Синтез распределителя импульсов на двух вариантах триггеров с выбором наилучшего из них по критерию "минимум аппаратных затрат". Построение схемы обнуления по включению питания. Расчет генератора тактовых импульсов. Построение временных диаграмм работы.
Микросхемы этой серии обладают высоким быстродействием, хорошей помехоустойчивостью, и большим количеством номенклатуры, подробно описывающей элементы этой серии, обладают одним большим недостатком - большой потребляемой мощностью. По этой причине были разработаны: серия К555 - в этой серии использованы транзисторы с коллекторными переходами и диоды Шотки. При изготовлении промышленных устройств на микросхемах КР531 используют многослойные печатные платы, один из слоев использует в качестве общего провода, другой в качестве шины питания. К первому относятся микросхемы не имеющие внутренней памяти (состояние этих микросхем однозначно определяется уровнями входных сигналов в данный момент времени). Схема обнуления - служит для обнуления схемы счетчика по вклюению питания и при окончании счета (счет оканчивается после прихода шестнадцатого импульса).При выполнении данного курсового проекта были получены навыки использования непосредственно микросхем, изучена техническая база, особенности проектирования схем.
Введение
распределитель импульс схема
Назначение курсового проекта
· Изучение технических характеристик и состава элементной базы современной ЭВМ.
· Практическое освоение формальных приемов выбора оптимального варианта реализации функциональных узлов (ФУ) из множества возможных
· Изучение приемов описания ФУ, построения временных диаграмм их работы, ориентировочного расчета быстродействия, аппаратных затрат и потребляемой мощности
Разработка курсового проекта является хорошей практикой для усвоения знаний, полученных из курса лекций по схемотехнике. В данном курсовом проекте решаются такие задачи, как: · синтез счетчика на двух вариантах триггеров с выбором оптимального варианта по критерию «минимум аппаратных затрат»
· построение схемы обнуления по включению питания
· построение комбинационной схемы
· подключение и расчет генератора тактовых импульсов
· перевод схем в конкретную элементную базу
· построение временных диаграмм работы устройства
Задание на курсовой проект
Разработать распределитель импульсов, формирующий на выходах Z1 и Z2 их N входных импульсов (от ГТИ) указанные последовательности. Реализация на основе сдвигового регистра, двоичного счетчика.
Последовательности выбираются из 4х вариантов. Были выбраны 1 и 3 режим: Z1=(1,5,6,7,10)
Z2=(7,9,11,12,15)
1. Общие сведения о ТТЛ
Для реализации курсового проекта была выбрана транзисторно-транзисторная логика. Одной из самых распространенных является серия цифровых микросхем К155, изготовленные по стандартной технологии биполярных микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Имеется более 150 различных элементов из этой серии. Микросхемы этой серии обладают высоким быстродействием, хорошей помехоустойчивостью, и большим количеством номенклатуры, подробно описывающей элементы этой серии, обладают одним большим недостатком - большой потребляемой мощностью. По этой причине были разработаны: серия К555 - в этой серии использованы транзисторы с коллекторными переходами и диоды Шотки.
Это позволяет транзисторам не входить в режим насыщения, что значительно снижает временные задержки. Так же это уменьшило емкости p-n переходов, что снизило потребляемую мощность в 4-5 раз.
Дальнейшее развитие микросхем серии ТТЛ - разработка микросхем серии КР1533. Основное отличие от К555 - уменьшение потребляемой мощности в 1,5-2 раза при улучшенном быстродействии.
Средняя задержка элементов микросхем серий К155,К555,К1533 примерно 15-20 нс. В случаях, где требуется большее быстродействие, используется микросхемы серии КР531.
Стандартные выходные уровни логической единицы составляют 2,4-2,7 В, а логического нуля -0,36-0,5 В. Напряжение питания для серии ТТЛ 5В -5%, для серии КР1533 разброс питания -10%.
Микросхемы выпускаются в пластмассовых корпусах, с 8,14,16,20,24,28 выводами и рассчитаны на температуру -10 - 70С.
