Цифровые счетчики импульсов

Блок  індикації виводить інформацію для  зорового сприйняття.

Складання функціональної схеми лічильника

Функціональна схема - внутрішня структура лічильника.

Визначимо оптимальну кількість тригерів для  Недвійкова лічильника з коефіцієнтом рахунку Кс = 10.

M = log 2 (Кс) = 4.

M = 4 означає  для реалізації двійково-десяткового  лічильника необхідно 4 тригера.

Найпростіші однорозрядні лічильники імпульсів

Найпростішим  однорозрядним лічильником імпульсів  може бути JK-тригер і D-тригер, що працює в рахунковому режимі. Він вважає вхідні імпульси по модулю 2-кожен імпульс перемикає тригер в протилежний стан. Один тригер рахує до двох, два з'єднаних послідовно вважають до чотирьох, п тригерів-до 2n імпульсів. Результат рахунку формується в заданому коді, який може зберігатися в пам'яті лічильника або бути ліченим іншим пристроєм цифрової техніки-дешифратором.

На малюнку  показана схема трехразрядного двійкового лічильника імпульсів, побудованого на JK-тригер ax K155TB1. Змонтуйте такий лічильник на макетної панелі і до прямих виходів тригерів підключіть світлодіодні (або транзисторні - з лампою розжарювання) індикатори, як це робили раніше. Подайте від випробувального генератора на вхід С першого тригера лічильника серію імпульсів з частотою прямування 1 ... 2 Гц і за світловими сигналами індикаторів побудуйте графіки роботи лічильника.

Якщо  в початковий момент всі тригери  лічильника перебували в нульовому  стані (можна встановити кнопковим  вимикачем SB1 «Уст.0», подаючи на вхід R тригерів напруга низького рівня), то по спаду першого ж імпульсу (рис. 45,6) тригер DD1 перемкнеться в одиничне стан-на його прямому виході з'явиться  високий рівень напруги (мал. 45, в). Другий імпульс перемкне тригер DD1 в нульовий стан, а тригер DD2-B одиничне (рис. 45, г). За спаду третій імпульсу тригери DD1 і DD2 опиняться в одиничному стані, а тригер DD3 все ще буде в нульовому. Четвертий імпульс перемкне перші два тригера у нульовий стан, а третій в одиничне (мал. 45, д). Восьмий імпульс перемкне всі тригери в нульовий стан. За спаду дев'ятий вхідного імпульсу розпочнеться наступний цикл роботи трехразрядного лічильника імпульсів.

Вивчаючи  графіки, неважко помітити, що кожен  старший розряд лічильника відрізняється  від молодшого подвоєним числом імпульсів рахунку. Так, період імпульсів на виході першого тригера в 2 рази більше періоду вхідних імпульсів, на виході другого тригера - в 4 рази, на вихід третього тригера - у 8 разів. Говорячи мовою цифрової техніки, такий лічильник працює у ваговому коді 1-2-4. Тут під терміном «вагу» мається на увазі обсяг інформації, прийнятої лічильником після установки його тригерів в нульовий стан. У пристроях і приладах цифрової техніки найбільше поширення отримали чотирирозрядний лічильники імпульсів, що працюють у ваговому коді 1-2-4-8. Подільники частоти вважають вхідні імпульси до деякого задається коефіцієнтом рахунку стану, а потім формують сигнал перемикання тригерів я нульовий стан, знову починають рахунок вхідних імпульсів до задається коефіцієнта рахунку і т. д.

 

На малюнку показані схема і  графіки роботи дільника з коефіцієнтом рахунку 5, побудованого на JK-тригерах Тут вже знайомий вам трехразрядного двійковий лічильник доповнено  логічним елементом 2Й-НЕ DD4.1, який і  задає коефіцієнт рахунку 5. Відбувається це так. При перших чотирьох вхідних імпульсах (після установки тригерів в нульовий стан кнопкою SB1 «Вст. 0») пристрій працює як звичайний двійковий лічильник імпульсів. При цьому на одному або обох входах елемента DD4.1 діє низький рівень напруги, тому елемент знаходиться в одиничному стані.

За спаду ж п'яте імпульсу на прямому виході першого і третього тригерів, а значить, і на обох входах елемента DD4.1 з'являється високий  рівень напруги, що перемикає цей  логічний елемент а нульовий стан. У цей момент на його виході формується короткий імпульс низького рівня, який через діод VD1 передається на вхід R всіх тригерів і перемикає їх у вихідний нульовий стан.

З цього моменту починається  наступний цикл роботи лічильника. Резистор R1 і діод VD1, введені в цей лічильник, необхідні для того, щоб виключити замикання виходу елемента DD4.1 на загальний дріт.

Дія такого дільника частоти можете перевірити, подаючи на вхід С першого  його тригера імпульси, що випливають із частотою 1 ... 2 Гц, і підключивши до виходу тригера DD3 світловий індикатор.

