Меню

Двоично десятичный счетчик с предварительной установкой



Проектирование двоично-десятичного счетчика с предварительной установкой в соответствии с современными требованиями микросхемотехники

Автор: Пользователь скрыл имя, 18 Февраля 2013 в 20:14, курсовая работа

Описание работы

Исходное техническое задание на проектирование микросхемы содержит описание функций, которые она должна выполнять в электронной аппаратуре, и требование к ее основным параметрам. Конечным результатом проектирования является такое представление микросхемы, используя которое можно изготовить ее образцы. Такой формой представления являются чертежи фотошаблонов и комплект конструкторской документации, необходимые для изготовления микросхемы.[1]

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 Аналитический обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Конкретизация технического задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Выбор и описание работы элементной базы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 Синтез структурной схемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1 Структурный синтез преобразователя кодов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Структурный синтез счётчика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Структурный синтез устройства, реализующего функцию
разделения режима работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Анализ структурной схемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Разработка электрической схемы и описание её работы . . . . . . . . . . . . . .
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Список использованной литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Работа содержит 1 файл

Пояснительная записка.docx

3МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Институт информационных технологий

Кафедра информационных систем и технологий

«К защите допускаю»

Руководитель проекта Пачинин В.И.

к курсовому проекту по курсу

«Цифровая электроника» на тему

«Генератор кодов последовательности чисел»

Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Институт информационных технологий

Факультет компьютерных технологий

Заведующий кафедрой ИСиТ

__________ В.И. Пачинин

«_29_» июня 2011 г.

по курсовому проектированию

1. Тема проекта: «Двоично- десятичный счетчик с предварительной установкой»

2. Сроки сдачи студентом законченного проекта: « 25 » декабря 2011 г.

3. Исходные данные для проекта:

1.Тип счетчика – _____вычитающий_____________ _______________

2.Внутренний код счетчика – ______5-2-1-1______ ________________

3.Код предварительной установки — ____7-4-2-1___________________

4.Тип триггеров – _______RS___ ______________________________ __

5.Элементная база – __КМОП_____(элементный базис ИЛИ-НЕ)_____

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке

3.Конкретизация технического задания

4.Выбор и описание работы элементной базы

5.Синтез структурной схемы

6.Анализ структурной схемы

7.Разработка электрической схемы и описание ее работы

9.Список использованной литературы

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей и графиков)

1.Структурная схема устройства (ф.А3).

2.Временные диаграммы работы устройства (ф.А4).

3.Схема электрическая принципиальная (Библиотека элементов) (ф.А3).

6. Дата выдачи задания «_29_» июня 2011 г.

7. Календарный график работы над проектом на весь период

1. 01.10.11. – пункты 4.1, 4.2, 4.3

2. 01.11.11 . – пункты 4.5, 4.6, 5.1, 5.2

3. 10.12.11. – пункты 4.7, 4.8, 4.9, 5.3

Задание принял к исполнению __________________

2 Конкретизация технического задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Выбор и описание работы элементной базы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1 Структурный синтез преобразователя кодов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3 Структурный синтез устройства, реализующего функцию

6 Разработка электрической схемы и описание её работы . . . . . . . . . . . . . .

Значительные изменения во многих областях науки и техники обусловлены развитием электроники. В настоящее время невозможно найти какую-либо отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы или электронные устройства измерительной техники, автоматики и вычислительной техники. Причем тенденция развития такова, что доля электронных информационных устройств и устройств автоматики непрерывно увеличивается. Это является результатом развития интегральной технологии, внедрение которой позволило наладить массовый выпуск дешевых, высококачественных, не требующих специальной настройки и наладки микроэлектронных функциональных узлов различного назначения.

