1.5 Суммирующий счетчик параллельного действия
Принцип действия данного счетчика заключается в том, что входной сигнал, содержащий счетные импульсы, подается одновременно на все разряды данного счетчика. А установкой счетчика в состояние лог.0 или лог.1 управляет схема управления. Схема данного счетчика показана на рисунке 6.
Рисунок 1 - Суммирующий счетчик параллельного действия
Разряды счетчика – триггеры DD1.1, DD1.2, DD2.1.
Схема управления – элемент DD3.1.
Достоинство данного счетчика – малое время установки, не зависящее от разрядности счетчика.
Недостаток – сложность схемы при повышении разрядности счетчика.
2 Практическая часть
2.1 Выбор схемы
В данной курсовой работе будет применен счетчик с параллельным переносом, так как необходимо применить семисегментный индикатор. В качестве триггеров применены JK триггеры.
2.2 Блок схема
Для выполнения процесса счета необходим минимальный набор составляющих.
Рисунок 7 – Структурная схема счётчика
Блок управления выполняет функцию подачи сигнала на триггеры.
Блок счёта предназначен для изменения состояния счетчика и сохранения этого состояния.
Блок индикации выводит информацию на семисегментный индикатор.
2.3 Составление функциональной схемы счётчика
Определим количество триггеров для недвоичного счётчика с коэффициентом счёта Кс=10.
M=log 2(Кс)=4.
M=4 - значит для реализации двоично-десятичного счётчика необходимо 4 JK триггера.
2.4 Синтез счетчика
2.4.1 Составление таблицы функционирования счётчика и определение функций переходов
Таблица функционирования отображает состояния счетчика до переключающего сигнала и после в зависимости от заданного кода, а также функции перехода, показывающие, как изменится состояние.
В курсовой работе применяется невзвешанный код, поэтому десятичные цифры можно задать в виде:
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
0000 |
0001 |
0010 |
0011 |
0110 |
0111 |
1110 |
1111 |
1100 |
1101 |
2.4.2 Составление таблицы функционирования счётчика
Таблица функционирования показывает зависимости состояния счетчика до входящего импульса и после него.
|
Число |
Состояние счётчика |
Функция перехода | |||||||||||||||
|
Предыдущее |
Последующее |
|
|
|
| ||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||
|
9 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
▼ | |||||
|
8 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
▲ |
▲ | |||||
|
7 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
▼ | |||||
|
6 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
▼ |
1 |
1 |
▲ | |||||
|
5 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
▼ | |||||
|
4 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
▼ |
1 |
▲ | |||||
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
▼ | |||||
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
▼ |
▲ | |||||
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
▼ | |||||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
▲ |
▲ |
0 |
▲ | |||||
Где функции перехода задаются вида
= ▲ -
переход из состояния
=0
в
=1;
= ▼ -
переход из состояния
=1
в
=0;
=0 -
переход из состояния
=0
в
=0;
=1
- переход из состояния
=1
в
=1.
2.4.3 Составление карты состояний счетчика
|
|
Q1Q0 | ||||||
|
11 |
10 |
01 |
00 | ||||
|
Q3Q2 |
11 |
7 |
6 |
9 |
8 | ||
|
10 |
- |
- |
- |
- | |||
|
01 |
5 |
4 |
- |
- | |||
|
00 |
3 |
2 |
1 |
0 | |||
|
|
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
6 |
7 |
9 |
8 | ||
|
4 |
5 |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
2 |
3 |
1 |
0 | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
2.4.4 Составление карт перехода для каждого триггера
|
FQ3 |
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
▼ |
1 |
1 |
1 | ||
|
0 |
0 |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
0 |
0 |
0 |
▲ | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
|
FQ2 |
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
1 |
1 |
1 |
1 | ||
|
▼ |
1 |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
0 |
0 |
0 |
▲ | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
|
FQ1 |
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
1 |
1 |
0 |
▲ | ||
|
1 |
1 |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
▼ |
1 |
0 |
0 | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
|
FQ0 |
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
▲ |
▼ |
▼ |
▲ | ||
|
▲ |
▼ |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
▲ |
▼ |
▼ |
▲ | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
2.4.5 Составление карты Карно функций управления входов для каждого триггера счётчика
Карты Карно составляются в соответствие со словарём перехода триггера.
Выбираем триггер JK, т. к. счетчики на RS-триггерах имеют большее количество связей между входами и выходами разрядов, а при использовании D-триггеров в разрядах счетчика возникает необходимость в применении дополнительных логических элементов, вследствие чего возрастает потребляемая мощность и уменьшается максимальная рабочая частота.
В результате получается набор карт, отражающих значения логических функций на всех входах каждого триггера в зависимости от состояния счетчика.
Словарь перехода для JK-триггера выглядит следующим образом:
|
FQ |
J-вход |
K-вход |
|
0 |
0 |
X |
|
1 |
X |
0 |
|
▲ |
1 |
X |
|
▼ |
X |
1 |
Используя этот словарь, получим:
Триггер Q3:
|
J3 |
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
X |
X |
X |
X | ||
|
0 |
0 |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
0 |
0 |
0 |
1 | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
|
K3 |
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
1 |
0 |
0 |
0 | ||
|
X |
X |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
X |
X |
X |
X | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
Триггер Q2:
|
J2 |
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
X |
X |
X |
X | ||
|
X |
X |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
0 |
0 |
0 |
1 | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
|
K2 |
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
0 |
0 |
0 |
0 | ||
|
1 |
0 |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
X |
X |
X |
X | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
Триггер Q1:
|
J1 |
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
X |
X |
0 |
1 | ||
|
X |
X |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
X |
X |
0 |
0 | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
|
K1 |
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
0 |
0 |
X |
X | ||
|
0 |
0 |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
1 |
0 |
X |
X | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
Триггер Q0:
|
J0 |
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
1 |
X |
X |
1 | ||
|
1 |
X |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
1 |
X |
X |
1 | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
|
K0 |
Q1 |
Q1* |
| |||
|
Q2* |
- |
- |
- |
- |
Q3 | |
|
Q2 |
X |
1 |
1 |
X | ||
|
X |
1 |
- |
- |
Q3* | ||
|
Q2* |
X |
1 |
1 |
X | ||
|
|
Q0* |
Q0 |
Q0* |
| ||
2.4.6 Составление минимизированных логических уравнений
2.5 Выбор элементной базы
Для разработки принципиальной схемы необходимо выбрать микросхемы ТТЛШ логики, для данных целей применимы микросхемы серии К555 или их аналоги серия SN74LS.
