Модуль двоично-десятичного реверсивного 16-ти разрядного счетчика

Содержание

Введение……………………………………………………………………………...4

Цели и задачи курсовой работы…………………………………………………….5

1    Интегральные  Счетчики………………………………………………………...6

1. Общие сведения о счетчиках…………………………………………………....6
2. Счетчики с последовательным переносом……………………………………..6
3. Счетчики с параллельным переносом……………………………………….....9
4. Реверсивные счетчики………………………………………………………….10
5. Счетчики с произвольным коэффициентом счета не равным 2n……………10
6. Принцип работы микросхемы КР1533ИЕ6…………………………………...14
2. Описание работы модуля счетчика……………………………………………15
1. Описание принципиальной схемы модуля счетчика………………………...15
2. Расчет динамических параметров……………………………………………..17
3. Расчет потребляемой мощности……………………………………………....18
4. Расчет надежности модуля…………………………………………………….19
5. Конструкция модуля…………………………………………………………...22

Заключение………………………………………………………………………….23

Список используемых источников………………………………………………..24

Приложения:

1 Приложение А. Схема электрическая  принципиальная

2 Приложение Б. Перечень элементов

3 Приложение В. Динамические параметры

4 Приложение Г. Чертеж печатного узла

5 Приложение Д. Таблица  соединения элементов

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Цифровая электроника в настоящее время все более и более вытесняет традиционную аналоговую. Ведущие фирмы, производящие самую разную электронную аппаратуру, все чаще заявляют о полном переходе на цифровую технологию. Причем это относится как к бытовой технике (аудио, видеоаппаратура, средства связи), так и к профессиональной технике (измерительная, управляющая аппаратура). Ставшие уже привычными персональные компьютеры также полностью реализованы на основе цифровой технологии. Видимо, в ближайшем будущем полностью аналоговые устройства будут применяться только в тех редких случаях, когда требуется получить рекордные значения некоторых параметров электронных устройств (например, быстродействия).

Между тем цифровая электроника существенно отличается от аналоговой не только видом используемых сигналов, но, что самое главное, приемами проектирования, требуемым стилем мышления разработчика, принципами построения сложных систем.

Разработчик цифровой аппаратуры в подавляющем большинстве случаев работает с микросхемами как с «черным ящиком», ему слишком важно, что происходит внутри,  как реализуется та или иная функция микросхемы. Видимо, целесообразно физику полупроводников и технологию изучать отдельно от схемотехники, параллельно с ней, до нее или после нее, чтобы не смешивать две различные области знаний.

К тому же проектирование интеллектуальных устройств довольно сильно отличается от проектирования устройств на жесткой логике. Эти направления цифровой схемотехники требуют применения совершенно разных подходов, и поэтому их целесообразно нужно рассматривать.

 

 

 

 

 

 

 

Цели и задачи курсовой работы

 

Основной целью курсовой работы является углубление, расширение и закрепление знаний по дисциплине «Цифровая схемотехника». Выполнение курсовой работы по дисциплине «Цифровая схемотехника» ставит следующие задачи:

- научиться работать с  технической литературой;

- разработать и описать  модуль двоично-десятичного реверсивного 16-ти разрядного счетчика, с параллельно-последовательным переносом и выводом информации на светодиодах зеленого свечения.

- произвести расчет следующих  параметров модуля:

1. Напряжение питания, В.
2. Входное напряжение низкого уровня UIL.
3. Входное напряжение высокого уровня UIH.
4. Выходное напряжение низкого уровня UOL.
5. Выходное напряжение высокого уровня  UOH.
6. Потребляемая мощность модуля, Вт, не более.
7. Средняя наработка на отказ, ч, не менее.
8. Максимальное количество просчитанных импульсов: в двоичной, десятичной, двоично-десятичной, шестнадцатеричной системах счисления.

- научиться оформлять  техническую документацию в соответствии  с требованиями государственного  стандарта и других систем  стандартизации.

- приобрести практические  навыки разработки маршрутного  описания модуля.

 

 

 

 

Интегральные счетчики

1.1 Общие сведения  о счетчиках

Счетчиками называют устройства, ведущие счет числа импульсов.