Промышленность выпускает почти все электронные функциональные узлы, необходимые для создания устройств измерительной и вычислительной техники, а также систем автоматики: интегральные электронные усилители электрических сигналов; коммутаторы; логические элементы; перемножители электрических напряжений; триггеры; счетчики импульсов; регистры; сумматоры и т.д. На основе больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем созданы и выпускаются микропроцессоры и микропроцессорные комплекты, представляющие собой вычислительную машину или ее основные узлы, изготовленные в одном корпусе или в нескольких малогабаритных корпусах. Функции, выполняемые интегральными схемами микропроцессоров, могут быть заданы подачей на их входы внешних электрических сигналов, осуществляемой по определенной программе.

Интенсивное развитие и распространение систем обработки и передачи информации на базе микросхем и тенденция создания принципиально новых информационных микросистем привели в последнее время к развитию ряда новых направлений, связанных с обработкой информации и обменом большими объёмами данных. Практически во всех областях техники, использующих методы цифровой обработки информации, требуются высокопроизводительные интегральные схемы.

Исходное техническое задание на проектирование микросхемы содержит описание функций, которые она должна выполнять в электронной аппаратуре, и требование к ее основным параметрам. Конечным результатом проектирования является такое представление микросхемы, используя которое можно изготовить ее образцы. Такой формой представления являются чертежи фотошаблонов и комплект конструкторской документации, необходимые для изготовления микросхемы.[1]

Читайте также:  Как платить за тепло по счетчикам или по нормам

Целью данного курсового проекта является проектирование двоично-десятичного счетчика с предварительной установкой в соответствии с современными требованиями микросхемотехники.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Счётчики – это устройства, которые осуществляют счёт и хранение кода числа подсчитанных сигналов.

Счетчики широко используются в устройствах управления цифровых систем для подсчета числа выполненных операций, в связной и контрольно- измерительной аппаратуре для определения числа поступивших сигналов.

Основным параметром счётчика является модуль счёта Ксч — максимальное число импульсов, которое может быть сосчитано счётчиком. После поступления Ксч импульсов счётчик должен возвращаться в исходное состояние. Величина Ксч равна числу устойчивых состояний счётчика. Количество поступивших на счётный вход импульсов представляется на выходе счётчика в виде двоичного числа в том или ином коде: прямом, дополнительном, циклическом. Обычно счётчики имеют дополнительные входы установки S, позволяющие предварительно установить на выходе счётчика заданное число, или входы сброса R, сигнал на которых переводит счётчик в исходное состояние. Счётчики используются в качестве делителей частоты, обеспечивающих на выходе в Ксч раз меньшую частоту сигнала, чем на входе.

По порядку изменения состояний могут быть счётчики с естественным и произвольным порядком счёта. В первых, значение кода каждого последующего состояния счётчика отличается на единицу от кода предыдущего состояния. В счётчиках с произвольным порядком счёта значения кодов соседних состояний могут отличаться более чем на единицу. В свою очередь, счётчики с естественным порядком счёта подразделяются на простые и реверсивные. Простые же счётчики делятся на суммирующие и вычитающие. Реверсивные счётчики в зависимости от значений управляющих сигналов могут работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания. По модулю счёта или, что то же самое, по коэффициенту пересчёта Ксч счётчики подразделяются на двоичные с Ксч =2 m и недвоичные с Ксч ≠2 m .

По способу переключения триггеров во время счёта сигналов счётчики подразделяются на асинхронные и синхронные. В асинхронных счётчиках переход каждого триггера из одного состояния в противоположное происходит сразу же после изменения сигналов на его управляющих входах. В этих счётчиках переключение триггеров происходит последовательно во времени. В синхронных счётчиках триггеры переключаются при наличии соответствующих сигналов на управляющих входах только в момент прихода тактирующего (синхронизирующего) сигнала.

