Создание первых компьютеров

В наихудшем для быстродействия случае, когда перенос проходит через все группы и поступает на вход последней,

В развитых сериях ИС обычно имеется по 5…10 вариантов двоичных счетчиков, выполненных в виде 4-х  разрядных групп (секций). Каскадирование секций может выполняться путем  их последовательного включения по цепям переноса, организации параллельно-последовательных переносов или для более сложных счетчиков с двумя дополнительными управляющими входами разрешения счета и разрешения переноса путем организации параллельных переносов и в группах и между ними. Особенностью двоичных счетчиков синхронного типа является наличие ситуаций с одновременным переключением всех его разрядов (например, для суммирующего счетчика при переходе от кодовой комбинации 11…1 к комбинации 00…0 при переполнении счетчика и выработке сигнала переноса). Одновременное переключение многих триггеров создает значительный токовый импульс в цепях питания ЦУ и может привести к сбою в их работе. Поэтому в руководящих материалах по использованию некоторых БИС/СБИС программируемой логики, в частности, имеется ограничение на разрядность двоичных счетчиков заданной величиной k (например, 16). При необходимости применения счетчика большей разрядности рекомендуется переходить к коду Грея, для которого переходы от одной кодовой комбинации к другой сопровождаются переключением всего одного, разряда. Правда, для получения результата счета в двоичном кода придется использовать дополнительно преобразователь кода, но это является платой, за избавление от токовых импульсов большой интенсивности в цепях питания.

 

2. Специальная часть

2.1 Условно-графическое обозначение

 

Микросхемы представляют собой десятичный счетчик дет  литель. Содержат 194 интегральных элемента. Корпус типа 238.16-1, масса не более 1,5 г и 4307.16-А.

Условно-графическое  обозначение микросхемы К561ИЕ8

 

Рис.1

Назначение выводов; 1 - выход 5; 2 - выход 1; 3-выход 0; 4 - выход 2; 5-выход 6; 6 - выход 7; 7 - выход 3; 8-общий; 9 - выход 8; 10-выход 4; 11 - выход 9; 12-выход переноса Р, 13 - тактовый вход С2; 14-тактовый. входС1; 15-вход. установки. нуля. R; 16-напряжение. питания.

 

Рис.2. Структурная схема  узла.

 

На каждом выходе дешифратора  высокий уровень появляется только на период тактового импульса с соответствующим  номером. Счетчик имеет выход  переноса Свых. Положительный фронт выходного сигнала переноса появляется через десять периодов тактовой последовательности и используется поэтому как тактовый сигнал для счетчика следующей декады. Максимальная тактовая частота 2 МГц. Длительность импульса запрета счета должна превышать 300 нс, длительность тактового импульса не должна быть меньшей, чем 250 нс, а сброса - 275 нс.

В схеме применения счетчика К561ИЕ8 с укороченным циклом от выхода N, где 2 < N < 9, импульс подается на сброс RS-триггера (используются ключи DD2.3 и DD2.4 дополнительной микросхемы К561ЛЕ5). Если N = 6, то счетчик ИЕ8 будет работать как делитель на 6, что необходимо для устройства отсчета секунд и минут для часов. Выходной сигнал с частотой fвых =fвх/N появляется на выходе переноса и используется для запуска следующего каскада. Дополнительный RS-триггер запускается при совпадении тактового импульса fвх, и импульса нулевого отсчета от К561ИЕ8.

Если выбрано N<6, то на выходе переноса не сможет выделиться положительный фронт (см. рис.3 диаграмму). В этом случае в качестве сигнала переноса (такт следующему счетчику) используйте импульс от выхода Q0. Счетчик ИЕ8 - одна из наиболее популярных КМОП-микросхем.

 

Рис.3

 

Многокаскадная схема  асинхронная, хотя кажды из счетчиков  ИЕ8 и ИЕ9 - синхронные.

Длительность тактового импульса должна превышать 250 нс, поэтому максимальная тактовая частота - 2 МГц. При напряжении питания 15 В требуется обеспечить длительность импульса сброса более 300 нс, время его последействия составляет 275 нс. При напряжении питания Uи. п. = 5 В оно окажется равным 1 мкс. Схема симметричного деления интервалов на число 2<N<8 строится аналогично схеме для ИЕ8.

 

Рис.4

2.2 Основные характеристики

 

Электрические параметры  счетчика К561ИЕ8:

· Выходное напряжение низкого уровня при воздействии помехи при Un=10В U⁰_вых, В. <1

· Выходное напряжение высокого уровня при воздействии помехи при Un=10В U¹_вых, В. >9

· Ток потребления при Un=15В, I_п, мкА <20

· Входной ток низкого (высокого) уровня при Un=15В I⁰_вх, мкА <0,3

· Выходной ток низкого (высокого) уровня при Un=10В I¹_вх, мкА >0,35

· Максимальная тактовая частота при Un=10В f_{т. с.,} МГц >3

· Напряжение питания Uнп,B 3.15

 

2.3 Методика выбора базового  логического элемента

 

Основой базового выбора базового логического элемента метод  семантической совместимости. Согласно данному методу между моделями объектов SO₁ и SO₂ устанавливается семантическая совместимость по множеству аспектов. Последние отображают семантическую и признаковую части моделей объектов и характеризуют их свойства и отношения. В том случае, если их совместимость по аспектам имеет место принимается позитивное решение относительно пригодности данного объекта для другого, в противном случае негативное.

