Характеристики схемы генератора прямоугольных импульсов. Определение ёмкости конденсатора. Причины возникновения дребезга контактов. Схема защиты от дребезга с кнопочным генератором импульсов. Описание работы двоичного четырёхразрядного счётчика.
Счетчиками называют устройства для подсчета числа поступивших на их вход импульсов (команд), запоминания и хранения результата счета и выдачи этого результата. После поступления импульсов Кс счетчик возвращается в исходное состояние. Счетчики используются для построения таймеров или для выборки инструкций из ПЗУ в микропроцессорах. При использовании в цепи ФАП счетчики могут быть использованы для умножения частоты как в синтезаторах, так и в микропроцессорах. Счетчики можно классифицировать: По основанию системы - двоичные и десятичные.В ходе выполнения курсовой работы была разработана электрическая принципиальная, монтажная, структурные схемы четырех разрядного двоичного счетчика. С помощью системы Sprint Layout был разработан монтажный чертеж печатной платы, на которой реализован счетчик.
План
Содержание
Введение
Постановка и анализ задачи. Выбор технических средств
Описание работы счетчика
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Счетчиками называют устройства для подсчета числа поступивших на их вход импульсов (команд), запоминания и хранения результата счета и выдачи этого результата. Основным параметром счетчика является модуль счета(емкость) Кс. Эта величина равна числу устойчивых состояний счетчика. После поступления импульсов Кс счетчик возвращается в исходное состояние.
Счетчики используются для построения таймеров или для выборки инструкций из ПЗУ в микропроцессорах. Они могут использоваться как делители частоты в управляемых генераторах частоты (синтезаторах). При использовании в цепи ФАП счетчики могут быть использованы для умножения частоты как в синтезаторах, так и в микропроцессорах.
Счетчики можно классифицировать: По основанию системы - двоичные и десятичные.
По способу организации счета - асинхронные и синхронные.
По направлению переходов - суммирующие, вычитающие, реверсивные.
4. По способу построения цепей сигналов переноса - с последовательным, сквозным, групповым и частично - групповым переносом.
В суммирующем счетчике приход каждого входного импульса увеличивает результат счета на единицу, в вычитающем - уменьшает на единицу; в реверсивных счетчиках может происходить как суммирование, так и вычитание.
1. Постановка и анализ задачи. Выбор технических средств
1. Формирование импульсной последовательности осуществляется как вручную (кнопочным переключателем) так и с использованием генератора импульсов с частотой
В формирователе импульсов предусмотреть схему защиты от дребезга механических контактов.
В двоичном 4-х разрядном счетчике предусмотреть возможность установки его разрядов в "О", то есть предусмотреть сброс.
Узел индикации выполнить с использованием светодиодов (возможен также вариант индикации с использованием 7 сегментных индикаторов).
В задании на курсовую работу к разрабатываемой схеме счетчика не предъявляется каких либо особых требований ни по габаритам, ни по другим техническим требованиям.
В качестве источника импульсных сигналов выбрана схема генератора прямоугольных импульсов (Рис.1), на основе отечественной микросхемы К561ЛЕ5.
Экспериментальная Нижняя граница Высшая частота Скважность формула R1,KOM генерации, МГЦ выходных импульсов
1 2 2
Микросхемы представляют собой четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ Содержат 49 интегральных элементов. Рабочее напряжение 5В.
Исходя из варианта (№14), представленная схема должна генерировать импульсы частотой F = 2,4 Гц. Для этого необходимо подобрать номиналы конденсатора С1 и резистора R1. Из предоставленной таблицы 1 было взято минимальное значение сопротивления резистора R1 = 1КОМ.
В экспериментальной формуле для расчета частоты (см. табл.1) используются следующие единицы измерения: F-Гц, Rl-Ом, С1-Ф.
Найдем по экспериментальной формуле емкость конденсатора С1:
Выбираем ближайшее значение по номиналу равное 200 МКФ
Дребезг контактов - это явление многократного неконтролируемого замыкания и размыкания контактов в моменты их контактирования (замыкания и размыкания). Это явление приводит к формированию нескольких импульсов (вместо требуемого одиночного импульса или перепада напряжения), могущих вызвать многократное непредсказуемое срабатывание схемы цифрового устройства.
Причины возникновения дребезга: / первая связана с механической конструкцией кнопки, которая не позволяет надежно за короткое время зафиксировать контакт; S вторая связана с самим контактом, который покрыт тончайшим слоем оксида, не проводящим электричество. В момент замыкания происходит ионизация промежутка и возникает дуга, спекающая контакты вместе.
Схема защиты от дребезга организована на основе RS-триггера (интегральная микросхема К155ЛАЗ).
RS-триггер - триггер, который сохраняет свое предыдущее состояние при нулевых входах. При подаче логического нуля на вход S (Set - установить) выходное состояние становится равным логической единице. А при подаче логического нуля на вход R (Reset -сбросить) выходное состояние становится равным логическому нулю.
Рис. 3 Условное графическое обозначение и реализация в виде МС RS- триггера
Состояние RS-триггера при поступлении сигналов на его входы можно проанализировать посредством таблицы 2.
Таблица.2 Таблица истинности RS-триггера
R s Q(t i) Пояснения
0 0 * * R=S=0 запрещенный режим
1 0 о l Режим установки в единицу S=l
0 1 1 0 Режим сброса в ноль R=l
1 1 0 0 R=S=1 режим хранения
Для реализации RS-триггера воспользуемся логическими элементами "2И-НЕ". Данная микросхема содержат 56 интегральных элементов. Принципиальная схема и расположение выводов приведены на рисунке 4.
