Проектирование и расчет распределителя управляющих импульсов

 

МИНОБРНАУКИ  РОССИИ

Федеральное Государственное бюджетное учреждение

высшего профессионального  образования

«Самарский  государственный технический университет»

Факультет автоматики и информационных технологий

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка

К курсовой работе «ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ИМПУЛЬСОВ»

 

По курсу  «Электроника  и микропроцессорная  техника»

 

 

 

 

 

Нормоконтроль ____________________________________ Петрова Т.А.

Руководитель  работы ____________________________ Мелентьев В.С.

Студент ___________________________________________ Левина К.Д.

Группа 3-АИТ-5

Срок  выполнения ____________

Работа  защищена на оценку __________

 

 

Самара 2011-2012

Задание на курсовую работу по электронике и микропроцессорной  технике

ВАРИАНТ №2

 

1. Разработать принципиальную схему цифрового распределительного устройства.
2. Смоделировать схему в программной среде Electronic Workbench и изобразить временные диаграммы в основных точках схемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM РС Программа Electronics Workbench и ее применение. – М.: Солон-Р, 1999.

2. Программа  Electronic Workbench для анализа электронных схем: Учебно-метод. пособие / В.М. Чухонцев. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 1999.

3. Гутников  В.С. Интегральная электроника  в измерительных устройствах.  – Л.: Энергоатомиздат, 1988.

4. Аванесян Г.Р., Левшин В.П. Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ: Справочник. М.: Машиностроение, 1993.

5. Проектирование  микроэлектронных цифровых устройств  / О.А. Пятлин, П.И.Освищер и др. М.: Сов. Радио, 1977.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Курсовая работа содержит  15  страниц, 2 таблицы, 3 рисунка, 3 источника и 3 приложения.

СЧЕТЧИК, ДЕШИФРАТОР, ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ТРИГГЕР.

 

В курсовой работе изложены принципы работы распределителя управляющих  импульсов. Разработана принципиальная схема управляющих импульсов  на элементах ТТЛ-логики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение                                                                                                               5     

1. Принцип действия схемы                                                                              6

2. Выбор элементов схемы и описание элементов                                          7

Заключение                                                                                                         11

Библиографический список                                                                              12

Приложение 1. Распределитель управляющих импульсов.

                          Схема электрическая принципиальная.                                 13

Приложение 2. Распределитель управляющих импульсов.

                          Перечень элементов.                                                               14

Приложение 3. Распределитель управляющих импульсов.

                          Схема моделирования в среде    Multisim.                           15

                                                                                                                                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Распределитель  управляющих импульсов – функциональное устройство, предназначенное для  формирования импульсов управления для различных частей прибора  или системы.

В отличие  от контроллеров и других средств микропроцессорной техники распределители импульсов строятся с помощью комбинационных логических схем с использованием при необходимости последовательных элементов.

Основной  принцип проектирования сложного автомата заключается в разбивке его на отдельные блоки, выполняющие достаточно простые функции, синтезе этих блоков и соединении их в единый автомат. При соединении блоков необходимо обеспечить правильное их взаимодействие: электрическое, конструктивное и технологическое согласование интегральных схем различных серий, отличающихся конструктивным исполнением, номиналам питающих напряжений, уровнями входных и выходных сигналов. Разбивка сложных автоматов на блоки значительно упрощает процесс синтеза, так как задача со многими переменными распадается на несколько задач с меньшим числом переменных. Кроме того разбивка автоматов на блоки часто позволяет получить более экономичные схемы. Ее довольно просто получить на основании общего описания возлагаемых на автомат функций. Для построения экономичных типов, а также основных элементов алгебры логики[1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СХЕМЫ

Принцип работы распределителя управляющих  импульсов  основывается на применении комбинационных цепей. Комбинационные  логические цепи – это такие цепи, выходные сигналы которых  не зависят от предыстории и однозначно определяются сигналами, присутствующими на их входах в рассматриваемый момент времени. Иначе говоря, комбинационные цепи – это цепи, в которых отсутствуют ячейки памяти. Всякое изменение состояния входных сигналов может привести к изменению состояния выходного сигнала с минимальной задержкой, определяемой задержкой в прохождении информации через используемые элементы. Быстродействие определяется возможностями используемых элементов. Булева алгебра позволяет успешно решать задачи синтеза комбинационных схем, выполняющих операции над двоичными числами или двоичными переменными[2].

В нашем  случае принцип действия заключается  в последовательной передаче тактовых импульсов от одних узлов схемы к другим. Изначально синхроимпульсы с генератора подаются на счетчик импульсов, он считает импульсы. Со счетчика они поступают на дешифратор, после чего сигналы поступают на логические элементы и триггер.

Формирование  U_вых1:

 при поступлении  на счетчик первого, четвертого и седьмого импульсов на выходе дешифратора формируется сигнал низкого уровня, который затем подается на логический элемент И-НЕ. 

Формирование  U_вых2:

при поступлении  на счетчик второго, пятого и восьмого импульсов на выходе дешифратора  формируется сигнал низкого уровня, который затем подается на логический элемент И-НЕ. 

Формирование  U_вых3:

при поступлении  на счетчик третьего, шестого и  девятого импульсов на выходе дешифратора  формируется сигнал низкого уровня, который затем подается на логический элемент И-НЕ.