|
Параметр |
В задании |
Серия К555 |
|
U1, В |
2,7 |
>=2.5 |
|
U0, В |
0,5 |
<=0.5 |
|
Iпотр, мА |
30 |
7*2=14 |
|
fmax, МГц |
20 |
20 |
2.6 Разработка принципиальной схемы
2.6.1 Формирователь импульсов
Для формирования четких импульсов, то-есть избежания эффекта дребезга контактов в общей схеме необходимо применить схему формирования импульсов, основанную на RS триггере, переключаемым с помощью тактовой кнопки.
На рисунке 8 приведена схема формирователя импульсов от механических контактов. Схема реализуется на двух элементах И-НЕ микросхемы К555ЛА3.
Рисунок 8 - Формирователи импульсов от механических контактов.
2.6.2 Выбор индикации
Так как в задании стоит задача отображения информации на семисегментном индикаторе, то необходимо применить дешифратор, который будет выводить значение на индикатор в зависимости от входного кода веса 8-4-2-1. Микросхема К555ИД18 – ТТЛШ предназначена для дешифровки кода веса 8-4-2-1 с выводом на индикатор.
Рисунок 9 – микросхема К555ИД18
В качестве семисегментного индикатора применяю: SA56-11 с общим анодом, так как К555ИД18 работает в инверсном режиме.
Макс. прямое напряж. (при токе 10 мА): ........ 2.1 В
Макс. прямой ток: ................................... 10-15 мА
Макс. обратное напряжение: ............................ 5 В
Обратный ток (при напряжении 5 В): ........... 10 мкА
Рисунок 10 – SA56-11
2.6.3 Выбор триггера
В качестве триггеров необходимо выбрать четыре микросхемы К555ТВ6 – J-K триггер со сбросом и тактированием
Рисунок 11 –микросхема К555ТВ6
Таблица истинности для микросхемы К555ТВ6
|
Clear |
Clock |
J |
K |
Q |
-Q |
|
L |
X |
X |
X |
L |
H |
|
H |
~\_ |
L |
L |
Q0 |
-Q0 |
|
H |
~\_ |
H |
L |
H |
L |
|
H |
~\_ |
L |
H |
L |
H |
|
H |
~\_ |
H |
H |
-Q0 |
Q0 |
|
H |
H |
X |
X |
Q0 |
-Q0 |
где:
Q0 - предыдущее стабильное состояние
L – лог. «0»
H – лог. «1»
2.6.4 Выбор дополнительной логики
Для реализации счетчика необходима дополнительная логика:
Для работы логики минимизированных уровней необходимы дополнительные элементы – 4 элемента 2И на микросхеме К555ЛИ1
Рисунок 12 – микросхема К555ЛИ1
Для преобразования выходного кода в 8-4-2-1, для вывода изображений цифр на семисегментный индикатор, необходима схема преобразования, работающая согласно таблице, где преобразовываются последние три бита, так как первый бит в исходном коде полностью повторяет бит в 8-4-2-1.
Таблица – преобразования кодов
|
Число |
Исходный код |
Дешифрованный код |
Код 8-4-2-1 | |||||||
|
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 | |||
|
9 |
110 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
100 |
|
8 |
110 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
100 |
|
7 |
111 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
011 |
|
6 |
111 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
011 |
|
5 |
011 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
010 |
|
4 |
011 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
010 |
|
3 |
001 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
001 |
|
2 |
001 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
001 |
|
1 |
000 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
000 |
|
0 |
000 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
000 |
Согласно данной таблице составляю логические переходы:
Для работы данных переходов необходимо применить 3 элемента 2И-НЕ на микросхеме К555ЛА3.
Для преобразования необходим дешифратор 3 в 8 - К555ИД7
Рисунок 13 –дешифратор К555ИД7
Таблица – таблица истинности
|
C B A |
G1 G2* |
0 1 2 3 4 5 6 7 |
|
X X X |
X H |
H H H H H H H H |
|
X X X |
L X |
H H H H H H H H |
|
L L L |
H L |
L H H H H H H H |
|
L L H |
H L |
H L H H H H H H |
|
... |
... |
............. |
|
H H L |
H L |
H H H H H H L H |
|
H H H |
H L |
H H H H H H H L |
Таким образом необходимо применить микросхемы:
1) К555ЛА3 (аналог SN74LS00) 2шт.
2) К555ИД18 (аналог SN74LS247)
3) К555ТВ6 (аналог SN74LS107) 2 шт.
4) К555ЛИ1 (аналог SN74LS08)
5) К555ИД7 (аналог SN74LS138)
Дополнительные элементы:
1) Тактовая кнопка
2) Семисегментный индикатор SA56-11
3) Токоограничивающие резисторы 250 Ом 7 шт.
5) Резисторы 1 кОм