Проектирование суммирующего двоично-десятичного счетчика импульсов (стр. 1 из 5)

Основной элементной базой современной дискретной техники является интегральная микроэлектроника. Огромные успехи, достигнутые интегральной полупроводниковой микроэлектронной технологией, позволили создать приборы, по всем параметрам превосходящие изделия сходного назначения, собранные на отдельных компонентах. Переход к интегральным микросхемам существенно изменил способы построения электронной аппаратуры, поскольку изделия микросхемотехники представляют собой законченные функциональные узлы, будь то логические элементы для выполнения простейших операций или процессоры вычислительных машин, состоящие из многих тысяч элементов.

Современный этап развития микроэлектронной техники характеризуется широким применением микросхем средней и большой степени интеграции. Преимущество цифровых систем на интегральных схемах СИС сравнительно с устройствами, реализованными на приборах МИС, не только в меньшем числе корпусов. С помощью СИС достигается более высокое быстродействие, поскольку задержка импульсов в объеме кристалла меньше задержек во внешних соединениях. Кроме того, элементы, образующие СИС, для уменьшения времени переключения используются, где это допустимо, в ненасыщенном режиме. Функциональные устройства СИС расходуют меньше энергии, поскольку мощность, потребляемая внутренним элементом для переключения конкретной нагрузки, наперед известна, тогда как изделия МИС рассчитываются на максимальную возможную нагрузку, которая в большинстве случаев используется не полностью. Помехоустойчивость СИС также выше, если учесть, что соединения внутри кристалла менее подвержены действию наводок, чем соединения между отдельными интегральными схемами и платами.

В качестве активных элементов цифровых микросхем сейчас применяются два типа транзисторов: биполярные и полевые (униполярные). Последние имеют структуру металл - окисел - полупроводник (МОП) или, как ее еще называют, металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Цифровые микросхемы на биполярных и полевых транзисторах существенно различаются по многим показателям, и развитие их идет самостоятельными путями.

Микросхемы на основе полевых транзисторов также широко используются в настоящее время. Наиболее распространены и перспективны схемы, основанные на совместном включении пары транзисторов с каналами разных видов проводимости, так называемые комплементарные структуры (КМОП-структуры).

Для удобства разработчиков аппаратуры и по технологическим признакам цифровые интегральные схемы выпускают сериями. Серией называют совокупность микросхем различного функционального назначения, которые имеют согласованные электрические и временные параметры для совместного использования. Микросхемы одной серии изготавливают по единой технологии, и они имеют сходное конструктивное исполнение. В состав современных развитых серий входят десятки типов микросхем - от логических элементов до функционально законченных узлов: счетчиков, регистров, сумматоров, запоминающих устройств, арифметико-логических узлов, микропроцессоров и других.

Но не смотря на это возникает задача проектирования узкоспециализированных устройств.

1. Проектировочный раздел

1.1 Назначение устройства

Счетчики предназначены для подсчета числа входных импульсов. Основным элементом при построении счетчиков являются триггерные устройства. Один триггер образует один разряд счетчика. n - триггеров образуют n - разрядный счетчик. Так как каждый триггер имеет два устойчивых состояния, то n - триггеров имеют 2ⁿ состояний. Основным параметром любого счетчика является его емкость (коэффициент пересчета, модуль счета).

Ксч = 2ⁿ - максимальное число состояний счетчика, включая нулевое состояние. Количество импульсов, которое может быть подсчитано n- разрядным счетчиком равно N = 2ⁿ- 1 (исключается нулевое состояние).

Счетчики можно классифицировать:

По основанию системы - двоичные и десятичные.

По способу организации счета - асинхронные и синхронные.

По направлению переходов - суммирующие, вычитающие, реверсивные.

По способу построения цепей сигналов переноса - с последовательным, сквозным, групповым и частично - групповым переносом.

1.2 Выбор и обоснование структурной схемы устройства

Нужно спроектировать суммирующий двоично-десятичный счетчик импульсов. Для данного счётчика подойдёт схема параллельного суммирующего счётчика, т.к этот вариант отличается хорошим быстродействием.

Рис 1. Структурная схема параллельного счетчика

Каждый разряд состоит из схемы управления и триггера. Вся выходная информация параллельного счетчика формируется почти одновременно.

1.3 Логический расчёт

Задание:

Счетчик задан следующими параметрами:

код 2421

двоичные наборы 0, 1, 2, 3, 4, 11, 12, 13, 14, 15.

старший разряд реализовать на JK-триггерах младший на DV-триггерах

Определим оптимальное количество триггеров для недвоичного счётчика с коэффициентом счёта Кс=10.

M = log 2 (Кс) = 4.

M = 4 значит для реализации каждого разряда двоично-десятичного счётчика необходимо 4 триггера.

Составление таблицы функционирования счётчика и определение функций переходов

Таблица функционирования отображает состояния счетчика до переключающего сигнала и после в зависимости от заданного кода (2-4-2-1), а также функции перехода, показывающие, как изменится состояние (таблица 2). При использовании четырёх разрядов можно закодировать 16 возможных комбинаций цифр двоичной системы счисления, для кодировки 10 цифр достаточно 10 комбинаций. Чтобы исключить некоторые комбинации (в зависимости от кода) используют разные виды кодировки. В коде 2-4-2-1 (код Айкена) исключаются такие комбинации как:

1000,1001,1010,1011,1100,1101

Остаются комбинации представленые в таблице 1.

Таблица 1:

0000	0001	0010	0011	0100	0101	0110	0111	1110	1111
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9

Таблица 2:

Где значения функций перехода:

0 - переход из LOG”0" в LOG”0"

1 - переход из LOG”1" в LOG”1”

▲ - переход из LOG”0" в LOG”1"

▼ - переход из LOG”1" в LOG”0”

№ - цифра десятичной системы счисления.

1.4 Составление карт функций перехода FQ

Эти карты показывают, какое значение принимает функция перехода для данного триггера при определенной комбинации значений на выходах триггеров. Карты функций перехода потребуются в дальнейшем для составления функций управления входами триггеров.

Карты состояний счётчика:

T1		Q5 Q3
T1		00	01	11	10
Q2 Q1	00	▲	▲	▲
	01	▼	▼	▼
	11	▼	▼
	10	▲	▲

T2		Q5 Q3
T2		00	01	11	10
Q2 Q1	00	0	0	0
	01	▲	0	▲
	11	▼	▼
	10	1	1

T3		Q5 Q3
T3		00	01	11	10
Q2 Q1	00	0	▼	1
	01	0	▼	0
	11	▲	▲
	10	0	0

T4		Q5 Q3
T4		00	01	11	10
Q2 Q1	00	0	0	0
	01	0	0	0
	11	0	0
	10	0	0

T5		Q5 Q3
T5		00	01	11	10
Q2 Q1	00	0	▲	1
	01	0	▼	1
	11	0	1
	10	0	1

T6		Q5 Q3
T6		00	01	11	10
Q2 Q1	00	0	0	0
	01	0	0	0
	11	0	0
	10	0	0

T7		Q5 Q3
T7		00	01	11	10
Q2 Q1	00	0	0	0
	01	0	0	0
	11	0	0
	10	0	0

T8		Q5 Q3
T8		00	01	11	10
Q2 Q1	00	0	0	0
	01	0	0	0
	11	0	0
	10	0	0

В левом верхнем углу каждой карты указано, для какого триггера составлялась карта.