Разработка электрической принципиальной и функциональной схемы генератора. Обоснование выбора схем блока вычитания и преобразователя кодов. Функциональная схема генератора последовательности двоичных слов. Расчет конденсаторов развязки в цепи питания.
Аннотация к работе
В случае сбоя - появления на выходе незапланированного слова работу генератора приостановить, вычесть обнаруженное сбойное число из числа, выработанного в предшествующем такте, и вывести разность по отдельному выходу в прямом двоичном коде без учета знака Через 7 тактов после обнаружения сбоя возобновить работу устройства с исходного слова «0», если разность по п.3 окажется больше числа 1.В соответствии с заданием разработке подлежит синхронный автомат, работающий по тактам. Поскольку после обнаружения сбоя необходимо, остановив генератор, вычесть текущее сбойное число из последнего «правильного» числа, которое было выработано в предшествующем такте, то оправдано введение в структуру запоминающего узла в виде параллельного регистра (РГ) и блока вычитания (БВ). Включение в структуру компаратора (К) и счетчика тактов (СТ) диктуется п.4 задания, который требует сравнить разность ? с числом n0, и в случае, когда выполняется условие , через n1 (= 7) тактов возобновить генерирование слов, начиная с исходного слова 0, для чего достаточно обнулить ГС, что достаточно для приведения устройства в целом в «правильное» состояние.На данном этапе определим функциональный состав основных блоков структурной схемы (рис.1.1) на логическом уровне без учета конкретной элементной базы.Поскольку роль Т-триггера выполняет обычно либо D-либо JK-триггер, то остановимся лишь на вариантах с использованием таких триггерах. Благодаря функциональной универсальности JK-триггеров, схема на их основе обычно получается более простой. Вариант на основе D-триггеров интересен, прежде всего, потому, что набор D-триггеров по существу представляет собой параллельный регистр. Общая структура ГС на основе JK-триггеров, представленная на рис.2.1, содержит множество триггеров с обратными связями через комбинационную схему, образующую функции возбуждения триггеров Ji, Ki, необходимые для осуществления заданного перехода триггера в следующем такте работы. Другим возможным вариантом исполнения генератора слов является схема на основе счетчика импульсов, модуль которого равен количеству заданных кодовых комбинаций, с выходным комбинационным преобразователем, формирующим заданное слово по текущему состоянию счетчика импульсов (рис.2.6).В задачу БД входит обнаружение факта появления на выходе ГС незапланированной комбинации, что может произойти в результате сбоя. БД является комбинационным блоком, аргументами которого служат выходы ГС, пусть на выходе БД сигнал о сбое формируется с логическим уровнем «0».Вычитание производится как сложение с отрицательным числом в дополнительном коде. Так как дополнительный код отрицательного числа образуется путем его поразрядной инверсии с последующим добавлением единицы, то схема БВ (рис.2.15) включает блок инверторов разрядов вычитаемого, добавление единицы выполняется по входу переноса сумматора.Счетчик импульсов D2 с модулем счета, равным 10, совместно с ПЛМ D4 образует генератор слов (ГС), которые выводятся из устройства на выходы Q. В той же ПЛМ реализован и блок детектирования сбойных комбинаций (БД), выход которого присоединен к входу запрета счета V счетчика D2. Регистр D6 служит для хранения слова, которое было выработано в предшествующем такте и которое используется для операций, предусмотренных заданием в случае возникновения на выходе Q незапланированного слова.С учетом заданного питающего напряжения 5В следует ориентироваться на системы интегральных элементов ТТЛ, ТТЛШ, КМОП.Существует огромное многообразие схемных решений автогенераторов, различающихся рабочими диапазонами генерируемых частот, стабильностью колебаний и используемыми компонентами. Описанный в [3] интегральный генератор типа К531ГГ1 рассчитан на генерирование частот в десятки МГЦ и, кроме того, содержит в корпусе второй генератор.Схема соответствует структуре, обоснованной в разделе 1, и включает: тактовый генератор (ТГ) на основе триггера Шмитта D1.1, охваченного обратной связью через времязадающую цепь R1, C2; генератор слов (ГС), выполненный на счетчике импульсов D4 c модулем счета, равным 10 и ПЛМ D5, фрагмент которой, связанный с выходами счетчика, запрограммирован по схеме рис.2.12; параллельный регистр (РГ) D7 для запоминания слова, выработанного устройством в предшествующем такте; блок вычитания (БВ), построенный по схеме рис.2.14 на двух сумматорах D9, D10 и инверторах, каковыми служат инвертирующие триггеры Шмитта, оставшиеся незадействованными в микросхеме D1; счетчик тактов D6, который в случае срабатывания компаратора, отсчитывает тактов, после чего формирует импульс переноса, который, будучи инвертированным вентилем D8.1, сбрасывает счетчик D3.Конденсаторы развязки устанавливают для уменьшения импульсных помех в цепях питания. Это позволяет уменьшить эквивалентные паразитные индуктивности шин питания (5V) и земли (0V) путем создания индивидуального источника энергии для обеспечения тока потребления в момент переключения микросхем.
План
Оглавление
Задание
Список сокращений
Введение
1. Анализ задания и обоснование выбора структуры устройства
2. Синтез функциональных блоков
2.1 Постановка задачи синтеза
2.2 Разработка функциональной схемы генератора слов
2.3 Синтез блока детектирования слов
2.4 Обоснование выбора схем блока вычитания и преобразователя кодов
2.5 Полная функциональная схема устройства
3. Разработка электрической принципиальной схемы
3.1 Выбор элементной базы
3.2 Обоснование выбора и расчет схемы тактового генератора
3.3 Описание принципиальной схемы
3.4 Расчет конденсаторов развязки в цепи питания
3.5 Расчет длительности переходных процессов
3.6 Расчет потребляемой мощности
3.7 Оценка показателей надежности
4. Экспериментальное исследование генератора слов
Библиографический список
Приложения
Список литературы
1. Чулков В.А. Схемотехника ЭВМ. Учебник в 6 ч. - Ч.3. Комбинационные узлы. - Пенза, Изд-во Пенз. гос. технол. академии, 2009. - 54 с.