Разработка микросхемы асинхронного счетчика на 8 или 16 бит

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Цель работы: разработка микросхемы - асинхронного счетчика на 8 или 16 бит. Результат счета зависит от управляющего сигнала. После того, как будет посчитано 8 или 16 бит, то счетчик должен прекратить свою работу.



1. Счетчики

Счетчики представляют собой более высокий, чем регистры, уровень сложности цифровых микросхем, имеющих внутреннюю память. Хотя в основе любого счетчика лежат те же самые триггеры, которые образуют и регистры, но в счетчиках триггеры соединены более сложными связями, в результате чего их функции - сложнее, и на их основе можно строить более сложные устройства, чем на регистрах. Точно так, как и в случае регистров, внутренняя память счетчиков - оперативная, то есть ее содержимое сохраняется только до тех пор, пока включено питание схемы. С выключением питания память стирается, а при новом включении питания схемы содержимое памяти будет произвольным, случайным, зависящим только от конкретной микросхемы, то есть выходные сигналы счетчиков будут произвольными ^[1].

Таблица истинности двоичного счетчика -- последовательность двоичных чисел от нуля до , где n - разрядность счётчика, а минус один из-за того за начало отсчета принимается 0 ^[2].

Каждый выход счетчика представляет собой разряд двоичного кода, причем разряд, переключающийся чаще других (по каждому входному импульсу), будет младшим, а разряд, переключающийся реже других, - старшим.^[1]

2. Особенности асинхронных счетчиков

Выходной сигнал каждого триггера служит входным сигналом для следующего триггера. Поэтому все разряды (выходы) асинхронного счетчика переключаются последовательно (отсюда название - последовательные счетчики), один за другим, начиная с младшего и кончая старшим. ^[3]



3. Разработка алгоритма работы микросхемы (описание)

1. Начало.

2. Условие: если сигнал CS (отвечает за выбор микросхемы) в состоянии логической единицы, то переходим к блоку 3, если CS в состоянии логического нуля, то ожидаем, когда сигнал будет равен логической единице.

3. Условие: если сигнал INIT (отвечает за сброс данных на всех триггерах) в состоянии логической единицы, то переходим к блоку 4, если INIT в состоянии логического нуля, то ожидаем, когда сигнал будет равен логической единице.

4. Сброс информации на всех триггерах.

5. СН = 0. Счетчик находится в состоянии 0.

6. Запуск тактируемого сигнала CLK. Вход счетчика в счетный режим.

7. Работа счетчика на первые 8 бит. Условием перехода к блоку 6 является достижение на выходе числа 7 в битовом представлении.

8. Условие: если управляющий сигнал Х равен логическому нулю, то переменная Limit = 8, если управляющий сигнал равен логической единице, то Limit = 16.

9. Сравнивается информация на счетчике CH с переменной Limit. Если счетчик достиг 8(16) бит, то происходит переход к блоку 11. В противном случае, счетчик продолжает работу, происходи переход к блоку 10.

10. Прибавление к счетчику 1 бита. СН = СН + 1.

11. Установка сигнала STOP в логическую единицу для прекращения работы счетчика.

12. Остановка счётчика.

13. Конец.

Блок-схема алгоритма работы микросхемы представлена на рисунке 1



4. Разработка алгоритма работы микросхемы (блок-схема)

Рис. 1. Блок-схема алгоритма работы микросхемы

5. Структурная схема устройства

Структурная схема программируемого счетчика состоит из следующих блоков:

- блок управления,

- блок-счетчик,

- блок выходных данных.

Блок управления осуществляет управление работой основных компонентов схемы. На входы блока поступают сигналы CS, который отвечает за выбор микросхемы, и INIT, отвечающий за сброс данных на всех триггерах. Сочетание этих сигналов дает схеме знак о том, что схема может начать работу.

На вход блока приходит сигнал STOP и анализируется. Если он равен логической единице, то блок-счетчик не может начать работу. Если STOP не активен, то происходит запуск тактируемого сигнала CLK.

На вход блока управления также приходит управляющий сигнал Х. Если Х находится в состоянии логического нуля, то счетчик входит в счетный режим и считает до 8 бит, после этого срабатывает сигнал STOP, что свидетельствует об окончании счета. На вторых счет не происходит, на них будет сброс информации. Если Х активен, то счетчик продолжает работу на вторые 8 бит. После того, как счетчик наберет максимальное значение (16 бит) сработает сигнал STOP, и счетчик прекратит работу.

Блок выходных данных построен одном 16-разрядном регистре параллельного типа, предназначен для хранения результата счетчика.

Структурная схема устройства представлена на рисунке 2

6. Структурная схема устройства

Рис. 2. «Структурная схема устройства»

асинхронный счетчик микросхема устройство



7. Временные диаграммы работы микросхемы

Временные диаграммы представлены в Приложении 1.

t₁ - время предустановки. Происходит выбор микросхемы.

t₂ - время сброса данных на всех триггерах.

t_clk - время начала срабатывания тактируемого сигнала CLK

t_q0 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q0 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q1 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q1 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q2 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q2 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q3 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q3 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q4 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q4 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q5 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q5 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q6 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q6 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q7 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q7 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_х -переход управляющего сигнала Х в состояние логической единицы, если счет идет на 16 бит.

t_stop -переход управляющего сигнала STOP в состояние логической единицы, если сигнал Х не перешел в состояние логической единицы. Прекращение работы счетчика.

t_q8 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q8 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q9 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q9 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q10 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q10 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q11 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q11 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q12 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q12 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q14 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q14 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_q15 - время перехода младшего разряда из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Повторяется на схеме каждый раз, когда сигнал Q15 переходит из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

t_stop -переход управляющего сигнала STOP в состояние логической единицы. Прекращение работы счетчика.

