Кодирующее устройство для ввода информации с клавиатуры

Введение

В настоящее время широко применяются устройства ввода информации, пульты дистанционного управления, устройства управления и т. д. для создания этих устройств используются преобразователи кодов.

Преобразователи кодов служат для перевода одной формы числа в другую. Их входные и выходные переменные однозначно связаны между собой. Эту связь можно задать таблицами переключений или логическими функциями.

Наиболее распространенными видами преобразователей кодов являются шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры.

Шифратор (кодер) преобразует одиночный сигнал в n-разрядный двоичный код. Наибольшее применение он находит в устройствах ввода информации (пультах управления) для преобразования десятичных чисел в двоичную систему счисления.

Дешифратор (декодер)- преобразует код, поступающий на его входы, в сигнал только на одном из его выходов. Дешифраторы широко применяются в устройствах управления, в системах цифровой индикации с газоразрядными индикаторами, для построения распределителей импульсов по различным цепям и т. д. Дешифраторы входят во все серии микросхем ТТЛ и КМДП. Например, дешифратор К155ИД4 (два дешифратора в корпусе) преобразует двоичный код в код ‘1 из 4’, К155ИД1 и к176ИД1 в код ‘1 из 10’, К155ИД3- в код ‘1 из 16’. Дешифратор на микросхеме К155ИД1 предназначен для работы с декадными газоразрядными индикаторами. Его выходы подключаются непосредственно к катодам (имеющим форму десятичных цифр) газоразрядного индикатора, анод которого через резистор подключен к источнику питания напряжением 200-250 В. Выходные сигналы этой микросхемы отличаются от ТТЛ уровней и поэтому для подключения к ней других микросхем приходится применять дополнительные устройства согласования.

Мультиплексор – это, узел осуществляющий преобразование параллельных цифровых кодов в последовательные. Его применяют для последовательного опроса заданного числа информационных сигналов и передачи их на один выход. В интегральном исполнении выпускаются мультиплексоры на два входа (четыре элемента в одном корпусе), на восемь и шестнадцать входов. Микросхемы К561Кп1 и К561КП2 представляют собой мультиплексоры- демультиплексоры цифровых и аналоговых сигналов и могут использоваться или для последовательного опроса всех входных цепей Х0..Хn и передачи их сигнала на один выход Х, или для коммутации одного входного сигнала Х на один из многих выходов Х0..Хn.

1.Выбор и обоснование структурной схемы устройства

На рисунке 1 представлена структурная схема кодирующего устройства. Она достаточно проста по структуре и состоит из трёх блоков: источника питания, устройства ввода и кодирующего устройства.

Блок питания служит для питания схемы энергией.

Устройство ввода служит для ввода символов.

Кодирующее устройство необходимо для зашифровки символов поступающих с устройства ввода.

Данная структурная схема имеет недостаток в том, что нет устройства защиты, которое необходимо для корректной работы всего устройства клавиатуры ввода.

Устройство Кодирующее

ввода устройство

Источник

питания

Рис.1.1. Структурная схема кодирующего устройства.

На рисунке 2 представлена структурная схема кодирующего устройства. Она состоит из четырёх блоков: источника питания, устройства ввода, устройства защиты и кодирующего устройства.

Блок питания служит для питания схемы энергией. Без этого блока функционирование всей схемы невозможно, т. к. схема не будет питаться энергией.

Устройство ввода служит для ввода символов. Работать без этого устройства не представляется возможным, т. к. всё устройство собирается лишь для того, чтобы кодировать какие-либо символы, а без устройства ввода их не ввести.

Устройство защиты представляет собой устройство, защищающее от одновременного нажатия нескольких клавиш. Данное устройство схеме не обязательно, но для корректной работы всего устройства желательно.

Кодирующее устройство необходимо для зашифровки символов поступающих с устройства ввода. Без этого устройства невозможно закодировать информацию для дальнейшего её прохождения в зашифрованном виде понятном для других устройств.

Устройство Устройство Кодирующее

ввода защиты устройство

Источник

питания

Рис. 1.2. Структурная схема кодирующего устройства.

2. Выбор и обоснование принципиальной схемы устройства

2.1. Выбор и обоснование схемы электрической функциональной

Кодирующее устройство на основе сканируемой клавиатуры формирует четырех разрядный двоичный код и содержит: блок сканирования (последовательно включенный четырех разрядный двоичный счетчик, DD2, шестнадцативходовый мультиплексор DD3), формирователь сигнала “ГОТ” на триггере DD4 элементе “И-НЕ” DD1.2.

С генератора тактовых импульсов такты поступают на четырех разрядный двоичный счетчик. (Счетчик служит для счета импульсов. Коэффициент пересчета счетчика К>сч>=2n соответствует максимальному количеству подсчитываемых единиц информации, где n- количество триггеров). Такты на счетчик поступают через элемент “И-НЕ”. Элемент “И-НЕ” предназначен для подачи импульсов на счетчик DD2 в зависимости от сигнала формируемого на D-триггере.

Сигналы с выхода счетчика поступают на шестнадцативходовый мультиплексор DD3.(Мультиплексор имеет несколько информационных входов и один информационный выход, а так же управляющие входы. Он обеспечивает передачу информации с одного из входов, в зависимости от кода обозначающего номер информации входа поданного на управляющие входы).

С выхода мультиплексора сигнал идет на триггер DD4.1.(Триггер - запоминающий элемент, он обеспечивает запись, хранение и выдачу одного бита информации. Он имеет два устойчивых состояния). На прямом выходе триггера формируется сигнал “ГОТ”. С инверсного выхода сигнал идет на элемент “И-НЕ”.