На практиці функції лічильників  імпульсів і дільників частоти  виконують спеціально розроблені мікросхеми підвищеного ступеня інтеграції. У серії К155, наприклад, це лічильники К155ІЕ1, К155ІЕ2, К155ІЕ4 та ін

У радіоаматорських розробках найбільш широко використовують мікросхеми К155ІЕ1 і К155ІЕ2. Умовні графічні позначення цих мікросхем-лічильників з нумерацією їх висновків показані на рис. 47.

 

 

Мікросхему К155ІЕ1 (рис. 47, а) називають  декадними лічильником імпульсів, тобто лічильником з коефіцієнтом рахунку 10. Він містить чотири тригери, з'єднаних між собою послідовно. Вихід (висновок 5) мікросхеми - вихід її четвертого тригера. Встановлюють всі тригери в нульовий стан подачею напруги високого рівня одночасно на обидва входи R (висновки 1 і 2), об'єднані за схемою елемента І (умовний символ «&»). Рахункові імпульси, які повинні мати низький рівень, можна подавати на сполучені разом входи С (висновки 8 і 9), також об'єднані за І. або на один з них, якщо в цей час на другому буде високий рівень напруги. При кожному десятому вхідному імпульсі на виході лічильник формує рівний по тривалості вхідного імпульсу низького рівня. Мікросхема К155ІЕ2 (рис.48, б)

 

- Двійково-десятковий чотирирозрядний лічильник. У ньому також чотири тригери, але перший з них має окремі вхід С1 (висновок 14) і окремий прямий вихід (вивід 12). Три інших тригера з'єднані між собою так, що утворюють дільник на 5. При з'єднанні виходу першого тригера (вивід 12) з входом С2 (висновок 1) ланцюга інших тригерів мікросхема стає дільником на 10 (мал. 48, а), що працює в коді 1-2-4-8, що і символізують цифри біля виходів графічного позначення мікросхеми. Для установки тригерів лічильника в нульовий стан подають на обидва входи R0 (висновки 2 і 3) напруга високого рівня.

Два об'єднаних входу R0 і чотири розділових виходу мікросхеми К155ІЕ2 дозволяють без додаткових елементів будувати дільники частоти з коефіцієнтами  розподілу від 2 до 10. Так, наприклад, якщо з'єднати між собою висновки 12 і 1, 9 і 2, 8 н 3 (рис. 48,6), то коефіцієнт рахунку буде 6, а при з'єднанні висновків 12 і 1, 11,. 2 і 3 (мал. 48, в) коефіцієнт рахунку стане 8. Ця особливість мікросхеми К155ІЕ2 дозволяє використовувати її і як двійковий лічильник імпульсів, і як дільник частоти.

 

 

Цифрові лічильники імпульсів

 

ЗМІСТ

 

1. Завдання на проектування вузла            

2. Введення                

3. Порівняльний аналіз можливих  варіантів реалізації вузла      

3.1. Загальний принцип побудови проектованого вузла       

3.2. Вибір і опис використовуваних  мікросхем        

3.3. Можливі варіанти реалізації  проектованої схеми     

3.3.1 Варіант реалізації «Реверсивний  регістр»      

3.3.2 Варіант реалізації «Реверсивний  лічильник + дешифратор»    

3.3.3 Варіант реалізації «Лічильник + ППЗУ»       

3.4. Питання формального синтезу,  одержання таблиць і

мінімізація логічних функцій           

3.5. Вибір найкращого варіанта  реалізації по заданому

критерію               

4. Розробка принципової електричної  схеми вузла       

4.1. Розведення ланцюгів живлення і їхня фільтрація        

4.2. Розрахунок параметрів всіх  додаткових елементів схеми     

4.3. Докладний опис функціонування  вузла з використанням

тимчасових діаграм             

5. Аналіз перехідних процесів  і оцінка граничної швидкодії    

6. Розрахунок споживаної потужності           

7. Вибір генератора тактових  сигналів (ГТИ) і розрахунок параметрів його

елементів               

8. Висновок і виводи по проробленій роботі        

9. Список використаних джерел          

Додатка:

тимчасові діаграми            

схема електрична принципова         

перелік елементів            

складальне креслення ТЭЗа           

 

 

1. ЗАВДАННЯ ДЛЯ ПРОЕКТУВАННЯ ВУЗЛА.

 

Розробити формувач послідовності імпульсів  на дев'ять виходів (Z_i). Розподіл імпульсів задається кодом Гріючи Табл. 1.

Табл. 1.

Таблиця розподілу імпульсів

Nвых	Z1	Z2	Z3	Z4	Z5	Z6	Z7	Z8	Z9	Z10
Nимп	5	4, 6	3, 7, 21	2, 8, 20, 22	1, 9, 19, 23	10, 18, 24, 28	11, 17, 25, 27	12, 16, 26	13, 15	14

 

При розробці вузла необхідно мінімізувати споживану  потужність його елементів . Для керування вузлом призначені входи C1, C2, D0 і D1.

