Задание на проектирование узла
Разработать принципиальную электрическую схему генератора импульсов, формирующего на выходах 1, 2, 3, 4 сигналы, изображенные на временных диаграммах (рис. 1). Временные интервалы на диаграммах заданы в микросекундах.
Рис. 1.1
Возможные варианты реализации:
сочетание двоичного счетчика с ППЗУ;
схема на основе распределителя тактов и сборок по ИЛИ;
схема с получением искомых импульсов из сигналов счетчика Джонсона;
схема на основе кольцевого соединения одновибраторов и др. Критерий выбора наилучшего варианта — минимум аппаратных затрат.
Описание предлагаемых вариантов реализации узла
Схема на основе распределителя тактов и сборок по ИЛИ
Для формирования выходных сигналов заданной формы разобьем их на
«кванты», соответствующие по длительности наибольшему общему делителю искомых интервалов. В данном случае таким наибольшим общим делителем будет значение длительности интервала в 0,05 микросекунд. Период выходных сигналов будет содержать 20 таких интервалов.
Схема на основе распределителя тактов и сборок по ИЛИ предполагает, что распределитель тактов будет представлять из себя счетчик в коде «1 из N», где N = 20, а сборки по ИЛИ будут формировать необходимые выходные сигналы. На вход счетчика будет подаваться тактирующий сигнал, который будет разбиваться на 20 выходов, каждый из которых будет содержать импульс тактирующего сигнала, соответствующий номеру выхода. Далее данные выходы будут собираться в 4 группы элементами ИЛИ таким образом, чтобы получались необходимые выходные сигналы.
Минусом данной схемы являются возможные «просечки», которые могут появиться на стыках квантов, из которых состоят выходные импульсы.
Структурная схема данного решения представлена на рис. 2.
Рис. 2.1
На вход схемы подается две команды – команда Start запускает генерацию выходных сигналов; генерация продолжается циклично до поступления другой команды. Команда Stop останавливает работу схемы после окончания текущего цикла. Команда Reset сбрасывает работу схемы в любой момент времени.
На выходе схемы сигналы z0-z3 представляют формируемые сигналы согласно заданию. Необходимые сигналы на выходах z0..z3 представлены в таблице 1.
Таблица 2.1
-
z0
z1
z2
z3
1
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
Также схема подает на выход сигнал Ready, который служит признаком готовности узла к выполнению новой команды. Подразумевается, что при нулевом уровне сигнала Ready уровень сигнала Start не должен меняться.
Схема на основе счетчика Джонсона
Отличие данного варианта реализации от первого заключается в том, что выходные сигналы будут собираться из более длительных квантов, что исключит возможность просечек. В полном периоде содержится 20 «квантов», из которых состоят выходные сигналы, таким образом в основе схемы будет лежать десятиразрядный счетчик Джонсона. Тактовый сигнал будет подаваться на вход счетчика Джонсона, а выходные сигналы будут формироваться с помощью логики из 10 выходов счетчика.
Структурная схема данного варианта реализации представлена на рис. 3.
Рис. 2.1
Данный вариант реализации предпочтительнее не только с точки зрения стабильности схемы, но и с точки зрения аппаратных затрат, так как счетчик Джонсона содержит в себе меньшее количество логических элементов, чем распределитель тактовых сигналов.