Как проектировать электронные схемы

Пример проектирования цифрового устройства «на пальцах»

Привет, Хабр! Это начало небольшого цикла из двух статей с пошаговым проектированием цифрового устройства с уклоном на практику. Минимум «воды» и максимум практики!

Для начала работы возьмем следующие выходные параметры: 0000110001110001

Примечание: существует множество способов и программ для проектирования цифровых устройств. Показанное в статье может отличаться от привычных вам. Это нормально.

Инструменты, материалы и прочее:

• Electronics Workbench
• Линейка, ручка и листок (для общих расчетов)
• Базовые знания дискретной математики, цифровой схемотехники и принципа работы представленных программ
• Условное графическое обозначение микросхем 7404 (аналог К155ЛН1), 7410 (аналог К155ЛА4), 7410 (аналог К155ЛА4) и 7420 (аналог К155ЛА1)
• Фактическое изображение микросхем 7404 (аналог К155ЛН1), 7410 (аналог К155ЛА4), 7410 (аналог К155ЛА4) и 7420 (аналог К155ЛА1)

Начало работы

1. Построение таблицы истинности и нахождение совершенной дизъюнктивной нормальной формы (СДНФ)

Первым делом необходимо составить таблицу истинности по формуле

где N – количество возможных вариантов, а i – количество выходных сигналов.

В представленном случае это будет выглядеть так:

На основе полученных данных можно перейти к построению таблицы истинности. Для наглядности входные сигналы были обозначены как A, B, C и D, выходной как F.

После построения таблицы истинности можно приступать к получению СДНФ. Это выполняется в два шага:

1. Выделяются строчки таблицы истинности, в которых F=1.
2. Выписывается конъюнкция переменных у всех выделенных строк по следующей формуле: если значение переменной равно 1, то в конъюнкцию включается сама переменная. Если значение равно 0, то включается отрицание переменной. Полученные конъюнкции нужно связать в дизъюнкцию.

Более наглядно:

2. Создание карты Карно, минимизация и приведение к базису И-НЕ

Полученную СДНФ необходимо сократить при помощи карт Карно.

Три шага для построения карт Карно:

1. так как используются четыре переменные (A, B, C и D), то строится таблица 5×5 клеток;
2. таблица заполняется на основе «координат» из таблицы истинности (из строк, в которых F=1) или СДНФ (суть одна. Просто кому как удобнее);
3. в заключение смежные клетки объединяются в группы. Группы не должны содержать нули. Группы должны быть кратны двум. Группы могут пересекаться.

Более наглядно:

Следующее действие — минимизация полученных групп. Общий принцип можно свести к следующему:
Если 11 — значение не меняется;
Если 00 — присваивается отрицание;
Если 01 (или 10) — вычеркивается.

Полученные произведения связываются в дизъюнкцию:

После чего составленное выражение приводится к базису И-НЕ при помощи закона де Моргана (отрицание конъюнкции есть дизъюнкция отрицаний, отрицание дизъюнкции есть конъюнкция отрицаний):

Обратите внимание на изменения — появилось двойное отрицание (по одной на «группу» и одно общее) и изменились знаки.

По желанию также можно составить логическую схему. Почему по желанию? Потому что дальше будет составление электронной схемы на основе логических элементов, а она, по своей сути, является той же самой логической схемой, но с возможностью проверки работоспособности.

Пример логической схемы:

3. Электронная схема на основе логических элементов

Основные расчеты завершены. Теперь можно отложить листок с ручкой и линейкой. Переходим в Electronics Workbench.

В данном случае этот этап выступает «промежуточным» и упрощает процесс перехода от выражения в базисе И-НЕ к электронной схеме на основе микросхем.

Более наглядно:

1 — Питание;
2 — Переключатели, используемые для подачи сигналов;
3 — Индикаторы (применяются для наглядной проверки работоспособности);
4 — Логические элементы типа «НЕ»;
5 — Логические элементы типа «3И-НЕ»;
6 — Логический элемент типа «4И-НЕ»;
7 — Заземление.