Сигнал “ГОТ” формируется на элементе “И-НЕ” (DD1.2) и D- триггере (DD4.1).

Схема электрическая функциональная представлена на рисунке 2.1.1.

DD1.1

Код

Y3-Y0


DD2

DD3

1

2

3

4

1

2

DD1.2

Такты

1

2

4

8

1

2

3

4

1

2

4

8

&

& >C1 >СТ МХ

3

4

>C2 >

>

R1

>

>

R2

>

DD4.1

S

ГОТ

Т

0

1

2

3

0

1

2

3

C


4

5

6

7

D

4

5

6

7


R


От

8

9

AB

8

9

10

11

Клавиатуры

C

D

E

F

1213

14

15


V


Рис. 2.1.1. Функциональная схема кодирующего устройства.

2.2. Выбор и обоснование элементной базы

Элементную базу я выбрал на интегральных микросхемах серии К155, так как эта серия подходит по единственному заданному параметру U>ип>= 5 В.

Интегральные микросхемы серии К155 выпускаются в пластмассовых корпусах. Имеют диапазон рабочих температур от –10 до +70 градусов, часть микросхем выпускается также в керамических корпусах и имеет обозначение 155, с диапазоном рабочих температур от –45 до +85 градусов.

Интегральные микросхемы серии К155 широкого потребления, дёшевые, что является достоинством данной серии.

Сравнительные характеристики нескольких серий приведены в таблице 2.2.1.

Таблица 2.2.1.

Серия

К155

К531

К555

КР1531

КР1533

I0>вх>, мА

-1,6

-2,0

-0,36

-0,6

-0,2

U0>вх>> max>, В

0,8

0,8

0,8

0,8

0,8

I1>вх>, мА

0,04

0,05

0,02

0,02

0,02

U1>вх>> min>, В

2,0

2,0

2,0

2,0

2,0

U0>вых>, В

0,4

0,5

0,5

0,5

0,4

I0>вых>, мА

16

20

8

20

4

U1>вых>, В

2,4

2,7

2,7

2,7

2,5

I1>вых>, мА

-0,4

-1

-0,4

-1

-0,4

К155 ЛА3

1

2

3


&


&

4

5

6

&

8

9

10


11

&

12

13


Рис. 2.2.1. УГО логического элемента.

Сравнительные характеристики логических элементов приведены в таблице 2.2.2. из которой наиболее подходящая К155 ЛА3.

Таблица 2.2.2.

Серия

К155 ЛА1

К155 ЛА2

К155 ЛА3

К155 ЛА4

P>потр>, мВт

39

21

78

80

U1>вых>> ,> В

2,4

2,4

2,4

2,4

U0>вых>, В

0,4

0,4

0,4

0,4

t1,0>зд. р.>, нс

15

15

15

15

t0,1>зд. р.>, нс

22

22

22

29

U>пст>, В

0,4

0,4

0,4

0,4
К155 ИЕ5

С1

1411

СТ


1

2

4

8

12

9

8

11


С2

2

3


R1

R2


Рис. 2.2.2. УГО счетчика.

Сравнительные характеристики счетчиков приведены в таблице 2.2.3. из которой наиболее подходящая К155 ИЕ5.

Таблица 2.2.3.

Серия

К155 ИЕ2

К155 ИЕ4

155 ИЕ5

I>потр>, мА

53

51

53

I0>вх>> ,> мА

-6,4

-6,4

-3,2

I1>вх>,мА

0,16

0,16

0,08

U>д>, В

1,5

1,5

1,5

P>потр>, мВт

265

265

265

К155 ТМ2

Т

4


D

3

5


R

2

6


C

1


S


Рис. 2.2.3. УГО D- триггера.

Сравнительные характеристики D- триггеров приведены в таблице 2.2.4. из которой наиболее подходящая К155 ТМ2.

Таблица 2.2.4.

Серия

К155 ТМ2

К155 ТМ5

155 ТМ8

ЧИСЛО ТРИГГЕРОВ

2

4

4

СРЕДНЯЯ ЗАДЕРЖКА

32

27

30

f>перекл>, МГц

15

35

30

U>пит>, В

5

5

5

P>потр>, мВт

150

265

225

К155 КП1

15

14

13

11

1

2

4

8


08

07

06

05


10


04

03

02

01


9


V


0

1

2

3


1213

14

15


18

17

16


4

5

6

7


2322

21

2019


8

9

10

11


Рис. 2.2.4. УГО мультиплексора.

Сравнительные характеристики мультиплексоров приведены в таблице 2.2.5. из которой наиболее подходящая К155 КП1

Таблица 2.2.5.

Серия

К155 КП1

К155 КП5

155 КП7

U1>вых>, В

2,4

2,4

2,4

I1>вх>> >, мА

0,04

0,04

0,04

I0>вх>, мА

-1,6

-1,6

-1,6

U0>вых>, В

0,4

0,4

0,4

P>потр>, мВт

360

230

260

3. Расчетная часть

3

>M>

.1. Расчет надежности

1. Интенсивность отказов блока

>i=1>

>бл >=  N>i>*>i0>>i>>i>=4*0,1*1*1+1*0,1*1*1+

+4*0,1*1*1+1*0,1*1*1+47*0,005*1*1=1,235*10-6

2. Средняя наработка до первого отказа

Т= 1/>бл>=1/1,235*10-6=0,8*

3. Вероятность безотказной работы

Р=е-бл*Т= е-0,01235=0.9877