Часть микросхем выпускается в керамических корпусах (КМ155 и КМ555) и рассчитаны на -45 - 85С.
Неподключенные выводы имеют потенциал, и считаются за логическую 1, если в работе нужны логические 0 на этих выводах, то их соединяют с общим проводом. Неподключенные ноги несколько снижают быстродействие. Так же это непозволительно для К555, КР531, КР1533. Можно подключить неиспользуемые входы серий К155 и КР1533 к выходу инвертирующего элемента, входы которого при этом надо соединить с общим проводом. Или соединить неиспользуемые входы микросхем этих серийй и подключить их к источнику питания 5В непосредственно. Недопустимо подключать ко входу микросхемы проводник, который во время работы может оказаться неподключенным к выходу источника сигнала, например при управлении от кнопки или переключателя, так как это резко снижает помехоустойчивость устройства. Такие проводники следует подключать к источнику питания через резистр сопротивлением 1КОМ (до 20 входов).
На печатных платах с использованием микросхем серий К155,К555,Кр1533 необходима установка блокировочных конденсаторов между цепью 5В и общим проводом (один - два конденсатора емкостью 0,033-0,15 МКФ на каждые пять микросхем).
При изготовлении промышленных устройств на микросхемах КР531 используют многослойные печатные платы, один из слоев использует в качестве общего провода, другой в качестве шины питания. Если используются двухслойные платы, шины питания и общего провода выполняют навесными в виде латунных полос шириной 5мм, керамические блокировочные конденсаторы емкостью 0,047-0,015 МКФ подпаивают непосредственно к этим шинам. В любительских условиях можно одну сторону печатной платы используют под общий провод, другую под сигнальные цепи и под провод питания, конечно при этом придется устанавливать много перемычек и к каждой микросхеме блокировочный конденсатор.
Как правило, напряжение питания микросхем проводят к выводу с максимальным номером, общий провод - к выводу, номер которого вдвое меньше.
Цифровые микросхемы по своим функциям делятся на два больших класса - комбинационные и последовательные. К первому относятся микросхемы не имеющие внутренней памяти (состояние этих микросхем однозначно определяется уровнями входных сигналов в данный момент времени).
Ко второму - микросхемы, состояние входов которых определяется не только уровнями входных сигналов, но и последовательностью состояний в предыдущие моменты времени изза наличия внутренней памяти.
К комбинационным относятся простые логические микросхемы И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И, ИЛИ, мультиплексоры, сумматоры, дешифраторы, преобразователи кодов, шифраторы, программируемые ПЗУ, триггеры Шмитта, мажоритарные клапаны, и т.д..
К последовательным микросхемам относятся триггеры, счетчики, сдвигающие регистры, ОЗУ, и некоторые другие.
Ждущие мультивибраторы нельзя однозначно отнести ни к одному упомянутому классу, так как внутренняя память помнит изменение входных сигналов ограниченное время.
2. Структурная схема распределителя импульсов
Структурная схема распределителя импульсов с использованием двоичного счетчика.
Структурная схема распределителя импульсов с использованием регистра.
Структурная схема необходима для того, чтобы не вникая в суть работы каждого блока, составить общее представление о структурном составе разработанного распределителя импульсов.
ГТИ - источник формирования серии прямоугольных импульсов, необходимых для работы счетчика.
Счетчик - устройство, предназначенное для подсчета шестнадцати тактовых импульсов от генератора тактовых импульсов. Подсчет происходит циклически, то есть после прихода последнего импульса счетчик устанавливается в начальное состояние (обнуляется).
Схема обнуления - служит для обнуления схемы счетчика по вклюению питания и при окончании счета ( счет оканчивается после прихода шестнадцатого импульса).
Регистр - последовательное или параллельное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.
В цифровой автоматике счетчики - устройства, предназначенные для подсчета импульсов, инкрементирующее или декрементирующее хранимое число. Счетчики широко используются в устройствах управления цифровых систем для счета числа выполненных операций в связной и контрольно-измерительной аппаратуре.