8. Функциональная схема устройства

Структурная схема программируемого счетчика состоит из следующих блоков:

- блок управления,

- блок-счетчик на первые 8 бит,

- блок-счетчик на вторые 8 бит,

- блок выходных данных.

Блок управления контролирует управление работой основных компонентов схемы. На входы блока поступают сигналы CS, который отвечает за выбор микросхемы, и INIT, сброс данных на все триггерах. Сочетание этих сигналов дает схеме знак о том, что схема может начать работу.

На вход блока приходит сигнал STOP и анализируется. Если он равен логической единице, то блок-счетчик на первые 8 бит и блок-счетчик на вторые 8 бит не могут начать работу. Если STOP не активен, то работает блок-счетчик на первые 8 бит.

На вход блока управления также приходит управляющий сигнал Х. Если Х находится в состоянии логического нуля, то работает только блок-счетчик на первые 8 бит. После этого срабатывает сигнал STOP, что свидетельствует об окончании счета. Блок-счетчик на вторые 8 бит не работает. Если Х активен, то после работы блок-счетчика на первые 8 бит продолжает работу блок-счетчик на вторые 8 бит. После того, как блок-счетчик на первые 8 бит и работу блок-счетчик на вторые 8 бит наберут максимальное значение, то сработает сигнал STOP, и блок-счетчики прекратят работу. Данные поступят на блок выходных данных.

Блок выходных данных построен одном 16-разрядном регистре параллельного типа, предназначен для хранения результата счетчика.

Структурная схема устройства представлена на рисунке 3.

Рис. 3. «Функциональная схема устройства»

9. Принципиальная схема устройства

Принципиальная схема построена на элементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ в соответствии с функциональной схемой.

Управление схемой осуществляется посредством следующих сигналов:

CS - выбор микросхемы. Активный сигнал низкого уровня.

INIT - сброс всех триггеров микросхемы. Активный сигнал низкого уровня.

STOP- прекращение работы счетчика. Активный сигнал высокого уровня.

X - управляющий сигнал. Отвечает за выбор разрядности счетчика. Активный сигнал высокого уровня

Сначала на вход схемы поступает сигнал CS, который отвечает за выбор микросхемы. С задержкой поступает сигнал INIT. После того, как эти два сигнала пришли на входы, формируется сигнал R, разрешающий начало работы микросхемы.

Сигнал R, STOP, X поступают на блок входных данных. На входе блока сигнал STOP анализируется. Если он равен логическому нулю, то происходит запуск тактируемого сигнала CLK, счетчик входит в четный режим на первые 8 бит. Если STOP активен, то счетчик не работает. После того, как счетчик завершит счет на первые 8 разрядов, анализируется управляющий сигнал Х. Если Х находится в состоянии логического нуля, сигнал STOP переходит в состояние логической единицы, что свидетельствует об окончании счета. На вторых 8 разрядах счетчика происходит сброс информации. Если Х активен, то после работы счетчика на первые 8 бит, он продолжает счет до 16 бит. После того, как счетчик наберет максимальное значение, то сработает сигнал STOP, и счетчик прекратит работу. Результат счетчика будет храниться в 16-разрядном регистре параллельного типа.

Принципиальная схема устройства представлена в Приложении 1.

В Приложении 2 приведены схемы D-триггера, SR-триггера и таблица истинности счетчика



10. Условно-графическое обозначение. Назначение выводов

Рис. 5. «УГО микросхемы. Назначение выводов»

11. Корпус микросхемы

Рис.6. «Корпус микросхемы»

12. Технические характеристики микросхемы

1. Номинальное напряжение питания 5 В 5 %

2. Выходное напряжение низкого уровня не более 0,4 В

3. Выходное напряжение высокого уровня не менее 2,4 В

4. Входной ток низкого уровня не более -1,6 мА

5. Входной ток высокого уровня не более 0,04 мА

6. Потребляемая статическая мощность не более 310 мВт



Заключение

В результате курсового проекта разработаны:

· алгоритм работы микросхемы программируемого счетчика;

· структурная схема программируемого счетчика;

· функциональная схема программируемого счетчика;

· Временные диаграммы работы микросхемы;

· условно-графическое обозначение.

Произведен выбор корпуса для микросхемы.

Разработанная схема программируемого счетчика осуществляет счет с выбором на 8 или 16 бит.



Литература

1. Партин А. С., Борисов В. Г. «Введение в цифровую технику», Радио и Связь, Москва, 1987г.

2. Янсен Й. «Курс цифровой схемотехники», Москва, «Мир», 1987г.

3. Угрюмов Е.П. «Цифровая схемотехника», Санкт-Петербург, «БХВ-Петербург», 2004г.

4. Шарапов А. В. «Микроэлектроника. Цифровая схемотехника», Томский межвузовский центр дистанционного образования. 2007г.

5. Шило В. Л. «Популярные цифровые микросхемы», Радио и Связь, Москва, 1987г.http://www.intuit.ru/

Размещено на Allbest.ru