Как можно заметить, логические элементы электронной схемы внешне отличаются от тех, что были представлены ранее (в логической схеме). Это связано с тем, что в Electronics Workbench условное графическое обозначение логических элементов выполнено по стандартам ANSI, тогда как показанная ранее логическая схема была выполнена в соответствии ГОСТ 2.743-91.

Работоспособность электронной схемы проверяется по таблице истинности. Для этого нужно нажать кнопку запуска

и начать производить переключения, проводя сравнение с таблицей истинности.

ВАЖНО: нужно проверять каждую строчку. Выборочная проверка ничего не даст.

4. Электронная схема на основе микросхем

На базе имеющихся данных производится построение электронной схемы на основе микросхем (также по полученной схеме можно будет ориентироваться во время проектирования печатной платы).

Как можно заметить, в полученной электронной схеме использовано 4 микросхемы — 7404 (аналог К155ЛН1), 7410 (аналог К155ЛА4), 7410 (аналог К155ЛА4) и 7420 (аналог К155ЛА1). Для того чтобы понять, как происходит подключение, следует обратиться к фактическому изображению микросхем.

Фактические изображения:

Сначала это может показаться сложным, но со временем вы поймете, что это не так уж и трудно.
ВАЖНО: не забывайте делать проверку.

Продолжение следует.

• схемотехника
• на пальцах
• цикл статей

Как проектировать электронные схемы

Данная книга представляет собой сборник практических рекомендаций по проектированию, изготовлению и наладке аналоговых и цифровых электронных схем различного назначения.

Большое внимание уделено особенностям использования разнообразных электронных компонентов, вопросам разработки и изготовления печатных плат и корпусов, методике испытания устройств и поиска неисправностей.

Читать дальше

Отзывы читателей

Скачать книгу «Как проектировать электронные схемы»

О книге

В течение дня современный человек сталкивается с различными стрессовыми нагрузками, что неизбежно приводит к эмоциональному истощению. Именно поэтому необходимо уметь отвлекаться от реальности и восполнять баланс положительных эмоций. Чтение книг, без сомнения, один из самых популярных и действенных способов. С книгами жизнь становится интереснее и веселей, а многие жизненные неурядицы кажутся не такими уж и серьезными.

Книга «Как проектировать электронные схемы» Галле Клод – настоящий шедевр литературного искусства, относящийся к жанру графика. дизайн. проектирование. Размышляя на многие актуальные проблемы и события, автор заставляет задуматься о том, что важно в нашей жизни, а что второстепенно. Оригинальный сюжет произведения, описание жизни и испытаний главных героев, детальные описания местностей и интерьеров определенно завладеют вниманием читателя.

Данное произведение не только обогащает эмоционально, но и заставляет задуматься над многими интересными фактами. непременно, тема, раскрытая в книге, воодушевит читателя и не отпустит до самого конца. Читатели дают положительную оценку данной книге. Книга была выпущена издательством «ДМК-Пресс» в 2009 году, её объём составляет 40 страниц. На сайте есть возможность скачать книгу в формате djvu, epub, fb2 или читать онлайн.

Популярные книги жанра «Графика. Дизайн. Проектирование»

Скачать

Клод Галле. Как проектировать электронные схемы

Практическая реализация радиоэлектронных устройств не менее важна, чем этап их проектирования. Функционирование устройства зависит от самых разных факторов, таких ках эффективное экранирование и охлаждение, рациональное размещение компонентов и т.д. По этим вопросам в книге дан ряд полезных советов.

Следует иметь в виду, что потребность в ремонте или совершенствовании устройства может возникнуть через несколько лет после начала ero эксплуатации, когда разработчик уже многое забыл. Возможно также, что ремонтом будут заниматься другие люди. Поэтому после завершения наладки устройства необходимо составить ero полную схему. В будущем это окажет неоценимую помощь.

Материал первой главы знакомит читателей с некоторыми принципами конструирования и приемами сборки радиоэлектронных устройств. Эти сведения могут пригодиться как любителям, так и профессионалам.

�� Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Скачать Как проектировать схемы

Скачать 15.4 MB
Пожаловаться
Смотрите также

• Сахаров П.В. Проектирование электрических аппаратов
• Зангер Г. Электронные системы. Теория и применение
• Жигарев А.А. Электроника
• Корякин-Черняк С.Л. Партала О.Н. Электротехнический справочник
• Радиодетали, радиокомпоненты и их расчет. Под ред. Коваль А.В.

Публикации по теме
2 августа 2021 г. 16:27
Кварцевые генераторы RUICHI. Что такое схема кварцевого генератора и как она работает?
14 июля 2021 г. 10:29
Электролитические конденсаторы Chang. Устройство и принцип работы. Особенности применения
10 августа 2016 г. 14:33
Теплопроводные материалы компании Laird
11 июня 2020 г. 11:02
Минимум проблем, максимум эффективности, или Цифровое взаимодействие
23 июля 2015 г. 14:55
Электротермотренировка высокочастотных компонентов
10 апреля 2017 г. 16:58
Устройство и изготовление жгутов
Новости по теме
Ассортимент интернет-магазина «Спецэлсервис» пополнился различными видами корпусов приборов РЭА
18 августа 2020 г. 9:12
«Спецэлсервис» представляет в своем ассортименте герметичные корпуса для радиоэлектронной аппаратуры
19 ноября 2019 г. 9:48
ГК «Полигон» выпустила методическое пособие для проектировщиков
7 сентября 2017 г. 15:34
«Электронмаш»: система автоматизированного проектирования CadEL теперь и на Украине
18 августа 2011 г. 11:42
Объявления по теме

ПРОДАМ: Комплект для черчения электрических схем в Visio

Комплект для черчения электрических схем в Visio Состав: Библиотека (база данных) трафаретов УГО элементов электрических схем GOST Electro for Visio. Сборник стандартов Конструкторская и проектная документация. Руководство в формате видео для начинающих пользователей Visio. Область применения: черчение схем электрических, радиоэлектронных, электроснабжения, однолинейных, питающей сети; схемы электропроводок, кабельных линий, электрооборудования и освещения на планах. Подробно на странице сайта: http://td-visio.ru/biblioteki-visio/gost-electro-for-visio.html

Назаренко Александр · TD-Visio · 29 декабря 2023 г. · Россия · Иркутская обл

ПРОДАМ: Корпус Кронос

Шкаф электротехнический Кронос Корпуса «Кронос» служат для компактной установки элертротехнических комплектующих таких, как монтажные панели, опорные рейки, монтажные профили, DIN-рейки и т.п., для последующего крепления к ним электрических приборов, силовых сборных шин, электромонтажных изделий и иных элементов. Имеет продуманный дизайн и обладает широкими возможностями для монтажа. Особенности конструктивного исполнения Шкаф изготавливается в напольном исполнении, ввод/вывод кабеля осуществляется снизу.

Николаев Леонид · ЭНЕРГОПУСК · 19 января · Россия · г Москва

ПРОДАМ: Комплект для создания чертежей и схем в Visio «GOST Electro for Visio + Инженерные системы»

Состав Комплекта для создания чертежей и схем в Visio «GOST Electro for Visio+Инженерные системы»: * Библиотека (база данных) трафаретов УГО элементов электрических схем GOST Electro for Visio. * Библиотека (база данных) трафаретов УГО для создания чертежей и схем Инженерные системы. * Сборник стандартов Конструкторская и проектная документация * Руководство в формате видео для начинающих пользователей Visio Областью применения: * черчение схем электрических, радиоэлектронных, электроснабжения, однолинейных, питающей сети; схемы электропроводок, кабельных линий, электрооборудования и освещения на планах. * черчение схем санитарно технических (отопление, вентиляция, канализация), энергетических, гидравлических, пневматических и аналогичных систем (кроме аксонометрии) Преимущества и возможности: * Входящая в состав комплекта библиотека трафаретов (БД) условных графических обозначений, соответствуют требованиям ЕСКД и СПДС * Тщательно проработанные графические свойства базы данных позволят создавать чертежи и схемы высокого качества и значительно повысить производительность * В отличие от громоздких и дорогостоящих специализированных САПР работа в Visio не требует специальной подготовки, а использование комплекта для создания чертежей и схем в Visio, позволит даже начинающему пользователю ПК создавать чертежи и схемы в соответствии с Российскими стандартами. подробная информация на странице сайта: http://td-visio.ru/biblioteki-visio/gost-electro-inzhenernye-sistemy.html

