2.2 Модуль іі – «Комп’ютерна схемотехніка»

Задача № 3-2

Разработать на основе микросхемы К155ИЕ6 делитель частоты последовательности входных импульсов, работающий с двоично-десятичным кодами, с коэффициентом деления K_дел 3852.

Построить и начертить принципиальную схему и определить максимальную частоту поступления входных импульсов на вход устройства.

Решение

1. Определяем количество микросхем N, которые смогут обеспечить необходимый коэффициент деления. При последовательном способе наращивания счетчиков К155ИЕ6 и использовании двоично-десятичного кода число N равно количеству разрядов (цифр) в числе, выражающем заданный коэффициент деления

K_дел = 3852 . То есть,

N=4 .

2. Определяем максимальный коэффициент деления двоично-десятичного счётчика, содержащего N микросхем:

K_дел.max := 10^N = 10⁴ = 10000 .

3. Определяем число M, которым необходимо дополнить счётчик-делитель для получения заданного коэффициента деления:

M := K_д

ел.max

K_дел = 10000 - 3852 = 6148

4. Находим двоично-десятичный код числа M:

M_дв.дес. = "0110000101001000"

5. Рисуем схему делителя, соединяя последовательно N микросхем, и подавая на параллельные входы число M_дв.дес. Входы управления С микросхем подключаем через инвертор к входу переполнения старшего разряда, как это показано на рис. 1.

Рис. 1. Делитель частоты последовательности импульсов, работающий с двоично-десятичными кодами, с коэффициентом деления K _дел = 3852 .

На схеме (рис. 1) приняты следующие обозначения:

Вход — последовательность входных импульсов с частотой следования f _вх ;

Выход — последовательность выходных импульсов с частотой следования

f = вх f вх I дел ;

R — Вход «Сброс» служит для установки нуля на всех Q-выходах счетчиков. U⁰ — напряжение логического нуля; U¹ — напряжение логической единицы.

Максимально возможную частоту следования входных импульсов (f _max) оценим по формуле:

где m — число последовательно включенных микросхем; t_зад — задержка переключения одной микросхемы;

t_c — время срабатывания внешнего элемента или считывающей системы.

В данном случае схема содержит один внешний элемент с временем срабатывания 22нс поэтому полагаем

t_с := 22нс.

Количество микросхем в схеме

m = N=4 . Время задержки распространения сигнала от входа С до выхода . ≥ 9 одной микросхемы К155ИЕ6:

1

6

t _зад = 40 нс. Поэтому, согласно (1), максимально возможная частота следования входных импульсов:

7.042 × 10 Гц, или f_max = 7.042МГц.

(4 - 1)⋅40⋅10 +22⋅10

Fmax

Задача № 4

Разработать схему счетчика, выполненную на счетчиках меньшей разрядности и триггерах D и JK, считающую по модулю M . Применяемые счетчики: ИЕ2, ИЕ4, ИЕ5. Построить временную диаграмму его работы для импульсов с N по N + K . Определить требуемое число корпусов и быстродействие счетчика.

Вариант	20
Модуль счёта (M)	67
Начальный импульс (N)	65
Количество импульсов (K )	5

Решение

Счётчик на базе микросхем ИЕ2.

Микросхема ИЕ2 - четырёхразрядный десятичный счётчик пульсаций. Поэтому создавать счётчик на базе этой микросхемы будем в

следующем порядке:

1. Находим двоично-десятичный код модуля счёта M:

M_дв.дес. = "01100111" .

2. Определяем разрядность двоично-десятичного кода M_дв.дес.:

Nдв.дес. =8 .

3. Определяем требуемое количество корпусов микросхем ИЕ2:

2

4

4

Nдв.дес. 8 Nкорп.ИЕ2 :=

Рис. 1. Схема счётчика на базе микросхем ИЕ2.

4. На схеме счётчика (рис. 1) соединяем последовательно 2 микросхемы ИЕ2, соединяя выход Q8 (вывод 11) первой микросхемы DD1 со входом +1 (вывод 14) второй микросхемы DD2 . Выход Q1 (вывод 12) соединяем со входом CN (вывод 1) в каждой микросхеме ИЕ2. С Q–выходов микросхем ИЕ2 снимаем двоично-десятичный код номера импульса на входе устройства. Для обеспечения требуемого модуля счёта те Q –выходы, для которых в разрядах двоично-десятичного кода модуля счёта M_дв.дес. стоят единицы, следует соединить с многовходовым логическим элементом (ЛЭ) «И» и подать с его выхода импульс сброса на входы R0, & (выводы 2, 3) микросхем ИЕ2 (DD1,DD2 ). При этом для обеспечения возможности сброса счётчика в ноль внешним положительным импульсом, следует включить в схему ЛЭ «ИЛИ» ( DD5.1).

