4. Схемотехническая реализация комбинационной схемы автомата

Составьте карты Карно для переменных , и и найдите аналитические выражения для этих переменных.

	00	01	11	10
0
1

	00	01	11	10
0
1

	00	01	11	10
0
1

Примечание: доопределите позиции, отмеченные *, наиболее удобным образом. Не забудьте при этом о мёртвых состояниях!!!

Составьте электрическую принципиальную схему комбинационной схемы автомата.

Рис. 7-2.

5. Полная схема автомата

Составьте полную электрическую принципиальную схему автомата

Рис. 7-3

3. Экспериментальная проверка функционирования делителя частоты с переменным коэффициентом деления К=3 и К=3

Соберите на макетной плате съему рис. 7-3. Подключите к выходу и выходам и памяти автомата светодиодные индикаторы. Соберите на этой же плате генератор тактовых импульсов ручного управления со схемой управления дребезга кнопочного переключателя. С помощью сигнала сброса установите начальное состояние .

Подавайте тактовые импульсы на вход автомата и проверьте его функционирование в пошаговом режиме в начале для коэффициента деления К=3, а затем для К=3.

На каком этапе разработки автомата возможно было порождение «мёртвых состояний»?

___________________________________________________________

____________________________________________________________

Покажите, как в разрабатываемом автомате могло бы возникнуть «мёртвое состояние».

____________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1. Маркировка микросхем

В настоящее время наиболее широко распространены две технологии: ТТЛ и КМОП: ТТЛ – Транзисторно-Транзисторная Логика; КМОП – Комплиментарный Металл-Оксид-Полупроводник.

У ТТЛ уровень нуля равен 0,4 В, уровень единицы – 2,4 В. У логики КМОП, уровень нуля очень близок к нулю вольт, уровень единицы – примерно равен напряжению питания. По-всякому, единица – когда напряжение высокое, ноль – когда низкое. Нулевое напряжение на выходе микросхемы не означает, что вывод «болтается в воздухе». На самом деле, он просто подключен к общему проводу. Поэтому нельзя соединять непосредственно несколько логических выводов: если на них будут различные уровни – произойдет КЗ.

Кроме различий в уровнях сигнала, типы логики различаются также по энергопотреблению, по скорости (предельной частоте), нагрузочной способности, и т.д.

Тип логики можно узнать по названию микросхемы. Точнее – по первым буквам названия, которые указывают, к какой серии принадлежит микросхема. Внутри любой серии могут быть микросхемы, произведенные только по какой-то одной технологии. Чтобы было легче ориентироваться - вот небольшая сводная таблица:

Таблица С-1

	ТТЛ	ТТЛШ	КМОП	Быстродейств. КМОП	ЭСЛ
Расшифровка названия	Транзисторно-Транзисторная Логика	ТТЛ с диодом Шоттки	Комплиментарный Металл-Оксид Полупроводник		Эмиттерно-Согласованная Логика
Основные серии отеч. микросхем	К155 К131	К555 К531 КР1533	К561 К176	КР1554 КР1564	К500 КР1500
Серии импортных микросхем	74	74LS 74ALS	CD40 H 4000	74AC 74 HC	MC10 F100
Задержка распространения, нС	10…30	4…20	15…50	3,5..5	0,5…2
Макс. частота, МГц	15	50..70	1…5	50…150	300…500
Напряжение питания, В	5 ±0,5	5 ±0,5	3...15	2...6	-5,2 ±0,5
Потребляемый ток (без нагрузки), мА	20	4...40	0,002...0,1	0,002...0,1	0,4
Уровень лог.0, В	0,4	0,5	< 0,1	< 0,1	-1,65
Уровень лог. 1, В	2,4	2,7	~ U пит	~ U пит	-0,96
Макс. выходной ток, мА	16	20	0,5	75	40

Наиболее распространены на сегодняшний день следующие серии (и их импортные аналоги):

- ТТЛШ – К555, К1533

- КМОП – КР561, КР1554, КР1564

- ЭСЛ – К1500

Цифровые схемы рекомендуется строить, используя микросхемы только одного типа логики. Это связано именно с различиями в логических уровнях цифровых сигналов.

Тип логики выбирают, в основном, исходя из следующих соображений:

- скорость (рабочая частота);

- энергопотребление;

- стоимость

Но бывают такие ситуации, что одним типом никак не обойтись. Например, один блок должен иметь низкое энергопотребление, а другой – высокую скорость. Низким потреблением обладают микросхемы технологии КМОП. Высокая скорость – у ЭСЛ. В этом случае понадобятся ставить преобразователи уровней, но некоторые типы нормально стыкуются и без преобразователей. Например, сигнал с выхода КМОП-микросхемы можно подать на вход микросхемы ТТЛ (при учете, что их напряжения питания одинаковы). Однако, в обратную сторону, т.е., от ТТЛ к КМОП пускать сигнал не рекомендуется.

Микросхемы выпускаются в различных корпусах. Наиболее распространены следующие виды корпусов:

DIP (Dual Inline Package )

Н ожек в корпусе может быть 8, 14, 16, 20, 24, 28, 32, 40, 48 или 56.

Расстояние между выводами (шаг) – 2,5 мм (отечественный стандарт) или 2,54 мм (у импортных).

Ширина выводов около 0,5 мм

Нумерация выводов – на рисунке (вид сверху). Чтобы определить нахождение первой ножки, нужно найти на корпусе «ключ».

Рис. С-1

SOIC

( Small Outline Integral Circuit)

Планарная микросхема – то есть ножки припаиваются с той же стороны платы, где находится корпус. При этом, микросхема лежит брюхом на плате.

Количество ножек и их нумерация – такие же как у DIP .

Шаг выводов – 1,25 мм (отечественный) или 1,27 мм (импортный).

Ширина выводов – 0,33...0,51

Рис. С-2

PLCC (Plastic J-leaded Chip Carrier)

К вадратный (реже - прямоугольный) корпус. Ножки расположены по всем четырем сторонам, и имеют J -образную форму (концы ножек загнуты под брюшко).

Микросхемы либо запаиваются непосредственно на плату (планарно), либо вставляются в панельку. Последнее – предпочтительней.

Количество ножек – 20, 28, 32, 44, 52, 68, 84.

Шаг ножек – 1,27 мм

Ширина выводов – 0,66...0,82

Нумерация выводов – первая ножка возле ключа, увеличение номера против часовой стрелки:

Рис. С-3

TQFP (Thin Quad Flat Package)

Н ечто среднее между SOIC и PLCC .

Квадратный корпус толщиной около 1мм, выводы расположены по всем сторонам.

Количество ножек – от 32 до 144.

Шаг – 0,8 мм

Ширина вывода – 0,3...0,45 мм

Нумерация – от скошенного угла (верхний левый) против часовой стрелки.

Рис. С-4