Входи D0 і D1 призначені для установки потрібного режиму. Комбінація низьких потенціалів на D0 і D1 або низький потенціал на D0 і високий на D1 відповідають режиму зупинки, високого потенціалу на D0 і низького на D1 відповідає режиму, що чекає, і комбінація високих потенціалів на D0 і D1 - автоколебательному режиму. По сигналі C1 відбувається запис команди. Сигнал C2 дозволяє виконання раніше записаної команди. Однак потрібний режим повинен установитися тільки після завершення серії імпульсів, запущеною попередньою командою.

Крім  сказаного вище критерію є обмеження  на час перемикання вузла, обумовлене тактовою частотою 5Мгц тобто час перемикання повинне бути менше 100нс. Сам вузол підключається до рознімання розширника інтерфейсу, отже, схема повинна навантажувати його як один стандартний елемент ТТЛ, а навантажувальна здатність розроблювального вузла - двадцять стандартних ТТЛ елементів.

 

2. ВВЕДЕННЯ.

 

Електронна  обчислювальна машина, електронні схеми  її периферійних і допоміжних пристроїв - дуже складне єдине нелінійне електричне коло, що реалізує функції перетворення інформації, зовсім не властиві її фізичним властивостям.

Особливості й проблеми фізичної реалізації інформаційних  процесів є предметом комп'ютерної схемотехники. Прийнято розуміти під терміном «комп'ютер» цифровий обчислювальний пристрій, що реалізує довільний алгоритм. При цьому все-таки необхідно пам'ятати, що будь-який цифровий елемент реалізований на аналогових приладах і властивості (статичних і динамічні) аналогових схем багато в чому визначають функціональні можливості складних цифрових пристроїв. Крім цього, обчислювальні операції можуть бути реалізовані й в аналоговій формі подання інформації, що (при обмежених вимогах до точності) дозволяють одержати величезний виграш у продуктивності.

Залежно від технології виготовлення ИС підрозділяються на серії, що розрізняються фізичними параметрами базових логічних елементів, а також числом і функціональним призначенням вхідних у їхній состав мікросхем. У цей час розроблено кілька десятків технологій виготовлення ИС. Найбільш широке застосування знаходять ИС виготовлені по  ТТЛ, КМОП, ЭСЛ і n-моп - технологіях, причому кожна із цих технологій має кілька різновидів технології виготовлення ИС безупинно вдосконалюються з метою збільшення їхньої швидкодії й навантажувальної здатності, зменшення споживаної потужності й збільшення ступеня інтеграції - кількості компонент розміщених на кристалі заданої площі.

 

 

3. Порівняльний аналіз варіантів  реалізації

проектованого вузла.

3.1. Загальний принцип побудови проектованого вузла.

Щоб спроектувати деяку нетривіальну схему, так ще й з деякими обмеженнями або критеріями, можна піти декількома шляхами. Наприклад, якщо ви гарний фахівець із досить більшим досвідом те у вас у голові може відразу (або небагато погодя) виникнути думка про найбільш оптимальний варіант. Але якщо схема занадто складна або з такими схемами зіштовхуватися не доводилося, то потрібно щось інше, наприклад, спробувати деякі конкретні реалізації даного вузла. Ну а тому що більшими фахівцями ми не є та й досвіду в нас обмаль, те треба спробувати зробити кілька варіантів реалізації конкретного вузла.

Із завдання видно, що вся схема буде складатися з декількох частин. А саме Блоку Прийому Команд (БПК), що займається прийомом і зберіганням коду команди, Генератора Опорної Тактової Частоти (ГОТЧ), Блоку Керування (БУ), що перетворить код команди в керуючі сигнали для наступного блоку, Блоку Розподілу Імпульсів (БРИ), що формує послідовність вихідних імпульсів (Рис. 1.).

       DIO        Z_i

        C1      БПК       БРИ

 

 

   ГОТЧ          БУ

C2

 

Рис. 1. Структурна схема 

розроблювального  вузла.

 

Залежно від вибору типу реалізації Блоку Розподілу Імпульсів будуть свої блоки керування й свій тип генератора.

 

 

Опис  роботи схеми.

По сигналі C1, що має інверсний вигляд, відбувається запис коду команди з інформаційних входів D0 і D1 (на малюнку позначені DIO).

По сигналі C2, що також має інверсний вигляд, відбувається виконання команди, записаної раніше. Якщо в момент приходу З2 серія імпульсів не була завершена, то система чекає завершення виконання серії після чого відбувається запуск нової команди. Якщо система перебувала в режимі очікування або завершився режим, що чекає, то відбувається ініціалізація БРИ й запуск серії імпульсів. БРИ, одержавши команду на виконання серії, починає вважати або зрушувати одиницю (залежно від реалізації) по фронті генератора. При досягненні рахунковим елементом деякого значення або стану відбувається або деяке перемикання керуючого пристрою, або припинення роботи тобто перехід у режим останова, або повторний запуск рахункового блоку.

Вимоги  до вхідних і вихідних сигналів.

1. Вхідні  керуючі сигнали мають інверсний  вигляд.