Цепи дискретного действия

4. Разработка схемы формирователя двоичного кода

Разрядность формирователя двоичного кода определяется по формуле:

N = 5+n                                                                                     (4.1)

                                                                      (4.2)

  где   m - количество букв в фамилии студента.

В фамилии “Головач” – 7 букв, следовательно, n = 2 (округляем до большего значения).

Таким образом, получили разрядность параллельного двоичного кода  N = 7.

Для формирования двоичного параллельного кода чаще всего используются счетчики импульсов (делители частоты). Простейший делитель частоты с коэффициентом деления можно получить, соединив последовательно n триггеров Т – типа. Используется множество различных вариантов счетчиков: асинхронные и синхронные; двоичные и двоично-десятичные; однонаправленные (с увеличением счета) и реверсивные, с постоянным или изменяемым коэффициентом деления.

              В состав ТТЛ - серии КP1533 включены счетчики импульсов, которые относятся к микросхемам средней интеграции. Основное функциональное назначение этих типов ИМС – счет импульсов и деление частот.

Сформулируем основные критерии выбора микросхемы счетчика импульсов:

1)  универсальный счетчик общего назначения;

2)  параллельный двоичный выход на 8 разрядов;

3)  ИМС серии КP1533.

В серии КP1533 нет ИМС, удовлетворяющих условию 2. Поэтому выбираем  микросхему КP1533ИЕ19, которая содержит в одном корпусе два независимых четырёхразрядных двоичных счётчика с параллельным выходом, индивидуальной синхронизацией и сбросом (рис. 4.1). Режимы работы счётчика отображены в таблице 4.1.

Для того чтобы получить восьмиразрядный счётчик, необходимо выход Q8 первого счётчика соединить со счётным входом С второго счётчика.

                                                                                                                                                          Таблица 4.1.

Рис. 4.1  Микросхема К555ИЕ19.

Для обеспечения нормальной работы счётчика, а, следовательно, и устройства в целом, в момент подачи напряжения питания необходимо произвести установку счётчика в исходное состояние путём подачи импульса напряжения небольшой длительности на вход сброса R. С этой целью используем дифференцирующую RC - цепочку (рис. 4.2).

Рис. 4.2  Схема включения диф. RC - цепочки.

Для поддержания на входе ИМС низкого уровня напряжения внешнее сопротивление должно быть порядка 1800 Ом. Поэтому выбираем R = 1800 Ом.

Чтобы обеспечить малую длительность импульса сброса, выбираем ёмкость С = 56 мкФ.

Таким образом, длительность импульса сброса составит:

                                          t имп = R∙C = 1800∙56∙10-6 ≈ 100 мс                                                        (4.3)

Полученная схема               формирователя двоичного кода показана на рис. 4.3.

Рис. 4.3  Схема формирователя двоичного кода.

5. Разработка схемы устройства совпадения кодов

5.1. Таблица истинности устройства совпадения кодов

Перечень букв русского алфавита, необходимых для кодирования фамилии представлен в таблице 5.1.

В соответствии с заданием требуется составить таблицу истинности для пяти входных переменных A, B, C, D, E. В правой части таблицы должно быть 7 столбцов, соответствующих числу букв фамилии, причём в каждом из столбцов правой части 1 будет только в одной строке, соответствующей двоичному коду порядкового номера этой буквы русского алфавита (таблица 5.1).

Тогда полный код букв будет состоять из позиционного кода буквы в алфавите и позиционного кода буквы в фамилии, причем, позиционный код буквы в фамилии будет занимать пять разрядов. Полный код представлен в таблице 5.4.     

                                                                    Таблица 5.2

5.2. Схемная реализация устройства совпадения кодов

Устройство совпадения кодов можно построить следующими способами:

1) записать булево выражение для каждой буквы фамилии по таблице 5.1, привести его к необходимому базису и  реализовать на логических элементах;

2) использовать дешифратор, при этом выходные сигналы необходимо снимать с выходов дешифратора, номера которых соответствуют коду буквы фамилии по таблице 5.2.

