Описание элементов используемой серии

1. К561ТР2: 4 RS-триггера.

2. К176ИЕ2: 5-разрядный счетчик

3. К1561ЛИ2: 4 логических элемента 2И

4. К1564ИД3: 4-разрядный дешифраторъ

5. КР1554ЛЛ1: 4 логических элемента 2ИЛИ

6. К561ЛН2: 6 логических элементов НЕ с буферным выходом

Разработка принципиальной схемы узла

На данном этапе осуществляется переход от выбранной функциональной схемы к схеме принципиальной электрической.

Применение микросхем серии К561 имеет свои особенности. Ни один из входов микросхем не может быть оставлен неподключенным, даже если логический элемент в микросхеме не использован. В КМОП элементах неиспользованные входы должны быть подключены либо к источнику питания, либо к “земле” с учетом функциональных особенностей той или иной микросхемы. В микросхемах серии К561 неиспользованные входы должны быть подключены к “земле”.

Для надежной работы схемы и для обеспечения помехоустойчивости напряжения питания в цифровых устройствах обязательно фильтруются. Как правило, используется простейший способ фильтрации с помощью конденсатора. В этих целях воспользуемся низкочастотным электролитическим конденсатором (типа К52, К53 или подобным ему) значительной емкости 5-30 мкФ по каждой из шин питания и по одному высокочастотному конденсатору (типа КМ5, КМ6) емкостью 0,1-1 мкФ на каждые 2-5 корпусов микросхем.

Для данной схемы были использованы 4 конденсатора КМ6 с емкостью 0,1мкФ и конденсатор К52 с емкостью 10мкФ.

Ориентировочный расчет максимального времени переходных процессов в схеме

При составлении временных диаграмм находится и отображается случай такого сочетания входных сигналов и режимов работы, при которых переходный процесс в схеме наиболее длителен. При этом необходимо учитывать, что переходные процессы в узле могут идти при переключении входного сигнала (чаще всего с выхода ГТИ) из логического 0 в логическую 1 (задержка t⁰¹) или обратного перехода (задержка t¹⁰). Используя временные диаграммы в указанном режиме, можно аналитически выразить максимальную задержку в схеме через задержки отдельных элементов. Задержки элементов указаны в технических характеристиках и это позволяет определить численное значение максимального времени задержек.

Максимальная задержка схемы при переходном процессе с "1" на "0".

T_max/2 = t_DD1 + t_DD2 + t_DD3 + t_DD4 + t_DD6 =

= 125нс + 500нс + 30нс + 1800нс + 125нс = 2580 нс.

Таким образом период работы схемы равен T_max =5160 нс, а частота F_max=193,7кГц.

Разработка схемы генератора тактовых импульсов

Создание ГТИ для больших вычислительных устройств и систем является самостоятельной сложной инженерной задачей. Подобные ГТИ строятся, как правило, на дискретных компонентах, обеспечивают значительную выходную мощность, высокую стабильность временных соотношений качественные перепады выходного сигнала. Для простых узлов использование подобных ГТИ нецелесообразно.

Вкачестве схемы ГТИ использован вариант, предложенный в методическом пособии к курсовому проектированию.

Рассчитает номиналы элементов для ГТИ, изображенного на рис. 5.1. Резистор R1 предназначен для защиты микросхемы от пробоя, его номинал выбирается в 2-3 раза больше номинала R2. В данной схеме времязадающими являются элементы R2 и С1, причём сопротивление R2 из-за отсутствия входных токов может варьироваться в широких пределах.

Возьмём R1=100кОм. Выберем МЛТ–0,125 100кОм.

F = 1/(2,3∙R1∙C1) = 193,7кГц

R1∙C1 = 1/(2,3∙193,7кГц) =1/406,4кГц

С1=1/(R1∙406,4кГц) =1/(100кОм∙406,4кГц) = 24,6пФ

Выбран конденсатор типа К10-23 емкостью 25пФ (16 В).

R1=300 кОм. Выберем МЛТ–0,125 300 кОм.