Назаренко Александр · TD-Visio · 29 декабря 2023 г. · Россия · Иркутская обл

ПРОДАМ: КОНТАКТОР DIL 3-22D 220В 140А GANZ

Разместить рекламный блок: 20 руб. Изменить3 февраля 2023, 12:35 ПРОДАМ: КОНТАКТОР DIL 3-22D 220В 140А GANZ Это устройство работает по принципу электромагнитной индукции. У него две рабочих позиции — включение и выключение. Функционирует в силовых электроцепях. На промышленной технике эти детали имеют один или два полюса, реже три. За час происходит от 30 до 3600 коммутаций. Поэтому к ним предъявляются серьезные требования по электрической и механической стойкости. Организация: ООО «ЭлСнаб» Регион: Чувашская Республика (Чебоксары) Город: Чебоксары Телефон: 8 961 339-88-99

Тамарян Игорь · ЭЛЕКТРОСНАБ · 5 января · Россия · Чувашская республика — Чувашия

ПРОДАМ: Запчасть к дозатору БВГ: счётчик электронный с преднабором

Производим и поставляем запасные части и комплектующие к дозатору воды и жидких компонентов БВГ: счётчик электронный с предварительным набором для контроля потока в технологическом процессе. Производим несколько серий электронных счетчиков с преднабором (контроллеров дозирования), которые решают задачу дозирования в определенном диапазоне. Серия электронных счетчиков с преднабором БВГ-03М обеспечивает дозирование от 1 до 99 литров за один цикл. Шаг задания доз — 1 л. Другие серии электронных счетчиков с преднабором БВГ-05М являются наиболее универсальными по решению задач дозирования и подключения дополнительных приборов и устройств (реле, насосы и клапаны с большой мощностью катушек (через реле), кнопки дополнительные СТОП-СТАРТ для удаленного управления контроллером). По диапазонам дозирования счётчики дозаторы выпускаются тремя сериями, это БВГ-05М (999.9), максимальная доза 999,9 литров, БВГ-05М (9999), соответственно 9999 литров и БВГ-05М (99.99), который может дозировать рабочую жидкость только до 99,99 литров. Шаг задания дозы у них также различается, наибольший у БВГ-05М (9999) и наименьший у БВГ-05М (99.99). Доставка осуществляется по России и СНГ транспортными компаниями.

Легкунец Сергей · ВПИ, ООО · 13 января · Россия · Воронежская обл

• ВКонтакте
• Однокласники
• Facebook
• Twitter
• Telegram
• Pinterest

Как проектировать электронные схемы

Данная книга представляет собой сборник практических рекомендаций по проектированию, изготовлению и наладке аналоговых и цифровых электронных схем различного назначения.
Большое внимание уделено особенностям использования разнообразных электронных компонентов, вопросам разработки и изготовления печатных плат и корпусов, методике испытания устройств и поиска неисправностей.

Приведено большое количество сравнительно простых цифровых и аналоговых схем. Отдельная глава посвящена решению типовых задач но программированию микропроцессоров и микроконтроллеров, представлены примеры полезных подпрограмм.