По типу функционирования счетчики различаются на: · суммирующие
· вычитающие
· реверсивные (универсальный)
Главная характеристика счетчика - модуль счета, максимальное число импульсов, которое может сосчитать счетчик.
Данный счетчик считает 16 импульсов от ГТИ, и может быть реализован на D и JK триггерах. Такой выбор обусловлен тем, что данные триггера обеспечивают максимальную минимизацию. Для реализации задания был выбран JK-триггер, этим обеспечивается наиболее оптимальная минимизация.
4. Схема обнуления при включении питания
Если обнуление после достижения 16-го импульса обеспечивается автоматически, то при включении питания триггеры могут находится в любом состоянии. Это значит, что необходимо предусмотреть схему обнуления по включению питания. Такая схема реализованна на конденсаторе C2 и инверторе. При подаче питания наступает переходной процесс C2 в результате весь ток расходуется на зарядку конденсатора и на входе инвертора состояние логического нуля в результате на входах триггеров счетчика присутствует логическая единица и триггеры устанавливаются в ноль.
После зарядки конденсатора переходной процесс заканчивается и ток черех конденсатор не течет и на входе инвертора устанавливается логическая единица, что в свою очередь устанавливает сигналы триггеров в ноль, чем разрешает работу счетчика.
5. Синтез сдвигового регистра
Регистр - последовательное или параллельное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.
Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, обычно D, число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.
Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров, соединенных друг с другом при помощи комбинационных цифровых устройств.
Я выбрал регистр на D-триггерах.
Регистры делятся на: · накопительные
· сдвигающие по способу ввода-вывода: · параллельные
· последовательные
· комбинированные
При помощи управляющих входов организуется сдвиг влево или вправо (для сдвигающего регистра), хранение информации, запись информации в параллельном или последовательном виде (для комбинированных регистров).
6. Минимизация функция и их перевод в базис И-НЕ
Для счетчика:
Перевод в базис И-НЕ:
Для сдвигового регистра: Для регистра необходимо 2 КСХ: 1. Для реализации требуемой последовательности на выходах Z1 Z2.
2. Для создания кольцевого регистра.
Эта функция организует кольцевой регистр, также называемый генератор чисел. Для этого выход КСХ 2 подается на последовательный вход SR и управляющими входами устанавливается сдвиг влево. Получается, в зависимости от комбинации на выходах на последовательный вход подается лог. 1 или лог. 0. Для получения функции используется словарь переходов для D-триггера.
Данная схема также нуждается в схеме обнуления, так как сдвиговый регистр содержит память в виде D-триггеров, которые могут быть в состоянии, отличном от нуля. Схема обнуления аналогична схеме для счетчика.
Для необходимой частоты необходим конденсатор емкостью 0,025МКФ.
Расчет мощности: P=0.5*un(I0POT I1POT)
I0POT=U(I0POT)/R=0.0024A=2.4MA
I1POT=U(I1POT)/R=0.0024A=4.5Ma
Р=0.5*5*(0.0024 0.0045)=17.2МВТ
Вывод
При выполнении данного курсового проекта были получены навыки использования непосредственно микросхем, изучена техническая база, особенности проектирования схем. Узнал о принципах работы ТТЛ - транзисторно-транзисторной логики, различных сериях, основанных на этой логике, и элементах входящих в эти серии. Также улучшил свои навыки в области построения комбинационных схем. Полезным оказалось построение временных диаграмм, описывающих схему непосредственно в процессе работы, что очень поможет в дальнейшем освоении материала. Этот курсовой проект стал отличной практикой для усвоения и развития знаний, полученных в процессе курса схемотехники и теории автоматов.
Список литературы
1. Справочник по микросхемам серии К155. 1991 Рахимов Т.М.
2. Справочник по стандартным цифровым ТТЛ микросхемам. 2001 Козак В.Р.
3. Лекционный материал по курсам «Схемотехника» и «Теория автоматов»
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
