Синтез составного дискретного устройства

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Апреля 2014 в 00:59, курсовая работа

Описание работы

В данном курсовом проекте была проведена работа по разработке дискретного устройства. Устройство включает в себя генератор импульсов, счетчик импульсов, дешифратор, шифратор, параллельный регистр, последовательно-параллельный регистр и устройство сравнения.
В первой главе произведена разработка структурная схема. Во второй главе курсового проекта производился синтез раздельных блоков устройства. Третья глава посвящена построению временных диаграмм. В четвертой главе производилась разработка технической части, произведено обоснование выбора элементной базы. В приложении приведена общая принципиальная схема и спецификация использованных элементов.

Файлы: 1 файл

мой курсач.docx

— 2.04 Мб (Скачать файл)


 

ВВЕДЕНИЕ

Современные системы автоматики, телемеханики и связи (АТ и С) имеют преимущественно электронное, микроэлектронное и микропроцессорное исполнение. Подавляющее большинство выпускаемых промышленностью и разрабатываемых систем АТ и С являются дискретными.

В настоящее время дискретные устройства получили весьма широкое распространение во всех сферах человеческой деятельности – от бытовых приборов до техники, отвечающей за безопасность на железнодорожном транспорте. Применение их не ограничивается выполнением базовых элементарных функций, многие ДУ являются интегрированными в состав более сложных устройств. Применение дискретных устройств в железнодорожной автоматике и телемеханике (ЖАТ) позволяет в полной мере реализовать функции систем ЖАТ.

Целью настоящего курсового проекта является синтез составного  дискретного устройства. Синтез дискретного устройства (ДУ) будем выполнять по частям, производя раздельный синтез электрических схем проектируемых узлов и блоков ДУ с последующей увязкой блоков в единую схему.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИИ  И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Дискретное устройство включает в свой состав следующие блоки: генератор тактовых импульсов (ГИ), счетчик импульсов (СТ), дешифратор (ДС), шифратор (СД), последовательно-параллельный регистр (RG), параллельный регистр (RG) и устройство сравнения (УС). Структурная схема ДУ приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема ДУ

Произведем расстановку количества выводов на шину с раздельных блоков ДУ.  Генератор импульсов формирует последовательность импульсов с заданной частотой следования, разрядность шины составит 1. Импульсы генератора поступают на параллельный вычитающий счетчик СТ и последовательно-параллельный регистр RG. Пять разрядов счетчика СТ подают свои значения на дешифратор ДС.

 Минимальное значение  на счетчике составит 00000, максимальное -11000. Количество десятичных выходов, эквивалентных поданному на входы двоичному коду будет равно 24. Шифратор формирует код 3а+2, максимальное значение составит 01010. Разрядность шифратора будет равна 5.

Рисунок 2 – Распределение выводов ДУ

 

 

 Данные с шифратора  поступают на параллельный регистр; передача данных осуществляется по фронту внешнего сигнала тактирования с генератора импульсов. Сигнал с регистра RG передается в устройство сравнения. Также ко входу устройства сравнения подключаются 5 разрядов последовательно-параллельного регистра . Устройство сравнения анализирует поступившие сигналы. В случае совпадения на выходе схемы присутствует логическая единица.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.СИНТЕЗ БЛОКОВ  ДИСКРЕТНОГО УСТРОЙСТВА

2.1 Синтез генератора  импульсов

Генератор импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы с заданной частотой. Схема генератора приведена на рисунке 3. Частота импульсов определяется значением емкости конденсатора С1. Резистор R1, включенный параллельно инвертору на базе элементов ИЛИ-НЕ, является обратной отрицательной связью, обеспечивает цепь заряда-разряда конденсатора С1.

Элемент D1.3 является буферным, разделяя таким образом цепь заряда-разряда и цепи синхронизации.

Рисунок 3 – Схема генератора импульсов

 

Элемент D1.3 является буферным, разделяя цепь заряда-разряда конденсатора и линию выхода. Частота следования импульсов примем 100кГц. Значение сопротивления R1 составит 300 Ом, для задания частоты 100кГц С1 должно составить 0,1мкФ. На выходе генератора присутствует сигнал со скважностью ½.