Конструирование и сборка электронных устройств

Формирование батареи аккумуляторов
Экранирование устройств
Байонетные коаксиальные соединители
Клавишные выключатели
Рекомендации по монтажу схем
Монтажные провода
Изготовление печатной платы
Компоненты с поверхностным монтажом
Выбор корпуса
Учет теплопроводности при пайке
Наконечники для шнуров
Соединительный элемент для девятивольтовой батарейки
Стойки для крепления плат
Сращивание проводов
Облуживание проводов
Оформление лицевой панели
Наконечники типа «банан»
Крепление печатных плат
Изоляционная трубка
Сетка для громкоговорителя
Монтаж выключателя
Монтаж мощных компонентов
Коаксиальные соединители для аудиоаппаратуры
Подбор инструментов
Сверление отверстий
Защита фотодиода от помех
Укорачивание корпуса прибора
Телефонные соединители
Герконовое реле
Выбор сечения проводов
Воздушный дроссель
Монтаж соединителя ленточного кабеля
Перемычки на печатной плате
Блок переключателей
Отвертка для настройки
Установка трансформаторов
Использование макетной платы

Разработка электронных схем

Зарядка аккумуляторов
Согласование КМОП и ТТЛ схем
Источник аварийного питания
Операционные усилители
Световые индикаторы
Триггеры и счетчики
Буферный усилитель
Подача звуковых сигналов
Датчик освещенности
Датчик уровня жидкости
Датчик температуры
Нагрев жидкости
Каскады с открытым коллектором
Компараторы
Двоичные счетчики
Аналого-цифровое преобразование
Цифро-аналоговое преобразование
Использование конденсаторов
Транзисторы Дарлингтона
Температурный дрейф параметров диодов
Дифференцирующая цепочка
Удвоитель напряжения
Дискретизация аналоговых сигналов
Программируемое постоянное запоминающее устройство
Логический вентиль Исключающее ИЛИ
Логические схемы, управляемые фронтом импульса
Предохранители
Генератор тока
Генератор напряжения с двоичным управлением
Высокое сопротивление
Гистерезис в электронике
Интегрирующая цепочка
Последовательный интерфейс
Изменение направления вращения двигателя
Использование светодиодов
Матрицирование управляющих сигналов
Аналоговый общий
Широтно-импульсная модуляция
Мощные МОП транзисторы
Шаговый двигатель
Шифратор с двоичным кодом
Применение оптопар
Фотоприемник ИК диапазона
Применение пьезоэлементов
Фазовая автоподстройка частоты
Пневматические устройства
Полная мостовая схема
Делитель напряжения
Многооборотный потенциометр
Логический вентиль ИЛИ
Логический вентиль И
Защита против инверсии полярности
Двухтактный каскад
Диодные выпрямители
Стабилизаторы напряжения
Импульсная стабилизация напряжения
Стабилизаторы на дискретных компонентах
Стабилизация тока
Особенности использования реле
Резисторные матрицы
Некоторые особенности применения резисторов
Серводвигатель в электронных устройствах
Сумматор и вычитатель аналогового типа
Синхронизация от сети
Измерение температуры
Отрицательное напряжение
Соединение обмоток трансформатора
Транзисторные матрицы
Применение симисторов
Трехфазная сеть.
Применение тиристоров
Генератор, управляемый напряжением

Тестирование. Измерения. Устранение неисправностей

Искусственная нагрузка
Ремонт переключателя
Старение конденсаторов
Оснастка при измерениях
Измерение тока
Режим короткого замыкания
Демонтаж компонентов с печатных плат
Форма измеряемого сигнала
Измерение переменного тока или напряжения
Методика устранения неисправностей
Работа с мультиметром
Очистка устройства от пыли
Использование осциллографа
Утилизация компонентов.
Влияние температуры и устранение неисправностей
Тестирование впаянных компонентов
Тестирование транзисторов и диодов
Достоинства практики устранения неисправностей

Стандарт цифрового кодирования ASCII
Стандартные АТ-команды
Системы счисления
IBM-совместимые персональные компьютеры
Стираемые программируемые запоминающие устройства
Форматы файлов
Энергонезависимое оперативное запоминающее устройство
Начальная установка микроконтроллера
Типовые подпрограммы
Формирование сигнала синхронизации
Охлаждение аппаратуры
Сторожевая схема

Расположение выводов
Токи и напряжения различной формы
Схема подключения к телефонной линии
Классические импульсные устройства
Частотные фильтры
Список сокращений
Аналоги зарубежных компонентов