ВВЕДЕНИЕ 3

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 5

1.1 Двоично-десятичные коды 5

1.2 Триггеры 8

1.3 Счетчики 12

1.3.1 Основные характеристики счетчиков 12

1.3.2 Синхронные счетчики с асинхронным переносом 14

1.3.3 Синхронные счетчики 15

1.4 Преобразователи кодов 16

2 КОНКРЕТИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 18

2 ВЫБОР И ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 20

2.1 Элементы ТТЛШ 20

2.2 JK триггер на логических элементах И-НЕ 25

3 Синтез структурной схемы 26

3.1 Структурный синтез счетчика 26

3.2 Синтез преобразователя кода 5-2-2-1 в 7-3-2-1 32

3.3 Разработка структурной схемы устройства 36

4 Анализ структ урной схемы 37

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41

Приложение 1......................................................................................................... 46

Приложение 2......................................................................................................... 49

Введение

Микроэлектроника является одной из наиболее быстро развивающихся областей науки и техники. Непрерывно улучшаются технические и расширяются функциональные возможности микроэлектронных изделий – интегральных микросхем. Совершенствование микросхем достигается благодаря прогрессу во всех трех основных разделах микроэлектроники – физике, технологии и схемотехники.

В настоящее время невозможно найти какую-либо отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы или электронные устройства измерительной техники, автоматики и вычислительной техники. Причем тенденция развития такова, что доля электронных информационных устройств и устройств автоматики непрерывно увеличивается. Это является результатом развития интегральной технологии, внедрение которой позволило наладить массовый выпуск дешевых, высококачественных, не требующих специальной настройки и наладки микроэлектронных функциональных узлов различного назначения.

На основе больших и сверхбольших интегральных схем созданы и выпускаются микропроцессоры и микропроцессорные комплекты, представляющие собой вычислительную машину или ее основные узлы, изготовленные в одном корпусе или в нескольких малогабаритных корпусах. Данные микросхемы позволяют реализовать большое количество разнообразных операций по обработке цифровых сигналов без каких-либо изменений в технологии их изготовления.

Важнейшей задачей, решаемой с помощью методов и средств микросхемотехники, является схемотехническая разработка новых типов интегральных схем. Исходное техническое задание на проектирование микросхемы содержит описание функций, которые она должна выполнять в электронной аппаратуре, и требование к ее основным параметрам. Конечным результатом проектирования является такое представление микросхемы, используя которое можно изготовить ее образцы. Такой формой представления являются чертежи фотошаблонов и комплект конструкторской документации, необходимые для изготовления микросхемы.

Целью данного курсового проекта является проектирование двоичнодесятичного счетчика с преобразователем кодов на выходе в соответствии с современными требования мимикросхемотехники.

1Аналитический обзор

1.1Двоично-десятичные коды

Для представления информации в десятичной системе счисления и выполнения операций над десятичными числами в цифровых устройствах используется двоично-десятичное кодирование, при котором каж­дая десятичная цифра представ­ляется группой двоичных цифр. Число битов в таких группах строго фиксируется (их должно быть не менее четырех) с сохра­нением всех левых нулевых раз­рядов. В практике исполь­зуется несколько разновиднос­тей двоично-десятичных кодов сохраняющих свое значение благодаря полезным специфическим особенностям[1].

Минимальное число двоичных разрядов для эквива­лентного отображения десятичных цифр определяется как m_min=log₂N_p, где N_p=10 –число десятичных цифр (количество сообщений). Таким образом, m_min=log₂10≈3,33 разряда, что после округления до бли­жайшего большего целого дает четыре разряда.

При т=4 количество кодовых комбинаций двоичных символов оказывается равным N=2⁴=16, поэтому шесть комбинаций избыточны. Другими словами, БДК при т=4 будет более мощным, чем это нужно для пред­ставления десятичных цифр 0–9. Если же принять т=3, двух комбинаций будет недоставать. В первом слу­чае можно исключить любые шесть комбинаций, что при­водит к огромному количеству вариантов построения БДК, определяемому числом размещений из N элемен­тов по N_p.Таким образом, в принципе может быть получено около 30 млрд. БДК (включая и совершенно лишенные практического смысла).

Если ограничиться весомозначными кодами (практическое применение находят только такие БДК), у которых для любой десятичной цифры х_i справедливо соотношение х_i=q₃S₃+q₂S₂+q₁S₁+q₀S₀ где S_i - целые числа (веса разрядов тетрады); q_i - двоичные символы разрядов тетрады, то можно прийти к следующему условию: вес любого разряда не должен превышать больше чем на единицу сумму весов предыду­щих (младших) разрядов.