Основными параметрами счётчиков являются ёмкость и быстродействие. Ёмкость счётчика характеризует максимальное число сигналов, которое может быть им сосчитано, и численно равна коэффициенту пересчёта Ксч. После поступления Ксч входных сигналов счётчик возвращается в исходное состояние. Быстродействие счётчика определяется двумя величинами: разрешающей способностью tp=1/fсч и временем установки tуст кода счётчика. Под разрешающей способностью tр понимают минимально допустимый интервал времени между двумя входными сигналами, при котором не происходит потери счёта сигналов. Время установки кода tуст представляет собой интервал времени между моментом поступления входного сигнала и моментом завершения перехода счётчика в новое устойчивое состояние.[2]

По структурной организации счётчики делятся на счётчики с параллельным, последовательным и параллельно-последовательным переносом. Которые между собой различаются способами подачи счётных импульсов на входы разрядов.

В счётчиках с последовательным переносом входной переключающий сигнал воздействует лишь на первый триггер, и каждый триггер вырабатывает переключающий сигнал для следующего соседнего триггера.

В счётчиках с параллельным переносом входной переключающий сигнал воздействует на все триггеры, и каждый триггер вырабатывает для всех последующих лишь управляющие сигналы. Параллельные счётчики обычно строятся на базе RS-, JK-, D- триггеров, синхронизируемых фронтом.

В счётчиках с параллельно-последовательным переносом триггера разбиты на группы, причём внутри группы действует параллельный перенос, а между группами последовательный.

Синхронизация может производиться уровнем или фронтом. Синхронизация уровнем происходит при достижении сигнала на входе синхронизации уровней «0» или «1» в зависимости от конструкции счётчика. Синхронизация фронтом может производиться положительным, или отрицательным фронтом. Синхронизация положительным фронтом происходит при переходе сигнала на входе из состояния «0» в состояние «1». Синхронизация отрицательным фронтом — при переходе сигнала на входе синхронизации из состояния «1» в состояние «0».

Часто при проектировании счётчиков требуется создать счётчик с началом счёта с произвольного числа. Для этого в счётчик вводят вход предварительной установки. Сигнал на этом входе разрешает или запрещает запись в счётчик двоичного числа, поданного на информационные входы. Предварительная запись может быть параллельной и последовательной. В первом случае — двоичный код числа подаётся одновременно на все триггеры поразрядно. Во втором — код подаётся на один информационный вход. Выход каждого триггера соединён последовательно с информационным входом следующего триггера, что обеспечивает последовательную запись кода.

Читайте также:  Жэу передача показаний счетчиков

Предварительная установка может быть синхронной и асинхронной. Синхронная установка осуществляется по следующему принципу. Подачей на определённый вход импульса, счётчик блокируется, и с приходом очередного импульса синхронизации выходы триггеров устанавливаются в состояния определяемые значениями на информационных входах (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 — Счётчик с предварительной установкой

Асинхронная установка осуществляется независимо от состояния сигнала на входе синхронизации, и заданные значения сигнала на информационных входах переходят на выходы триггеров через входы Sa и Ra которыми дополнен триггер (рисунок 1.2).

Кроме этого счётчики могут иметь вход принудительного сброса, что позволяет в любой момент вернуть счётчик в исходное состояние. Некоторые счётчики могут также содержать вход разрешения счёта, вход остановки или хранения информации, входы и выходы переноса, вход разрешения переноса.

Возможные режимы работы счётчика:

  1. Регистрация числа поступивших на счётчик сигналов.
  2. Деление частоты.

В первом режиме результат — содержимое счётчика, во втором режиме выходными сигналами являются импульсы переполнения счётчика.

Источник

Счётчики

Счетчиком называют устройство, предназначенное для подсчёта числа импульсов поданных на вход. Они, как и сдвигающие регистры, состоят из цепочки триггеров. Разрядность счетчика, а следовательно, и число триггеров определяется максимальным числом, до которого он считает.


