Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Задание

1. Описание принципа работы и параметров моделей

1.1 Счетчики

1.2 Регистры

1.3 Дешифраторы

2. Схема подключений и редактирование свойств компонентов

2.1 Счетчик

2.2 Регистр

2.3 Дешифратор

3. Полученные временные диаграммы

Заключение

Введение

В нашей современной жизни цифровые и электронные устройства стали практически незаменимыми. Для каждого из них нужна своя микросхема, плата, блок питания и т.д. Каждую схему нужно разработать, собрать, проанализировать ее работу, проведя кучу измерений и опытов вручную. Но система автоматизированного проектирования OrCAD 16.3 помогает избежать этих проблем.

САПР OrCAD 16.3 позволяет не только моделировать электрические схемы, но и производить оптимизацию, трассировать печатные платы, создавать полный набор технической документации по устройству или блоку. OrCAD 16.3 включает в себя множество подпрограмм - модулей, одним из важнейших модулей является PSpice. С помощью PSpice возможно моделирование широкого диапазона схем - от источников питания до небольших микросхем (АЛУ, ОЗУ, шифраторы, мультиплексоры, триггеры, счетчики и др.).

PSpice поможет получить результаты аналого-цифрового моделирования в очень короткие сроки и без ошибок, что является наиболее важным фактором для инженеров.

Задание

Разработать модель устройства информационной электроники, состоящую из: счетчика -- регистра -- дешифратора.

1. Счетчик работает в режиме загрузки.

2. Регистр параллельный 8-ми разрядный.

3.Дешифратор - двоично-десятичный (3-8).

Отобразить временные диаграммы с выходов: шифратора, счетчика, регистра и дешифратора, а также со всех генераторов импульсов схемы.

1. Описание принципа работы и параметров моделей

1.1 Счетчики

Счетчиком называется функциональный узел устройства обработки информации предназначенный для подсчета числа импульсов, поступающих на его вход.

Счет числа поступающих импульсов производится в двоичной системе счисления. Обычно простые счетчики разделяются на: суммирующие, вычитающие и реверсивные.

Суммирующий счетчик предназначен для выполнения счета в прямом направлении, т.е. для сложения. С поступлением очередного импульса на вход счетчика его показание увеличивается на единицу.

Вычитающий счетчик служит для осуществления счета в обратном направлении, т.е. для вычитания. Каждый импульс, поступающий на вход вычитающего счетчика, уменьшает его показание на единицу.

Реверсивный счетчик предназначен для операции счета, как в прямом, так и в обратном направлении, т.е. он может работать в режиме сложения и вычитания. Основными показателями счетчиков являются коэффициент счета и быстродействие.

Коэффициент счета К_сч определяет число импульсов, которое может быть сосчитано счетчиком. К_сч определяется числом разрядов двоичного числа n: К_сч =2ⁿ.

Быстродействие счетчика характеризуется максимальной частотой следования счетных импульсов и связанным с ней временем установки счетчика. Время установки определяется максимальным временем протекания переходных процессов во всех разрядах счетчика при поступлении на вход очередного счетного импульса.

Для хранения одного разряда двоичного числа применяется один триггер.

поэтому счетчик можно рассматривать как «связанную цепочку» п триггеров. С вязи определяются типом применяемых триггеров.

Модель синхронного реверсивного программируемого 4-х разрядного счетчика.

Модель синхронного реверсивного программируемого 4-х разрядного счетчика имеет имя 74191 и хранится в библиотеке 7400. Условное графическое изображение счетчика приведено на рис.З.

Рисунок 3 Модель счетчика 74191

Для работы компонента в режиме суммирующего счетчика необходимо:

· на вход LOAD (Загрузка данных) подать напряжение высокого уровня;

· на вход CTEN (Разрешение счета) подать напряжение низкого уровня;

· на вход D/U (Down/Up (Вычитание/суммирование)) подать напряжение низкого уровня;

Эти напряжения подаются на указанные выходы компонента от источников постоянного напряжения VI, V2 через порты: HI -высокий уровень, LO- низкий уровень.