Рисунок 4 – Временная диаграмма работы генератора

 

 

 

2.2 Синтез счетчика  импульсов

Построим вычитающий счетчик с параллельным переносом на JK - триггерах и Ксч = 24. Логические связи между триггерами реализуем в базисе «ИЛИ-НЕ». Для синтеза данного счетчика необходимо построить таблицу истинности, в которую включаются столбцы текущих и последующих состояний триггеров счетчика, столбцы определения функций возбуждения (вызывающих переключения) триггеров и столбец номера входного импульса. Количество триггеров счетчика определяется по той же формуле, что и для асинхронных счетчиков. Заполнение столбцов функций возбуждения триггеров осуществляется на основе переходов для JK -триггера (таблица 1).

Столбцы текущих состояний в таблице истинности счетчика (таблица 1.19) показывают код десятичного числа в столбце с номером входного импульса, а столбцы последующих состояний – уменьшенный на единицу код десятичного числа столбца с номером входного импульса.

Таблица 1 – Таблица переходов JK - триггера

Q

J

K

0 ® 0

0

~

0 ® 1

1

~

1 ® 0

~

1

1 ® 1

~

0


 

Количество триггеров для Ксч = 24 будет равно k=int[log224]=5. Заполним таблицу истинности счетчика. В последней строке таблицы зададим переход триггеров в исходное состояние (код 11000), что равносильно автоматической установке счетчика в начальное положение. Поскольку счетчик должен быть вычитающим, то в столбце с номером входного импульса десятичное число все время уменьшается на единицу. Таблицу истинности строится для определения функций возбуждения JK триггеров таким образом, чтобы они вызвали реализацию триггерами алгоритма вычитания в двоичной интерпретации.

После того как текущие и последующие состояния триггеров заполнены, приступим к определению функций Ji и Ki для каждого из триггеров счетчика.

 

Таблица 2 – Таблица истинности вычитающего счетчика с Ксч=24

№ п.п

Текущие состояния триггеров

Последующие состояния триггеров

Функции возбуждения

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

J1

K1

J2

K2

J3

K3

J4

K4

J5

K5

24

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

~

0

~

1

1

~

1

~

1

~

23

1

0

1

1

1

1

0

1

1

0

~

0

0

~

~

0

~

0

~

1

22

1

0

1

1

0

1

0

1

0

1

~

0

0

~

~

0

~

1

1

~

21

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

~

0

0

~

~

0

0

~

~

1

20

1

0

1

0

0

1

0

0

1

1

~

0

0

~

~

1

1

~

1

~

19

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

~

0

0

~

0

~

~

0

~

1

18

1

0

0

1

0

1

0

0

0

1

~

0

0

~

0

~

~

1

1

~

17

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

~

0

0

~

0

~

0

~

~

1

16

1

0

0

0

0

0

1

1

1

1

~

1

1

~

1

~

1

~

1

~

15

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

~

~

0

~

0

~

0

~

1

14

0

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

~

~

0

~

0

~

1

1

~

13

0

1

1

0

1

0

1

1

0

0

0

~

~

0

~

0

0

~

~

1

12

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

~

~

0

~

1

1

~

1

~

11

0

1

0

1

1

0

1

0

1

0

0

~

~

0

0

~

~

0

~

1

10

0

1

0

1

0

0

1

0

0

1

0

~

~

0

0

~

~

1

1

~

9

0

1

0

0

1

0

1

0

0

0

0

~

~

0

0

~

0

~

~

1

8

0

1

0

0

0

0

0

1

1

1

0

~

~

1

1

~

1

~

1

~

7

0

0

1

1

1

0

0

1

1

0

0

~

0

~

~

0

~

0

~

1

6

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

0

~

0

~

~

0

~

1

1

~

5

0

0

1

0

1

0

0

1

0

0

0

~

0

~

~

0

0

~

~

1

4

0

0

1

0

0

0

0

0

1

1

0

~

0

~

~

1

1

~

1

~

3

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

0

~

0

~

0

~

~

0

~

1

2

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

~

0

~

0

~

~

1

1

~

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

~

0

~

0

~

0

~

~

1

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

~

1

~

0

~

0

~

0

~


 

 

 

 

 

Рисунок 5 – Карта соответствия десятичного кода счета

 

Рисунок 6 – Упрощение с помощью карты Карно для J1

Исходя из рисунка 6, получим значение для функции возбуждения J1:

 

Рисунок 7 – Упрощение с помощью карты Карно для К1

Исходя из рисунка 7, получим значение для функции возбуждения К1:

 

Рисунок 8 –Карта Карно для J2

Исходя из рисунка 8, получим значение для функции возбуждения J2:

;

Рисунок 9 – Упрощение с помощью карты Карно для К2

Исходя из рисунка 9, получим значение для функции возбуждения K2:

;

Рисунок 10 – Упрощение с помощью карты Карно для J3

Исходя из рисунка 10, получим значение для функции возбуждения J3:

;

Рисунок 11 – Упрощение с помощью карты Карно для K3

Исходя из рисунка 11, получим значение для функции возбуждения K3:

;

Рисунок 12 – Упрощение с помощью карты Карно для J4

Исходя из рисунка 12, получим значение для функции возбуждения J4:

 

Рисунок 13 – Упрощение с помощью карты Карно для K4

Исходя из рисунка 13, получим значение для функции возбуждения K4:

;

Рисунок 14 – Упрощение с помощью карты Карно для J5

Исходя из рисунка 14, получим значение для функции возбуждения J5:

 

Рисунок 15 – Упрощение с помощью карты Карно для K5

Исходя из рисунка 15, получим значение для функции возбуждения K5:

;

После упрощения функций выходного устройства получим следующие значения для функцию возбуждения JK-триггеров.

; ;

; ;

; ;

; ;

 ;

Преобразуем функции к функции Вебба для реализации базиса ИЛИ-НЕ:

Функция ИЛИ-НЕ реализуется функцией Вебба. Она реализует операцию «стрелка Пирса». Обозначается следующим образом:

 

Таким образом преобразование сведется к следующему:

 

 

 

 

 

 

Проведем преобразование для необходимых функций:

 

 

 

 

 

 

В таблице истинности задан переход счетчика в исходное состояние при достижении им нуля, специальная схема переустановки не требуется. Для начальной установки при запуске системы используем ручной перезапуск. При перезапуске на входы Set и Reset подается комбинация установки (11000).

В схеме предусмотрена система переустановки. Схема включена в принципиальную схему счетчика. Ручная переустановка происходит после нажатия на выключатель SB1. При запуске системы на базу транзистора VT2 подается напряжение через делитель напряжения, построенный на резисторах R3 и R4. Транзистор переходит в открытое состояние, и по цепи коллектор-эмиттер протекает ток через сопротивление R2. При нажатии на выключатель резистор шунтируется, напряжение на базе при этом снижается до минимального, при этом транзистор VT2 закрывается, цепь коллектор-эмиттер закрывается, на входы S1, R2, S3, R4, R5 подается логический ‘0’ – система устанавливается в состояние, эквивалентное 24 (код 11000). 

Рисунок 16 – Принципиальная схема счетчика

Рисунок 17 – Принципиальная схема системы сброса счетчика, а также регистров

 

 

2.3 Синтез дешифратора

Дешифратор – комбинационное дискретное устройство, позволяющее получить на одном из десятичных выходов логическую единицу, эквивалентную поданному на входы двоичному коду.  На входе дешифратора присутствует двоичный код. Так как дешифратор работает с фиксированными значениями кода, составим таблицу истинности (таблица 3).

Дешифратор реализуем на 8и канальных мультиплексорах с 3 адресными входами.

Так как адресных входов только 3 а переменных у функций на выходе дешифратора 5 будем раскладывать функцию по 3 переменным соответствующим адресным входам мультиплексора.

Также используем элементы ИЛИ-НЕ.

Таблица 3 – Таблица истинности дешифратора

Двоичные кодовые слова

Десятичное число

X1

X2

X3

X4

X5

Yi

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

2

0

0

0

1

1

3

0

0

1

0

0

4

0

0

1

0

1

5

0

0

1

1

0

6

0

0

1

1

1

7

0

1

0

0

0

8

0

1

0

0

1

9

0

1

0

1

0

10

0

1

0

1

1

11

0

1

1

0

0

12

0

1

1

0

1

13

0

1

1

1

0

14

0

1

1

1

1

15

1

0

0

0

1

16

1

0

0

1

0

17

1

0

0

1

1

18

1

0

1

0

0

19

1

0

1

0

1

20

1

0

1

1

0

21

1

0

1

1

1

22

1

1

0

0

0

23

1

1

0

0

1

24

Информация о работе Синтез составного дискретного устройства