Базовый логический элемент  какой - либо серии является основой  всех других элементов данной серии. Базовый элемент какой - либо серии является основой всех других элементов данной серии.

Базовый элемент каждой серии характеризуется множество  параметров.

Считаем, что пользователю известно множество серий из числа, которых ему необходимо выбрать  базовый элемент.

Обозначим базовый элемент, который необходим пользователю, именем БЭП, а серии содержащие свои базовые элементы, именами С_1, С_2,…., С_R. Присвоим параметры базовых элементов различных серий имена А₁, А₂… Аn. В качестве параметров могут быть использованы множество электрических эксплуатационных экономических параметров и т.д. Аналогично имена параметров имеет и базовый элемент требуемый пользователю. Составим таблицу 1.

 

Таблица 1

БЭПС1	С2	С3	С… СR
А1	1	1	0…1
А2	1	1	1…0
А3	1	1	0…1
.	.	.	….
.	.	.	….
.	.	.	….
Аi	0	1	1…1
Аn	1	1	1…0

 

Рассмотрим два алгоритма  обработки, обеспечивающие проверку на совместимость параметров БЭП и  базовых элементов серий.

Поскольку пользователю заранее не известны точные значения ряда выбираемых параметров БЭП, он в качестве исходных данных может задать диапазоны значений этих параметров. Параметры базовых элементов серий известны из справочников литературы или технической документации.

Алгоритм 1.

Сопоставим первый параметр А₁ базового элемента серии С₁ с диапазоном значений первого параметра А₁ БЭП. Если при этом имеет место совместимость, то принимаем позитивное решение (фиксируем в виде 1). Если совместимости нет, то принимаем негативное решение (фиксируем в виде 0). Затем первый параметр А₁ серии С₂ сопоставляем с первым параметром А₁ БЭП и также оцениваем, как и в первом случае, и т.д. Далее берем второй параметр А₂ базового элемента серии С₁ и сопоставляем с диапазоном значений второго параметра А₂ БЭП.

Процедуры сопоставления  и принятия решений повторяем и т.д.

В результате выполнения данного алгоритма заполняется  единицами и нулями табл.3.6 по параметрам А₁-А_n для БЭП и базовых элементов каждой серии С₁-С_R.

На основании анализа  табл. можно видеть, удовлетворяются  или нет пожелания пользователя по параметрам БЭП и параметрам базовых элементов серий.

Алгоритм 2.

На основании табл.1 применительно к каждому столбцу  С₁выполняем формально операцию логического умножения.

 

При этом имеем

 

1, если А ^ А^ …^  А=1;

С_i =

, если А ^ А^…^ А  =0;

 

После выполнения указанных операций по столбцам строим таблицу 2

 

Таблица 2

С	С1	С 2	С1…. СR
БЭП	0	1	0…0

 

Из анализа таблицы 2 следует, что только базовый элемент  серии С₂ удовлетворяет по параметрам БЭП.

В том случае, если выбранными окажутся базовые элементы нескольких серий, то пользователь уточняет требования к БЭП и оставляет только ту серию, которая его полностью удовлетворяет.

2.4 Выбор базового логического  элемента

 

Выберу БЭП из серии  КМОП. В качестве параметров использую  только электрические. В качестве исходных данных параметров БЭП задам следующие:

· Выходное напряжение низкого уровня при воздействии помехи при Un=10В U⁰_вых, В. <1

· Выходное напряжение высокого уровня при воздействии помехи при Un=10В U¹_вых, В. >9

· Ток потребления при Un=15В, I_п, мкА <20

· Входной ток низкого (высокого) уровня при Un=15В I⁰_вх, мкА <0,3

· Выходной ток низкого (высокого) уровня при Un=10В I¹_вх, мкА >0,35

· Максимальная тактовая частота при Un=10В f_{т. с.,} МГц >3

· Напряжение питания Uнп,B 3.15

Использую серии элементов  КМОП. На основе приведенного строю таблицу 3.

 

Таблица 3

БЭП Серия	К561 1564 1561 544 555 176 1500 500 564
U0 вых, B	1 1 0 0 0 0 1 1 1
U0вых, B	1 0 1 1 1 1 0 0 0
Kраз	1 1 1 1 1 1 1 1 1
Kоб	1 1 1 1 0 0 1 0 0
t в. р. ср; мс	1 0 1 1 0 0 0 1 0
P n. cр; мВт	1 1 0 0 0 0 1 1 1
U0n, В	1 0 1 1 0 0 1 1 1
fн, мГу	1 1 0 0 0 0 0 0 0

 

В соответствии с алгоритмом 2 на основании таблицы 3 строю таблицу 4

 

Таблица 4

C	К561	1564	1561	544	555	176	1500	500	564
БЭП	1	0	0	0	0	0	0	0	0

 

Проанализировав табл.4 следует, что только параметры базовых элементов серии К561 удовлетворяют параметрам БЭП. Поэтому я выбираю эту серию для работ.