Импульсы, число которых подсчитываются, подаются от генератора тактовых сигналов DSTM1.

Полная таблица истинности компонента 74191 приведена ниже.

Таблица 2

Иллюстрация работы модели счетчика 74191

1.2 Регистры

Регистры - это функциональные узлы, предназначенные для записи, хранения, передачи (иногда преобразования) информации, представленной в двоичной системе счисления.

Информацию, представленную в двоичной системе счисления, называют двоичным кодом. В зависимости от способа записи двоичного кода, различают несколько видов регистров:

1. параллельные регистры;

2. последовательные регистры;

3. параллельно-последовательные регистры;

В параллельных регистрах запись двоичного кода осуществляется параллельно, т.е. во все разряда регистра одновременно. Функция таких регистров сводится только к приему, хранению и передаче двоичных кодов. Поэтому они часто называются «регистрами памяти». Модель имеет вход сброса. Имеет имя 74273. Находится в библиотеке OrCAD 16.3 - 7400 (см. рис. 4).

Рисунок 4 Модель регистра 74273

Когда на вывод 1 подается кратковременный сигнал низкого уровня, на всех выводах (Q1-Q8) устанавливается напряжение низкого уровня, т.е. все триггеры регистра устанавливаются в состояние логического нуля.

Двоичный восьмиразрядный код подается на входы D1-D8 и при положительном перепаде наимпульса на входе CLK (положительный фронт импульса), информация записывается в регистр и появляется на выходах Q1-Q8. Уровни напряжений, которое следует подавать на вход (очистка регистра), на входе регистра с номером Diположительные фронты тактового импульса и уровни напряжений на соответствующем Qiвыходе регистра представлен в виде таблицы истинности (см. таблицу 5).

Таблица 3

Иллюстрация работы регистра

Максимальная частота - 35 мГц. Время задержки - 17мкс.

При черчении схемы, в шине, по которой подаются входные сигналы присваивается имя, например, D[7-0]. Так же присваиваются имена каждому из ее линий передачи. Имя шины устанавливается в следующей последовательности: ЩЛК по Placeглавного меню - пункт «NetAlias», а затем в «PlaceNetAlias» («разместить имя рамки(псевдонима)»), в Aliasвписать, например, D[7-0]. К указателю прилипает прямоугольная рамка нижнюю или каждую сторону которого следует совместить с шиной. Сигнал, поступающий в D0 определяет младший разряд двоичного числа 2⁰. D7 -определяет старший разряд двоичного числа, имеющий 2⁷.

1.3 Дешифраторы

Дешифратором называется комбинационная схема с несколькими входами и выходами, преобразующая двоичный код, подаваемый на входы, в сигнал на одном из выходов.

В комбинационной схеме, построенной на элементах, реализующих логические операции, совокупность выходных сигналов в дискретный момент времени t_i однозначно определяется входными сигналами, поступающими на вход в тот же момент времени.

В общем случае, дешифратор имеет n входов и m=2ⁿ выходов, поскольку n-разрядный двоичный код на входе может принимать 2ⁿ различных значений. Каждому этому значению соответствует сигнал на одном выходе.

Дешифраторы устанавливаются в схемах ПК на выходах резисторов или счетчиков и служат для преобразования двоичного кода, находящегося в регистре (или в счетчике), в управляющий сигнал на одном из выходов дешифратора. Как правило, в целях экономии оборудования, двоичный код из регистра передается на дешифратор не только своими прямыми значениями, но и инверсными. Поэтому, часто дешифратор на 2ⁿ выходов имеет не n, a 2n входов.

Схемы дешифраторов строят различным образов в зависимости от формата дешифрируемого кода и особенностей применяемой системы логических элементов. По способам построения дешифраторы принято подразделять налинейные, прямоугольные и пирамидальные. Различные схемы дешифраторов обычно сравнивают по быстродействию и аппаратным затратам. Быстродействие дешифраторов определяется временем задержки сигнала в нем (измеряется в наносекундах). Аппаратные затраты оцениваются количеством логических элементов в схеме дешифратора.

Модель дешифратора двоично-десятичного кода - 7445.