Счетчики применяют не только для счета, но и для выполнения иных операций, которые можно свести к счету импульсов, а именно: преобразование количества импульсов в определенный код, деление частоты, суммирование или вычитание количества сигналов, распределение сигналов и т.д.

Основным параметром счетчика является коэффициент (модуль) счета Ксч .

Коэффициент счета равен количеству различных состояний счетчика. Именно столько необходимо импульсов, чтобы счетчик вернулся в исходное состояние. При использовании счетчика в качестве делителя частоты частота следования выходных импульсов меньше частоты входных в Ксч раз. Максимальное число, которое может отобразить счетчик на единицу меньше, чем Ксч . Основным элементом счетчиков является Т-триггер. На практике T-триггеры получают из D- или JK-триггеров.

В зависимости от направления счета различают суммирующие, вычитающие и реверсивные счетчики.

В суммирующем счетчике каждый счетный сигнал увеличивает число, записанное в счетчик на единицу (прямой счет), в вычитающем каждый счетный сигнал уменьшает содержимое счетчика на единицу (обратный счет). Реверсивный счетчик – может выполнять как прямой, так и обратный счет.

В зависимости от способа построения цепей переноса различают счетчики с последова- тельным и параллельным переносом.

1.2 Счетчики с  последовательным переносом

1.2.1 Последовательный  суммирующий счетчик

Как следует из таблицы самый младший разряд Q0 меняет свое состояние с каждым счетным импульсом, смена состояния каждого последующего разряда происходит, если предыдущий переходит из единичного в нулевое состояние. Если использовать Т-триггеры, соединенные так, как показано на рисунке 1.1, то получим именно такую последовательность смены состояний триггеров.

Рисунок 1.1- Последовательный суммирующий счетчик

На рисунке 1.2 показаны временные диаграммы работы суммирующего счетчика

Рисунок 1.2- Временные диаграммы работы суммирующего счетчика

Каскадное включение п таких триггеров образует счетчик с коэффициентом счета Ксч = 2n. При этом необходимо помнить, что каждый триггер обладает Ксч = 2, а при их последовательном соединении коэффициенты счета перемножаются. На рисунке 1.2 видно, что период следования импульсов после каждого триггера увеличивается вдвое, и после последнего превышает период входных импульсов в Ксч раз. Соответственно частота уменьшается в такое же количество раз, т.е. делится на число, равное Ксч. Это свойство положено в основу использования счетчиков в качестве делителя частоты.

1.2.2 Последовательный  вычитающий счетчик

Возможен и другой вариант последовательного включения триггеров, когда их входы соединены с инверсными выходами предшествующих триггеров, как показано на рисунке 1.3. Так получают двоичный вычитающий счетчик.

Рисунок 1.3 - Последовательный вычитающий счетчик

На рисунке 1.4 показаны временные диаграммы работы вычитающего счетчика.

Рисунок 1.4- Временные диаграммы работы вычитающего счетчика

На рисунках 1.1 и 1.3 показаны схемы двоичных последовательных счетчиков, т. е. таких счетчиков, в которых при изменении состояния определенного триггера возбуждается последующий триггер, причем триггеры меняют свои состояния последовательно.

Если в данной ситуации должны изменить свои состояния п триггеров, то для завершения этого процесса потребуется п интервалов времени, соответствующих времени изменения состояния каждого из триггеров. Такой последовательный характер работы является причиной двух недостатков последовательного счетчика:

- меньшая скорость счета  по сравнению с параллельными  счетчиками,

- возможность появления  ложных сигналов на выходе  схемы.

Допустимая скорость счета в счетчиках обоих типов определяется максимальной скоростью переключения одного триггера.

Определяя максимальную скорость счета последовательного счетчика, следует учитывать наиболее неблагоприятный случай изменения состояния всех т триггеров. Суммарную продолжительность переходного процесса можно определить как сумму времен запаздывания отдельных элементов, соединяющих триггеры, и времен срабатывания всех триггеров. Найденное таким образом максимальное время перехода счетчика из одного состояния в другое следует считать предельным. Обычно реальное время перехода меньше предельного, так как в ряду последовательно включенных триггеров данный триггер начинает переход из одного состояния в другое еще до окончания переходного процесса в возбуждающем его элементе.