Рисунок 1

Регистр сдвига можно превратить в кольцевой счетчик, если выход последнего триггера соединить с входом первого. Схема такого счетчика на разрядов приведена на рисунке 1. Перед началом счета импульсом начальной установки в нулевой разряд счетчика (Q0) записывается логическая 1, в остальные разряды — логические 0. С началом счета каждый из приходящих счётных импульсов Т перезаписывает 1 в следующий триггер и число поступивших импульсов определяется по номеру выхода, на котором имеется 1. Предпоследний (N-1) импульс переведет в единичное состояние последний триггер, а импульс перенесёт это состояние на выход нулевого триггера, и счет начнётся сначала. Таким образом, можно построить кольцевой счетчик с произвольным коэффициентом счета (любым основанием счисления), изменяя лишь число триггеров в цепочке.

Недостаток такого счетчика — большое число триггеров, необходимы; для его построения. Более экономичны, а поэтому и более распространены счетчики, образованные счетными Т-триггерами. После каждое тактового импульса Т сигнал на входе D (инверсном выходе) меняется на противоположный и поэтому частота выходных импульсов вдвое меньше частоты поступающих. Собрав последовательную цепочку из n счетных триггеров соединяя выход предыдущего триггера со входом C следующего), мы получим частоту fвых=fвх/2 n . При этом каждый входной импульс меняет код числа на выходе счетчика на 1 в интервале от 0 до N=2 n -1.

Микросхема К155ИЕ5 рисунок 2 содержит счетный триггер (вход С1) и делитель на восемь (вход С2) образованный тремя соединенными последовательно триггерами. Триггеры срабатывают по срезу входного импульса (по переходу из 1 в 0). Если соединить последовательно все четыре триггера как на рисунке 2, т получится счетчик по модулю 2 4 =16. Максимальное хранимое число при полном заполнении его единицами равно N=2 4 -1=15=(111)2. Такой счетчик работает с коэффициентом счета К (модулем), кратным целой степени 2, и в нем совершается циклический перебор К=2 n устойчивых состояний. Счетчик имеет выходы принудительной установки в 0.


Рисунок 2

Часто нужны счетчики с числом устойчивых состояний, отличным от 2 n Например, о электронных часах есть микросхемы с коэффициентом счета 6 (десятки минут). 10 (единицы минут). 7 (дни недели). 24 (часы). Для построения счётчика с модулем К≠2 n можно использовать устройство из n триггеров для которого выполняется условие 2 n >К. Очевидно, такой счётчик может иметь лишние устойчивые состояния (2 n -К). Исключить эти ненужные состояния Можно использованием обратных связей, по цепям которых счетчик переключается в нулевое состояние в том такте работы когда он досчитывает до числа К.

Для счетчика с К=10 нужны четыре триггера (так как 2 3 4 ) должен иметь десять устойчивых состояний N==0,1. 8,9. В том такте, когда он должен был перейти в одиннадцатое устойчивое состояние (N=10), его необходимо сбросить в исходное нулевое состояние. Для такого счётчика можно использовать микросхему К155ИЕ5 рисунок 3, введя цепи обратной связи с выходов счетчика, соответствующих числу 10 (т. е. 2 и 8) на входы установки счетчика в 0 (вход R). В самом начале 11-го состояния (число 10) на обоих входах элемента И микросхемы появляются логические 1, вырабатывающие сигнал сброс всех триггеров счетчика в нулевое состояние.

Читайте также:  Однотарифный счетчик электроэнергии как снять показания


Рисунок 3

Во всех сериях цифровых микросхем есть счетчики с внутренней организацией наиболее ходовых коэффициентов пересчета, например в микросхема К155ИЕ2 и К155ИЕ6 К=10. в микросхеме К155ИЕ4 К=2х6==12.

Как видно из схем и диаграмм на рисунках 1-3, счетчики могут выполнят функции делителей частоты, т. е. устройств, формирующих из импульсной последовательности с частотой fвх импульсную последовательность на выходе, последнего триггера с частотой fвых, в К раз меньшую входной. При таком использовании счетчиков нет необходимости знать, какое число в нем записано в настоящий момент, поэтому делители в некоторых случаях могут быть значительно проще счетчиков. Микросхема К155ИЕ1, например, представляет собой делитель на 10, а К155ИЕ8 — делитель с переменным коэффициентом деления К=64/n. где n=1. 63.

