложение мантисс и (при необходимости) нормализация результата.  С выхода РгСМ данные передаются дальше на шину ШИВых.

5 Расчетная часть

Среди многочисленных характеристик, отражающих производительность, эксплуатационные свойства и особенности конструкции схем, выделяют несколько основных, по которым можно произвести оценку в отношении соответствия требованиям, предъявляемым при разработке схемы. К таким характеристикам относят потребляемую мощность, быстродействие, показатели надежности.