Исходя из этого общего условия формулируются правила построения БДК:

– первый от конца весовой коэффициент должен быть равен единице (S_i=1) – для возможности отобра­жения в БДК десятичной цифры 1;

– второй весовой коэффициент должен быть равен единице или двум (S₂=1 или S₂=2) – для кодирова­ния, цифры 2;

– оставшиеся веса S₃ и S₄ подбираются таким обра­зом, чтобы для их суммы выполнялись условия: S₃+S₄≥6 при S₂=2 или S₃+S₄≥7 при S₂=1, что позволяет закодировать остальные десятичные цифры от 3 до 9.

Правилам 1–3 будут удовлетворять только 17 видов БДК целыми и положительными весами. Заданные по условию коды 4-4-2-1 и 6-2-2-1 так же соответствуют этим основным правилам и могут быть использованы для вычислений и кодирования информации в различных устройствах.

Таблица 1.1.1 – БДК 4-4-2-1

БК				цифра
4	4	2	1
0	0	0	0	0
0	0	0	1	1
0	0	1	0	2
0	0	1	1	3
0	1	0	0	4
0	1	0	1	5
0	1	1	0	6
0	1	1	1	7
1	0	0	0	4
1	0	0	1	5
1	0	1	0	6
1	0	1	1	7
1	1	0	0	8
1	1	0	1	9
1	1	1	0	изб.
1	1	1	1	изб.

Таблица 1.1.2 – БДК 6-2-2-1

БК				цифра
6	2	2	1
0	0	0	0	0
0	0	0	1	1
0	0	1	0	2
0	0	1	1	3
0	1	0	0	2
0	1	0	1	3
0	1	1	0	4
0	1	1	1	5
1	0	0	0	6
1	0	0	1	7
1	0	1	0	8
1	0	1	1	9
1	1	0	0	8
1	1	0	1	9
1	1	1	0	изб.
1	1	1	1	изб.

В ряде случаев важной задачей является обоснован­ный выбор конкретного варианта данного БДК, оказы­вающим существенное влияние на некоторые характери­стики преобразователей БК в БДК и обратно (аппара­турные затраты, экономичность, быстродействие и др.). Составление вариантов кода сводится, по существу, к перебору всех возможных сочетаний двоичных комбина­ций, которыми могут быть закодированы одни и те же десятичные цифры.

Видно, что многовариантность кода связана с равенством веса двух нижних разрядов. Тогда для удобства выберем код, в котором 1₁₀ кодируется единицей низшего разряда или где цифра отображается одной единицей. Тогда получим следующие таблицы для выбранных кодов (табл. 1.1.3, табл. 1.1.4):

Таблица 1.1.3 – БДК 4-4-2-1

БК				цифра
4	4	2	1
0	0	0	0	0
0	0	0	1	1
0	0	1	0	2
0	0	1	1	3
0	1	0	0	4
0	1	0	1	5
0	1	1	0	6
0	1	1	1	7
1	0	0	0	изб.
1	0	0	1	изб.
1	0	1	0	изб.
1	0	1	1	изб.
1	1	0	0	8
1	1	0	1	9
1	1	1	0	изб.
1	1	1	1	изб.

Таблица 1.1.4 – БДК 6-2-2-1

БК				цифра
6	2	2	1
0	0	0	0	0
0	0	0	1	1
0	0	1	0	2
0	0	1	1	3
0	1	0	0	изб.
0	1	0	1	изб.
0	1	1	0	4
0	1	1	1	5
1	0	0	0	6
1	0	0	1	7
1	0	1	0	8
1	0	1	1	9
1	1	0	0	изб.
1	1	0	1	изб.
1	1	1	0	изб.
1	1	1	1	изб.

Если БДК предполагается использовать в качестве основного, т. е. арифметического, а не посылочного кода в ЭВМ, то выбранное двоично-десятичное представление, строго говоря, должно удовлетворять следующим пяти требованиям:

– однозначность соответствия каждой десятичной цифре двоичной тетрады (единственность представления десятичных цифр). Это требование связано с эффектив­ностью процессов кодирования – декодирования;

– упорядоченность первого рода, заключающаяся в том, что большим десятичным цифрам ставятся в соот­ветствие большие тетрады (или наоборот). Выполнение этого требования необходимо для операции сравнения чисел в БДК;

– четность, когда четным десятичным цифрам соот­ветствуют четные тетрады (или наоборот). Четность, называемая упорядоченностью второго рода, способствует безошибочному округлению чисел БДК, а также упрощает некоторые арифметические (деление, извлечение корня) и логические операции;

– самодополняемость, или требование дополнительности, облегчающее алгебраическое сложение в обратном и дополнительном кодах;

– однозначность каждого разряда тетрады, или, по-другому, весомозначность. Это требование состоит в том, что одноименные разряды всех тэтрад должны иметь один и тот же вес, представленный целым числом.