Формирование  U_вых4:

при формировании U_вых4  используется уже сформированный сигнал U_вых1, который поступает на логический элемент НЕ, а затем на триггер, а так же уже сформированный сигнал U_вых2, который поступает на логический элемент НЕ, а затем на триггер. После этого сформированный сигнал с триггера поступает вместе с сигналом U_вых3 на логический элемент ИЛИ.

 

2. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ И ОПИСАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ

Для реализации требуемых функций необходимы следующие  элементы: счетчик, дешифратор, шесть  логических элементов (три - И-НЕ, два - НЕ, один - ИЛИ) и триггер.  Выбираем следующие элементы[3]: счетчик – К155ИЕ5, дешифратор – К155ИД3,  логический элемент И-НЕ-3-К155ЛА4, логический элемент НЕ-2 - К155ЛН2, логический элемент ИЛИ - К155ЛЛ1,    D-триггер - К155ТМ2.

Счетчик называют суммирующим, если после каждого  очередного импульса цифровой код на выходе счетчика увеличивается на единицу. В вычитающем счетчике после каждого  импульса на входе счетчика цифровой код на выходе уменьшается на единицу. Так же они бывают и реверсивными (могут работать как в режиме суммирования, так и вычитания). Они характеризуются коэффициентом пересчета К (максимальным количеством пересчитанных импульсов), который зависит от числа разрядов счетчика (каждому разряду соответствует один триггер). Для n-разрядного счетчика максимальное значение К определяется соотношением:

 

                                      K_max=2ⁿ                                                                (1.1)

 

После поступления К_max входных импульсов счетчик возвращается в исходное состояние. Такие счетчики называются также делителями на число, равное К_max.. Четырехразрядный счетчик имеет коэффициент пересчета  K_max=16. Так же счетчик может быть использован  в качестве делителя частоты импульсов в 2, 4, 8,  и 16 раз. Для реализации требуемой задачи наиболее подходящим является реверсивный счетчик К155ИЕ5. Он является двоично-десятичным  четырехразрядным счетчиком. Условное обозначение счетчика представлено на рисунке 2.1:

 

                     

  Рис. 2.1 Суммирующий двоичный счетчик.

 

 

Дешифраторами азывают комбинационые логические устройства, имеющие К входов и N выходов, в которых каждому состоянию выходов однозначно соответствует одна из возможных комбинаций двоичных сигналов на входах. Микросхема К155ИДЗ — дешифратор, позволяющий преобразовать четырехразрядный код, поступивший на входы в напряжение низкого логического уровня, появляющееся на одном из шестнадцати выходов 0 — 15. Входы дешифратора называются адресными, а сигналы, которые на них поступают - адресами. Дешифратор используется для реализации произвольной функции алгебры логики. Он реализует таблицу:

                                                                                           

                                                                                            Таблица 2.1

  

X1	X2	X3	X4
0	0	0	0	Y0
1	0	0	0	Y1
0	1	0	0	Y2
1	1	0	0	Y3
0	0	1	0	Y4
1	0	1	0	Y5
0	1	1	0	Y6
1	1	1	0	Y7
0	0	0	1	Y8
1	0	0	1	Y9
0	1	0	1	Y10
1	1	0	1	Y11
0	0	1	1	Y12
1	0	1	1	Y13
0	1	1	1	Y14
1	1	1	1	Y15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условное обозначение дешифратора  представлено на рисунке 2.2:

 

 

 

 

                                                     

 

                                Рис. 2.2 Дешифратор.

 

Логические  элементы И-НЕ-3-К155ЛА4, НЕ-2 - К155ЛН2, элемент ИЛИ - К155ЛЛ1 представляют собой схемы, оперирующие с логическими сигналами, то есть сигналами, принимающими значения только двух уровней -  высокого и низкого (нулевого). Обычно сигнал высокого уровня обозначают единицей, низкого -  нулем.  Логический элемент «И» реализует логическое умножение, логический элемент «ИЛИ» реализует логическое сложение, логический элемент «НЕ» - инверсию.  Условные обозначения элементов представлены на рисунке 2.3:

 

 

                               

Рис. 2.3 Логические элементы, условные обозначения: «И», «ИЛИ», «И-НЕ», «НЕ».

 

D-триггер- К155ТМ2. Триггер - это схема с двумя устойчивыми состояниями, кодируемыми цифрами 0 и 1. Обычно считают, что триггер находится в состоянии 1, если сигнал на его выходе Q имеет высокий уровень (единичный сигнал).  Соответственно считают, что триггер находится в состоянии 0, если сигнал на его выходе имеет низкий уровень. Триггер имеет информационный вход D и тактовый вход C. При поступлении на информационный вход логического сигнала (0 или 1) триггер устанавливается в соответствующее состояние и запоминает его, но только при наличии на тактовом входе единичного сигнала. Так же триггер имеет установочные входы R и S, которые позволяют устанавливать триггер в состояние 0 или 1 путем подачи на эти входы комбинаций сигналов, определяемых комбинационной таблицей 2.2:

                                                                                                   Таблица 2.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Описанное устройство распределителя управляющих  импульсов удовлетворяет всем требованиям. Оно практически реализуемо и  может быть использовано как самостоятельно, так и в составе более сложных систем. Распределители импульсов так же используются для синхронизации работы узлов сложных цифровых устройств.

В ходе работы получены практические навыки в расчете  и проектировании распределителя управляющих  импульсов.