3) использовать компаратор, при этом выходные сигналы необходимо снимать с выходов компаратора, номера которых соответствуют коду буквы фамилии по таблице 5.2.

Первый способ простой, но требует использования большого количества логических элементов. Второй и третий способ универсален.

Выбираем третий способ построения устройства совпадения.

Выбираем микросхему цифрового компаратора КР1533СП2 (рис. 5.1).

Режимы работы компаратора отображены в таблице 5.3.

Рис. 5.1 Микросхема КР1533СП2.

Микросхема КР1533СП2 представляет собой восьмиразрядный цифровой компаратор. При высоком уровне напряжения на входе разрешения все выходы устанавливаются в состояние высокого уровня.

Для разрешения работы компаратора на входы разрешения подаём напряжение низкого уровня, подключив их через сопротивление порядка 3 кОм к общей шине питания.

Так как выходы компаратора инверсные, то для получения выходного сигнала необходимо использовать шесть инверторов, входящие в состав микросхемы КP1533ЛН1 (рис. 5.2).

Рис. 5.2 Микросхема КP1533ЛН1.

6. Разработка схемы устройства запоминания

В качестве устройства запоминания используем регистры.

Регистр - это устройство, предназначенное для кратковре­менного хранения и преобразования многоразрядных двоич­ных чисел. В качестве запоминающих элементов в регистрах используются триггеры. Вспомогательные элементы исполь­зуются для осуществления следующих операций:

- ввода и вывода из регистра хранимой информации;

- преобразования кода числа, хранящегося в регистре;

- сдвига числа влево или вправо на определенное число раз­рядов;

- преобразования последовательного кода числа в парал­лельный и наоборот. Вспомогательные элементы обычно строятся на основе комбинационных схем.

Регистры классифицируют по различным признакам, основ­ными из которых являются способ ввода информации в регистр, её вывод и способ представления вводимой и выводимой информации.

По способу ввода и вывода информации регистры подраз­деляются на:

- параллельные (регистры памяти);

- последовательные (регистры сдвига);

- параллельно-последовательные.

По способу представления вводимой и выводимой инфор­мации различают регистры однофазного и парафазного типа. В однофазных регистрах информация вводится либо в прямом, либо в обратном коде. В парафазных — одновременно и в пря­мом, и обратном кодах. Вывод информации из регистров может осуществляться как в прямом, так и в обратном коде.

Различают одно- и многоканальные регистры в зависимо­сти от числа источников информации, с которых она посту­пает на входы регистра.

В простейшем регистре триггеры соединены последова­тельно, т. е. выходы предыдущего триггера передают инфор­мацию на входы последующего. Тактовые входы С триггеров соединены параллельно. Такой регистр имеет один вход и один выход — последовательные. Вход управления — тактовый вход С.

Если к входу каждого триггера добавить разрешающую логику, то можно осуществить параллельную загрузку данных в регистр. Можно предусмотреть логическую схему парал­лельного отображения выходных данных. Как правило, выход­ные элементы такой схемы имеют z-состояния, позволяющие поочередно выдавать информацию по многопроводной шине данных.

Регистры могут быть двунаправленные, т. е. записанную информацию можно сдвигать по линейке триггеров вправо или влево. Для включения режима сдвига предусматривают специальный вход.

Существуют многорежимные регистры, у которых входные и выходные линии данных объединены в одну линию (порт данных). Эта линия по соответствующей команде (т. е. имеет дополнительный вход)  может быть и входной, и выходной.

В ТТЛ - серии 1533 содержится  много регистров, предназначенных для хранения и преобразования информации.

Сформулируем условия выбора регистра:

1) минимальное количество разрядов - 5;

2) параллельная загрузка данных;

3) параллельный выход данных;

4) возможность прямого прохождения данных от входа к выходу;

5) загрузка по высокому уровню на входе синхронизации.

Выше перечисленным условиям удовлетворяет регистр КP1533ИР27 (рис.6.1).