Графическое изображение модели дешифратора 7445 представлена на рисунке 5. Модель хранится в библиотеке компонентов системы OrCAD 16.3 и имеет имя 7400.

Модель имеет группу входов A, B, C, D, на которые подаётся параллельный двоичный код и группу выходов Y0,Y1,…,Y9 с которых считываются сигналы. На одном выводе, номер которого в десятичной системе соответствует входному двоичному коду, устанавливается низкий уровень напряжения.

Если, например, на входы A, C, D поступают сигналы низкого уровня, а на вход В поступает сигнал высокого уровня (что соответствует двоичному коду 0010), то на выходе Y2 формируется напряжение низкого уровня. При этом, на остальных выходах формируется напряжение высокого уровня. Если на вход поступают двоичные коды от 1010 до 1111, то на всех выходах (Y0-Y9) устанавливаются напряжения высокого уровня и эти двоичные коды называют «ложными». Работа модели в режиме дешифратора проиллюстрирована в таблице 6.

Микросхема 7445 реализована на элементах с открытым коллектором. Для нормальной работы ее модели, необходимо подключить внешний резистор между используемым выходом и источником напряжения. Напряжения источника должно быть не более +30В. Максимальный ток на выходе микросхемы, имеющем напряжение низкого уровня, составляет 80мА. Поэтому сопротивления внешнего резистора определяется: 30В/0,08А = 375(Ом). Поэтому схему с моделью 7445 можно применять как схему управления индикаторами.

Рисунок 5 Модель дешифратора

компонент модель дешифратор информация

Таблица 4

Иллюстрация работы модели в режиме дешифратора

2. Схема подключений и редактирование свойств компонентов

При моделировании данной схемы, был выбран профиль моделирования Transient с параметрами: «Run to time: 6us». Затем во вкладке Options, в разделе Category был выбран пункт «Gate - level Simulation» (Уровень узла моделирования), а затем в пункте «Initialize all flip-flops to:» (Установить все переключения в) был установлен `0'.

Свойства программируемого 4-х разрядного источника входных сигналов DSTM1 заданы следующими значениями:

Временные диаграммы с4-хразрядного генератора входных импульсов - DSTM1и выходов шифратора 74147 представлены на рисунке 7.

2.1 Счетчик

Для того чтобы модель счетчика 74191 работала в режиме загрузки (как дано в задании), надо на вход «» подать сигнал низкого уровня.

2.2 Регистр

Для получения временных диаграмм, источнику тактовых сигналов DSTM3 задаются следующие свойства:

OFFTIME = 5ms

ONTIME = 3ms

DELAY = 0

STARTVAL = 1

OPPVAL = 0.

2.3 Дешифратор

К выходам дешифратора были подключены резисторы с сопротивлением 375 Ом и нагрузкой +5В, для дальнейшего выявления выходных сигналов в модуле Probe,которые приведены на рисунке 10.

3. Полученные временные диаграммы

Рисунок 7 Временные диаграммы с генератора импульсов DSTM1 и выходов счетчика 74273

Рисунок 8 Временные диаграммы входов и выходов регистра 74273

Рисунок 9 Временные диаграммы работы дешифратора 7445

Заключение

В процессевыполнения курсовой работы была изучена работа САПРOrCAD 16.3. Былособранноустройство информационной электроники (см. рисунок 6), состоящую из: шифратора, счетчика, регистра и дешифратора.

В результате моделирования были освоены навыки вычерчивания электронных схем и задания значений параметров их компонентов, с последующей визуализацией входных и выходных сигналов каждого компонента в модуле Probe. В модулеProbe были получены и приведены временные диаграммы работы следующих устройств информационной электроники:

1) Счетчика- 74181 (см. рис.7);

2) Регистра - 742734 (см. рис.8);

3) Дешифратора 7445(см. рис.9).

САПР OrCAD 16.3. дает огромный потенциал для работы с различными цифровыми схемами, помогая сэкономить на расчетах, оборудовании, сил и времени, что было еще раз доказано после проведенной работы.

Размещено на Allbest.ru