2.3 Выбор элементов для реализации устройства

При выборе элементной базы для реализации схемы устройства необходимо учитывать следующие основные факторы:

• необходимость достижения заданного быстродействия;

• стоимость микросхем и потребляемая ими мощность;

• возможность сопряжения микросхем по электрическим параметрам.

Для сопряжения микросхем по электрическим параметрам необходимо выбирать элементы, реализованные в одной системе логики. При этом длительности такта должно с запасом хватать на выполнение тех действий, которые предусмотрены для соответствующих узлов устройства.

В данной работе в соответствии с заданием для реализации были выбраны микросхемы серий К555. Эти микросхемы относятся к элементам ТТЛ, имеют низкую стоимость, сравнительно большую потребляемую мощность, высокую помехоустойчивость, большую номенклатуру интегральных микросхем и достаточно высокое быстродействие.

Однако, при проектировании принципиальной схемы с целью ее минимизации, представляется целесообразным применение элементов других серий. Так дешифраторы, формирующие сигналы управления в управляющем автомате, проще реализуются на элементах ППЗУ (серии КР573, К556). Это существенно упрощает схемную реализацию проектируемого устройства и, соответственно, значительно уменьшает количество элементов, входящих в схему.

2.4 Разработка принципиальной схемы устройства

Принципиальная схема проектируемого устройства представлена в приложении Б. Она реализована на элементах серий К555, КР573. Приведем УГО и краткие технические характеристики некоторых используемых элементов. УГО универсального регистра сдвига DL194D представлено на рисунке 2.

Он предназначен для записи, хранения и сдвига четырехразрядного двоичного кода. Назначение выводов регистра представлено ниже.

Рисунок 2- УГО универсального регистра сдвига DL194D.

Микросхема имеет 4 параллельных входа и четыре выхода. При S0=1,S1=0 происходит сдвиг влево на один разряд, при S0=0,S1=1 выполняется сдвиг вправо на один разряд. Регистр имеет тактовый вход C.

Сумматор реализован на микросхеме К555ИМ6. УГО микросхемы представлено на рисунке 3.

Рисунок 3 - УГО микросхемы

Микросхема предназначена для осуществления операций сложения над двумя четырехразрядными двоичными словами. Назначение выводов элемента представлено ниже.

- А(0-3)- входы слова 1;

- В(0-3)- входы слова 2;

- Р0 - вход переноса;

- Р4- выход переноса.

Для реализации сумматора необходимы 2 такие микросхемы.

8-разрядный буферный регистр с тремя состояниями на выходе реализован на микросхеме К555ИР23. УГО элемента представлено на рисунке 4.

Рисунок 4 - УГО элемента

Микросхема представляет собой 8-разрядный регистр с умощненными выходами для управления большой емкостной или низкоомной нагрузкой и может быть использована в качестве магистрального формирователя. Базовый элемент микросхемы D-триггер спроектирован по типу проходной защелки, что позволяет при высоком уровне на входе стробирования С проходить входному сигналу на выход минуя триггер. При подаче низкого уровня сигнала на вход С включается обратная связь и регистр запоминает поданную на вход D информацию и переходит в режим хранения.

Высокий уровень на входе Z переводит выводы микросхемы в высокоимпедансное состояние, при этом в регистр может записываться новая информация или храниться предыдущая.

Поясняющие режимы работы регистра, представлена в таблице 2.

Таблица 2- Поясняющие режимы работы регистра

Микросхема представляет собой два идентичных двоичных 4-разрядных счетчика с раздельными входами тактирования и сброса. Сброс счетчика в исходное состояние (0000) осуществляется при подаче на входы R сигнала низкого уровня. При высоком уровне сигнала на входе R переключение выходов счетчика происходит по положительному перепаду сигнала на входах С.

Схема генератора тактовых импульсов представлена на рисунке 7. Она реализована по стандартной схеме с применением элементов НЕ микросхемы К555ЛН1 и кварцевого резонатора Z1. Расчет параметров генератора приведен в разделе 4.

Рисунок 7 - Схема генератора тактовых импульсов

Схему электрическую принципиальную спецпроцессора можно условно разделить на две части: управляющий автомат (лист 1) и операционный автомат (листы 2,3). Опишем работу устройства.