Схема защиты от дребезга выглядит следующим образом (см. рис.5):
Рисунок 5. Схема защиты от дребезга с кнопочным генератором импульсов
На оба входа RS-триггера через токоограничивающие резисторы подведено напряжение питания для поддержания логической единицы, когда SA1 не подключен к соответствующему входу.
При замыкании и размыкании ключа в следующий момент времени происходит переход с одного контакта на другой, при котором образуется дребезг, в следствие чего на входы RS- триггера поступает не один, а несколько импульсов ("0" и 1").
Любой дребезг это причина того, что за короткое время происходит множество замыканий и размыканий подвижного контакта с неподвижным.
У RS- триггера по его конструктивным особенностям активный уровень равен "0" и на логическую Т реагировать не будет, следовательно, при возникновении дребезга триггером будет замечен только один логический ноль. Используя это свойство и организуем защиту от дребезга.
Развернутая схема четырехразрядного двоичного счетчика выглядит следующим образом: Данный счетчик реализован на 2-х микросхемах К155ТМ2, содержащих по 2 D-триггера. В состав этой микросхемы входит 70 интегральных элементов.
Назначение выводов: - инверсный вход установки в 60" R1, 8 -инверсный выход Q2, - вход D1, 9 - выход Q2;
- вход синхронизации С1, 10 - инверсный вход установки «1» S2, - инверсный вход установки «1» S1; 11 -вход синхронизации С2, - выход Q1; 12 - вход D2;
- инверсный выход 01; 13 - инверсный вход установки в "О" R2, - общий; 14 -напряжение питания
Схематически счетчик представляет собой несколько Т-триггеров построенных на основе D-триггеров.
Данная схема счетчика, позволяет посчитать не больше пятнадцати импульсов. Количество поступивших на вход импульсов можно узнать, подключившись к выходам счетчика Q0 ... Q3. Это число будет представляться в двоичном коде.
Работу схемы двоичного четырехразрядного счетчика можно проанализировать, воспользовавшись временными диаграммами сигналов на входе и выходах этой схемы (рис.7).
Описание работы счетчика счетчик двоичный импульс генератор
Триггеры данного счетчика срабатывают по переднему фронту счетного импульса. Вход старшего разряда счетчика связан с прямым выходом (Q) младшего соседнего разряда.
В начальный момент времени состояния всех триггеров равны лог.0, после кратковременного нажатия на кнопку SB1 (сброс счетчика). Общее состояние счетчика можно охарактеризовать двоичным числом (0000). После прихода первого импульса 0-ой разряд (Qo) счетчика переходит в состояние равное лог.1. На входе С микросхемы DD 3.1 (см. рис.9) появляется передний фронт счетного импульса. Состояние счетчика (0001). После прихода на вход счетчика второго импульса Qo переключается в противоположное состояние равное лог.0, на входе 1-разряда появляется лог.1. и общее состояние счетчика будет равно (0010) и т.д. Таким образом, счетчик накапливает число входных импульсов, поступающих на его вход.
Продолжая анализировать временную диаграмму, можно определить, что на выходах приведенной схемы счетчика последовательно появляются цифры от 0 до 15. Эти цифры записаны в двоичном виде (табл.3).
При поступлении 16-го импульса на его вход счетчик возвращается в исходное состояние (0000), коэффициент счета данного счетчика равен 16.
При поступлении на счетный вход счетчика очередного импульса, содержимое его разряда увеличивается на 1. Поэтому такие счетчики стали называть суммирующими.
Таблица 3
№ Q3 Q2 Ql GO
0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
3 0 0 1 1
4 0 1 0 0
5 0 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 1 1 1
8 1 0 0 0
9 1 0 0 1
10 1 0 1 0
11 1 0 1 1
12 1 1 0 0
13 1 1 0 1
14 1 1 1 0
15 1 1 1 1
16 0 0 0 0
17 0 0 0 1
Блок индикации
Для отображения результата счета были использованы светодиоды рисунок 8.
Выбранные светодиоды (HL1- HL4) необходимо включать с токоограничивающими резисторами т.к. номинальный ток них не должен превышать 20МА, то сопротивление резисторов необходимо выбрать исходя из , следовательно должно быть не меньше 250 Ом.
Выберем сопротивления этих резисторов равным 330 Ом с номинальной мощностью О,125 Вт (т.к. P=U*I=5B*20MA=0,125 Вт).
Все работы по конструированию, размещению и трассировке печатной платы выполнены на ЭВМ с использованием системы автоматизированного проектирования Sprint Layout. Чертеж печатной платы представлен на рисунке10.
Вывод
В ходе выполнения курсовой работы была разработана электрическая принципиальная, монтажная, структурные схемы четырех разрядного двоичного счетчика. Был осуществлен выбор соответствующей элементной базы с заданными характеристиками и номиналом.
С помощью системы Sprint Layout был разработан монтажный чертеж печатной платы, на которой реализован счетчик. Разработанная схема полностью соответствующее техническим требованиям и способна вести подсчет с шагом 1 отображая текущее состояние счетчика посредством светодиодной индикации в двоичном представлении.
Кроме того, были получены фотошаблоны печатного монтажа как лицевой, так и оборотной сторон этой печатной платы. Отдельное внимание уделялось и оптимальному размещение элементов на печатной плате.
В результате курсового проектирования были закреплены навыки, полученные в курсе изучения «Схемотехники ЭВМ».
Список литературы
Методическое руководство к лабораторной работе №4 Схемотехника. МИКТ
Лэнди, Р. / Справочник радиоинженера / Дэвис, Д. / Справочник радиоинженера // «ГЭИ», Москва - 2009;
Смирении, Б.А. / Справочник по радиотехнике // «ГЭИ», Москва - 2010;
В.Л. Шило, «Справочник по интегральным схемам» 2007.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
