2. Разработка структурной схемы. Расчет основных параметров устройства

В соответствии с проведенным анализом определяем, что разрабатываемое устройство должно выполнять следующие функции:

1. Формировать сигналы опорной частоты с заданными параметрами;

2. Позволять производить установку текущего времени в формате чч.Мм;

3. Вести счет времени в секундах по сигналам опорной частоты с учетом того, что в минуте 60 секунд, в часе 60 минут, а в сутках 24 часа с индикацией текущего времени в формате ЧЧ.ММ;

4. Позволять производить установку времени срабатывания будильника в формате чч.Мм;

5. Вырабатывать внешний сигнал при равенстве текущего времени и установленного (ЧЧ тек = ЧЧ уст, ММ тек = ММ уст).

Итак, в устройстве должны быть выделены отдельные блоки, позволяющие задавать текущее время и время события, блок хранения заданного времени события, счетчики секунд, минут, часов в заданном формате и системе счисления, схемы определения наступления времени события, индикаторы текущего времени и заданного времени события, генератор опорной частоты с заданными параметрами.

Структурная схема устройства «Будильник» приведена в приложении А.

В схеме выделены следующие блоки:

- блок ввода текущего времени – предназначен для возможности установки оператором с последующей с записью в счетчики часов и минут текущего времени;

- блок ввода времени события – предназначен для возможности установки оператором с последующей записи в регистр хранения времени будильника (события);

- регистр хранения времени события – регистр, предназначенный для хранения последнего записанного оператором времени события. Позволяет оператору устанавливать новое время события без изменения последнего заданного времени;

- генератор опорной частоты (ГОЧ) – генератор тактовых сигналов опорной частоты, на основании поступления которых производится подсчет секунд. Частоту выходного сигнала примем равной 1Гц, то есть в 1 секунду формируется 1 сигнал;

- счетчик часов 0-24 – счетчик, предназначенный для подсчета часов текущего времени, при значении равном 24 обнуляется и начинает счет заново. Увеличение значения счетчика производится при достижении счетчиком минут значения 60. Исходное значение записывается с выходов блока ввода текущего времени. Счетчик использует двоично-десятичную систему счисления;

- счетчик минут 0-60 – счетчик, предназначенный для подсчета минут текущего времени, при значении равном 60 обнуляется и начинает счет заново. Увеличение значение счетчика происходит при достижении счетчиком секунд значения 60. Исходное значение записывается с выходов блока ввода текущего времени. Счетчик использует двоично-десятичную систему счисления;

- счетчик секунд 0-60 – счетчик, предназначенный для подсчета поступивших импульсов опорной частоты 1 Гц, при значении равном 60 обнуляется и начинает счет заново. Исходное значение равно нулю. Счетчик использует двоичную систему счисления, поэтому для представления числа 60 ему требуется 6 разрядов;

- схема сравнения часов – схема сравнения, производящая сравнение значений часов у текущего времени и заданного времени события. На выходе А=В сигнал высокого уровня сформируется при равенстве этих значений;

- схема сравнения минут – схема сравнения, производящая сравнение значений минут у текущего времени и заданного времени события. На выходе А=В сигнал высокого уровня сформируется при равенстве этих значений;

- индикатор текущего времени – служит для индикации значений часов и минут текущего времени. Данные поступают поразрядно (десятки часов, единицы часов, десятки минут, единицы минут) на соответствующие входы индикатора с выходов счетчика часов и счетчика минут;

- индикатор времени события – служит для индикации значений часов и минут заданного времени события. Данные поступают поразрядно (десятки часов, единицы часов, десятки минут, единицы минут) на соответствующие входы индикатора с выходов регистра хранения времени события;

- элемент И – принимает на свои входы состояния выходов А=В обеих схем сравнения и выдаст на своем выходе сигнал высокого уровня только в случае равенства и часов и минут. Является выходом устройства.

Генератор опорной частоты (ГОЧ) начинает вырабатывать на своем выходе прямоугольные импульсы с частотой 1Гц с момента поступления сигнала «Пуск», необходимого для запуска автогенератора.

Запись текущего времени и времени события может быть произведена оператором в любое время. Для этого в каждый из блоков ввода входит по 16 переключателей разрядов (по 4 на каждый разряд часов и минут) и кнопка записи данных.

После нажатия кнопки «Запись» в блоке ввода текущего времени состояние переключателей записывается в счетчики часов и минут текущего времени, изменяя их текущее состояние. Счетчик секунд начинает отсчет с момента поступления сигнала «Пуск», то есть с момента запуска ГОЧ.

Счетчик секунд отсчитывает 60 поступивших импульсов опорной частоты и на выходе «=60» формируется сигнал высокого уровня, который сбрасывает значение счетчика секунд и является счетным импульсом для счетчика минут. Следовательно, значение счетчика минут увеличивается. Как только его значение достигает 60 на его выходе «=60» формируется сигнал высокого уровня, который сбрасывает его состояние и является счетным импульсом для счетчика часов. Следовательно, значение счетчика часов увеличивается. Как только его значение достигает 24 на его выходе «=24» формируется сигнал высокого уровня, который сбрасывает его состояние.

Таким образом расширенная разрядность счетчиков, связанная с обнулением значения в этих счетчиках, позволяет формировать счет времени в принятом формате часов, минут, секунд.

Данные с блока ввода времени события записываются в регистр хранения времени события только после нажатия на кнопку «Запись» этого блока. С выходов этого регистра они побайтно, совместно с выходами счетчика часов (выходы 1-8) и счетчика минут (выходы 9-16), поступают на входы В и А схем сравнения часов и минут соответственно. Схемы сравнения производят сравнения полученных значений и формируют высокий уровень сигнала на выходе А=В только в случае совпадения этих значений. Элемент И на своем выходе сформирует сигнал высокого уровня только в том случае, если на выходах обоих схем сравнения будет сигнал высокого уровня.

На входы индикаторов текущего времени и времени события данные поступают потетрадно – по 4 разряда, то есть раздельно десятки часов, единицы часов, десятки минут, единицы минут. На входы индикатора текущего времени данные поступают с выходов счетчиков часов и минут, на входы индикаторов времени события с выходов регистра хранения времени события.