Кроме рассмотренных суммирующих широко применяют реверсивные счетчики на микросхемах К155ИЕ6. К155ИЕ7, у которых в зависимости от режима работы содержимое счетчика или увеличивается на единицу режим сложения, говорится что происходит инкремент счётчика или уменьшается на единицу режим вычитания, декремент после прихода очередного счетного импульса. Микросхема К155ИЕ1 рисунок 4 — делитель на 10. Установка ее триггеров в 0 осуществляется одновременной подачей высокого уровня на входы 1 и 2 (элемент И). Счетные импульсы подают на вход 8 или 9 (при этом на другом входе должен быть высокий уровень) или одновременно на оба входа (элемент И).


Рисунок 4

В состав микросхемы К155ИЕ2 рисунок 4 входят триггер со счетным входом (вход С1) и делитель на 5 (вход С2). При соединении выхода счетного триггера с входом С2 образуется двоично-десятичный счетчик (диаграмма его работы аналогична приведенной на рисунке 3). Счет происходит по срезу импульса. Счетчик имеет входы установки в 0 (R0 с логикой И) и входы установки в 9 (R9 с логикой И).


Рисунок 5

Микросхему К155ИЕ4 образуют счетный триггер и делитель на 6 рисунок 5. О микросхеме К155ИЕ5 было сказано ранее рисунок 2

Микросхемы К155ИЕ6 и К155ИЕ7 рисунок 6,а)-реверсивные счетчики предварительной записью, первый из них — двоично-десятичный, второй четырехразрядный двоичный. Установка их в 0 происходит при высок уровне на входе R. В счетчик можно записать число подав на выходы D1-D4 (в К155ИЕ6 от 0 до 9, в К155ИЕ7 от 0 до 15). Для этого на вход S необходимо подать низкий уровень, на входах С1 и С2 высокий уровень, на входе R — низкий. Счет начнется с записанного числа по импульсам низкого уровня, подаваемым на вход С1 (в режиме сложения) или на С2 (в режиме вычитания). Информация на выходе изменяется по фронту счётного импульса. При этом на втором счетном входе и входе S должен быть высокий уровень, на входе R-низкий, а состояние входов D безразлично. Одновременно с каждым десятым (шестнадцатым) на входе С1 импульсом на выходе P1 повторяющий его выходной импульс, который может подаваться вход следующего счетчика. В режиме вычитания одновременно с каждым импульсом на входе С2, переводящим счетчик в состояние 9, (15), на выходе Р2 появляется выходной импульс.

Временная диаграмма работы счетчика К155ИЕ6 приведена на рисунке 6,б. На диаграмме в режиме параллельной записи (S=0) было записано число 6 (высокий уровень на входах D2 и D3).


Рисунок 6

Микросхемы К176ИЕ1, К56ИИЕ10 и К561ИЕ16 рисунок 7 — двоичные счётчики. Счетчик К561ИЕ10 при подаче счетных импульсов на вход С1 и при С2=1 работает по фронту, при счете по входу С2 и при С1==0 — по срезу. Счётчик К561ИЕ16 не имеет выходов от второго и третьего делителя. Счетчики устанавливаются в нулевое состояние при подаче высокого уровня на вход R. Для правильной работы этих и всех других счетчиков, выполненных по КМОП технологии (серий К164, К176, К564, К561..), необходимо после включения питания (или после снижения напряжения источника питания до 3 В) устанавливать их в исходное нулевое состояние подачей импульса высокого уровня на вход R. В противном случаи счётчики могут работать случайными коэффициентами пересчёта. Импульс сброса после включения питания может подаваться автоматически, если ввести времязадающую RC-цепь и инвертор, как показано на рисунке 7,в.


Рисунок 7

Источник

Adblock
detector