Последовательный характер переходов триггеров счетчика является источником ложных сигналов на его выходах. Например, в счетчике, ведущем счет в четырехразрядном двоичном коде с «весами» 8421, при переходе от числа 710 = 01112 к числу 810 = 10002 на выходе появится следующая последовательность сигналов: 0111– 0110 – 0100 – 0000 – 1000. Это означает, что при переходе из состояния 7 в состояние 8 на выходах счетчика на короткое время появятся состояния 6; 4; 0. Эти дополнительные состояния могут вызвать неправильную работу других устройств.

1.3 Счетчики с  параллельным переносом

В параллельных счетчиках синхронизирующие сигналы поступают на все триггеры одновременно, что уменьшает время протекания переходных процессов. В этом случае получим параллельный счетчик. Пример схемы суммирующего счетчика приведен на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5- Параллельный суммирующий счетчик на TV-триггерах

Здесь счетные импульсы одновременно поступают на входы синхронизации Т всех триггеров, а на разрешающие входы V подаются сигналы, определяющие конкретные триггеры, которые изменяют свое состояние при данном входном импульсе. Если V=1, то триггер работает как обычно, если V=0, то находится в режиме хранения. Триггер меняет свое состояние при поступлении очередного импульса синхронизации, если все предыдущие триггеры находились в состоянии логической единицы.

В качестве Т-триггера можно использовать универсальный JK-триггер, например ИМС К155ТВ1. Параллельный суммирующий счетчик на основе JK-триггеров приведен на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6- Параллельный суммирующий счетчик на JK-триггерах

Здесь каждый триггер может находиться только в двух режимах: счетном (режим Т-триггера) и хранения. В первом случае J=K=1, во втором – J=K=0. Логика работы полностью соответствует описанию схемы, представленной на рисунке 1.5.

1.4 Реверсивные  счетчики

Иногда требуются счетчики, допускающие вести счет, как в прямом, так и обратном направлении, т.е. реверсивные. Принцип их построения основан на использовании вентильных элементов, позволяющих организовать переключение режима работы. Один из вариантов реверсивного параллельного счетчика на TV-триггерах представлен на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7- Параллельный реверсивный счетчик на TV-триггерах

Переключение направления счета достигается подачей сигнала логической единицы “1” на один из управляющих входов. Если “1” подана на вход “+1”, то режим суммирования, если на вход “-1”, то режим вычитания. В первом случае будут открыты верхние по схеме вентили И, поэтому сигналы переноса будут браться с прямых выходов триггеров, во втором случае открыты нижние вентили, и сигналы переноса проходят с инверсных выходов триггеров.

1.5 Счетчики с  произвольным коэффициентом счета  не равным 2n

В некоторых устройствах требуется счетчики с коэффициентом счета не равным 2n или с переменным коэффициентом счета. Один из возможных способов его изменения заключается в изменении логической структуры схемы в зависимости от сигналов управления коэффициентом счета. Смысл изменения заключается в изменении числа состояний счетчика, т.к. Ксч равен именно этому числу.

Предположим, что необходимо разработать параллельный счетчик, ведущий счет по модулю 5. Минимальное число триггеров, обеспечивающее коэффициент счета 5, равно трем. Действительно, счетчик, содержащий три триггера, может находиться в одном из восьми состояний (включая нулевое состояние 000). Но чтобы получить Ксч =5, необходимо уменьшить количество состояний на величину 8-5=3. Три состояния счетчика должны быть запрещены.

 

Возможны следующие основные способы уменьшения числа состояний:

- начальная установка  кода,

- принудительный насчет  в процессе счета,

- принудительное обнуление.

Под начальной установкой кода понимается предварительное занесение в счетчик перед началом счета числа, равного количеству избыточных состояний (для Ксч =5 их 3). Таким образом, количество импульсов, которые сосчитает счетчик до перехода в исходное состояние уменьшится на величину занесенного числа.