Следует, однако, отметить, что моделирование счётчика показало, что такое решение не обеспечивает правильный сброс счётчика при достижении требуемого модуля счёта. Поэтому вместо многовходового ЛЭ «И» в схему был введен многовходовый ЛЭ «И-НЕ» DD3.1- DD4.1 и формирователь импульсов DD5.1- DD5.3, R1, C1, после чего сброс счётчика стал производиться безошибочно.

5. Модель разрабатываемого счётчика в пакете Micro Cap 7.1.6 приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема моделирования счётчика на базе ИЕ2 в пакете Micro Cap 7.1.6.

Согласно диаграммы, работы счётчика показанной в [3], можно проверить работу счетчика, где видно, что сброс счётчика действительно происходит при требуемом модуле счёта.

Рис. 4. Схема счётчика на базе микросхем ИЕ4.

Счётчик на базе микросхем ИЕ5. Микросхема ИЕ5 - четырёхразрядный двоичный счётчик-делитель на 8 и на 16.

Создавать счётчик на базе микросхем ИЕ5 будем в следующем порядке:

1. Находим двоичный код модуля счёта M:

M_дв. = "1000011" .

2. Определяем разрядность двоичного кода M_дв.:

N_дв. =7 .

.

3. Опредляем требуемое количество корпусов микросхем ИЕ5:

где E(x) - функция, округления до большего целого

Рис. 7. Схема счётчика на базе микросхем ИЕ5.

4. На схеме счётчика (рис. 7) соединяем последовательно 2 микросхемы ИЕ5, соеди­няя выход Q8 (вывод 11) первой микросхемы DD1 со входом +1 (вывод 14) второй микросхемы DD2 . Выход Q1 (вывод 12) соединяем со входом CN (вывод 1) в каждой микросхеме ИЕ5. С Q-выходов микросхем ИЕ5 снимаем двоичный код номера импуль­са на входе устройства. Для обеспечения требуемого модуля счёта те Q -выходы, для которых в разрядах двоичного кода модуля счёта M_дв стоят единицы, следует соеди­нить с многовходовым ЛЭ «И» (DD3.1) и подать с его выхода импульс сброса на входы R0, & (выводы 2, 3) микросхем ИЕ5 (DD1 ,DD2 ). При этом для обеспечения возможно­сти сброса счётчика в ноль внешним положительным импульсом, следует включить в схему ЛЭ «ИЛИ» (DD4.1).

Задача № 5

Предложите нестробируемый мультиплексор (MUX) размерностью N_S → 1 на базе

стробированных MUX размерностью 2 → 1 (типа 1533КП 18 — выходы обычные инверс­ные) и необходимых логических элементах.

N_S= N_i+3, где N_i — порядковый номер студента в журнале группы.

В ответе привести: обоснование основных технических решений при построении за­данного MUX; функциональную схему; условное графическое обозначение; таблицу со­стояний; краткое описание принципа действия предложенного MUX.

Порядковый номер варианта в журнале группы (Ni) 10 Размерность мультиплексора (N_s) 8

Решение

Обоснование основных технических решений. Существует два основных способа наращивания размерности мультиплексоров (MUX): 1) объединение нескольких муль­типлексоров в пирамидальную (древовидную) структуру и 2) последовательное соеди­нение разрешающих входов нескольких мультиплексоров с использованием внешних логических элементов (ЛЭ). Первый способ используют, как правило, используют для MUX, не имеющих третьего (отключённого) состояния, а второй — для MUX, имеющих третье состояние. К достоинствам 2-го способа следует отнести минимальный расход микросхем (МС) и повышенное быстродействие. Хотя МС 1533КП18 не имеет третьего (отключённого) состояния, однако его можно легко организовать с помощью дополни­тельных ЛЭ. Поэтому будем решать задачу, используя второй способ увеличения раз­мерности MUX.

Пример удвоения размерности MUX 1533КП18 показан на рис. 1.

Рис. 1. Схема MUX размерности 4 →1 на базе MUX 1533КП18.