Проектирование цифрового устройства
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
и.
Таблица 1
2.2 Проектирование схемы детектора фронтов
Ждущий мультивибратор можно реализовать на основе микросхемы К555АГ3. Микросхема содержит два ждущих мультивибратора, формирующих одиночные импульсы напряжения прямоугольной формы с хорошей стабильностью длительности. Каждый мультивибратор имеет два входа запуска: S1 и S2 (входS1 - инверсный, S2 - прямой), а также инверсный вход обнуления R.
Рис. 3 - Схема детектора фронтов.
Запуск мультивибратора возможен в трех случаях. Первый - если на входе S1 действует логический 0, а на входе R - логическая 1, то запуск схемы происходит по положительному перепаду напряжения на входе S2. Второй - если на входах S2 и R действует логическая 1, то запуск схемы происходит по отрицательному перепаду напряжения на входе S1. Третий - если на входе S1 действует логический 0, а на входе S2 - логическая 1, то запуск схемы происходит по отрицательному перепаду напряжения на входе R.
В таблице 2 приведены все возможные комбинации сигналов логического управления мультивибратором.
Длительность выходного импульса задается параметрами навесных элементов R? и С? . Для микросхемы К555АГ3 длительность выходного импульса определяется по выражению:
tи = 0,45R?C?
Таблица 2
Минимальная длительность выходного импульса составляет 40 нс, что ограничивается величиной паразитной емкости, равной 50 пФ. Если мультивибратор запущен, то выходной импульс можно продлить путем перезапуска схемы. Для этого на вход S1 нужно подать отрицательный перепад напряжения или на вход S2 - положительный. С момента перезапуска до окончания импульса должно пройти время, соответствующее tи. Выходной импульс можно оборвать, подав на инверсный вход сброса R напряжение логического 0.
Вывод 8 микросхемы - общий; на вывод 16 подается питающее напряжение +5 В. Потребляемый микросхемой К555АГ3 ток равен 20 мА.
Вычислим номинал времязадающего конденсатора. Пусть R? = 1 кОм и tи = 50 нс, тогда:
tи = 0,45R?C? = 0,451103C? = 5010-9; =>C? = 111,110-12 (Ф) = 111,1 (пФ)
Триггер можно реализовать на основе микросхемы К555ТР2. В таблице 3 приведены основные параметры этой микросхемы.
Таблица 3
Микросхема К555ТР2 включает четыре асинхронных RS-триггера. Особенностью первого и третьего триггеров является то, что вход S образуется как произведение S1 на S2: S = S1S2. Таблица функционирования RS-триггера представлена в таблице 4.
Логический элемент И можно реализовать на основе микросхемы К555ЛИ1. Она содержит четыре логических элемента И. Время задержки для микросхемы К555ЛИ1: , потребляемый ток Iпот = 4 мА.
Таблица 4
Схема детектора фронтов и электронного ключа отображена на рис. 3. Между микросхемой К555АГ3 и RS-триггером стоит логический элемент И, на один вход которого подается логический нуль и предусмотрена кнопка Start для установки RS-триггера в исходное (нулевое) состояние. Также в качестве элемента задержки используется один элемент И микросхемы К555ЛИ1.
2.3 Проектирование генератора тактовых импульсов
Для работы счетчика, сдвигового регистра и регистра хранения необходим генератор тактовых импульсов. Схема генератора приведена на рис. 4. Он построен на микросхеме К555ГГ2.
Рис. 4- Схема тактового генератора.
Микросхема содержит два одинаковых автоколебательных мультивибратора с управляемой частотой генерации импульсов. Данный мультивибратор имеет только входы управления частотой повторения импульсов FI1 и FI2, инверсные входы разрешения работы E1 и E2, входы СH подключения внешнего резонатора (конденсатора или пьезоэлектрического резонатора), а также, наряду с прямыми Q, инверсные выходы.
Напряжение U на входах FI может меняться в пределах от 0 до 5 B (с повышением U повышается и частота).
Инверсный вход E является разрешающим. Генерация разрешена, если на указанный вход подавать напряжение низкого уровня, и она будет запрещена, если на этот вход подать напряжение высокого уровня. При запрете генерации на выходе Q формируется напряжение высокого уровня.
Частота следования выходных импульсов f может рассчитываться по выражению:
,
где С? - величина электрической емкости навесного конденсатора,
Частота генерации Uf=0...5 В меняется в пределах от 0,9 ... 1,6 МГц до 7...12 МГц при условии, что активное сопротивление и емкость нагрузки равны соответственно 677 Ом и 45 пФ.
Выводы 1 и 8 микросхемы - общие; на выводы 7 и 16 подается питающее напряжение +5 В. Потребляемый микросхемой ток питания составляет 55 мА. Максимальная частота генерации (приотсутствии внешнего конденсатора С ) не превышает 23 МГц.
Для получения частот в 600Гц и 100000Гц необходимо подключить конденсаторы разной емкости к микросхеме К555ГГ2. Определим их номиналы:
2.4 Проектирование счетного устройства
Для построения счетного устройства, которое будет считать тактовые импульсы в заданном коде, воспользуемся дискретными элементами. А именно: JK-триггерами и логическими элементами.
Данное счетное устройство будет состоять из трех двоично-десятичных четырехразрядных счетчиков, соединенных последовательно. Ограничимся рассмотрением только одного счетчика, так как остальные два будут идентичны первому.
Составим таблицу функционирования одного счетчика (таблица 5)
Таблица 5
Предыдущее Последующее
состояние состояние
Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3CR0000