Ломов И.А. - Проектирование узлов цифровой электронной техники, страница 3

7. Там же дан расчет значенийвыходных сигналов по минимизированному уравнению.3. Построение электрической принципиальной схемы. Устройство может выполняться на любых приведенных в каталогах электронной промышленности микросхемах. Желательно, чтобы количество микросхем было минимальным и обеспечивало заданноефункционирование устройства. При небольшом числе элементов влогической схеме такой результат дает перевод их в единый базис.Выполним схему на основе уравнения в базисе И–НЕ.Преобразуем минимизированное уравнение, вводя двойнуюинверсию и пользуясь теоремой Де Моргана:Р = Х 3 · Х 1  Х 2 · Х 1 = Х 3·Х 1 · Х 2·Х 116абРис. 7. Логическая схема (а), расчет значений выходных сигналов (б)Электрическая принципиальная схема, реализующая преобразованное логическое уравнение в базисе И–НЕ, представлена на рис.

8.Рис. 8. Электрическая принципиальная схема4. Расчет быстродействия комбинационного устройства.Быстродействие проектируемого устройства оценивается временем задержки распространения фронта сигнала от входов до выхода. Оно зависит от времени как задержки сигнала в каждом элементе применяемых микросхем, так и переходного процесса заряда-разряда емкости проводов связи между элементами.

Указанноев табл. 2 время задержки для каждого элемента соответствующихмикросхем определяет некоторое их конструктивное расположение на плате (значения ориентировочные).Возможно различное число элементов в разных путях распространения сигнала от входов до выхода. В этом случае время за17держки устройства оценивают суммой задержек на отдельныхэлементах по пути с наибольшим их числом. В проектируемомустройстве (см. рис.

8) входной сигнал проходит по линии, включающей три последовательно соединенных логических элементаК155ЛАЗ, следовательно, можно записать tз.р= tз.р.i = 29 · 3 = 87 нс.5. Выполнение чертежа печатной платы. Чертеж печатнойплаты, реализующей электрическую принципиальную схему,представлен на рис.

9.аРис. 9. Чертеж печатной платы:а – сторона расположения элементов; б – обратная сторона18З а д а н и е 2. Спроектировать последовательностное устройство – счетчик с произвольным порядком счета для автоматауправления технологическим процессом.Входные сигналы: НУ – начальная установка и С – переход кочередному состоянию.Выходные сигналы: Q3, Q2, Q1. Десятичные коды последовательности выходных сигналов Q: 1, 0, 3, 2, 6, 7, 5. Первый код указывает исходное состояние выходов.Счетчик должен осуществлять циклический счет в соответствии с заданной последовательностью выходных сигналов.

Заданиевыполняют в таком порядке.I. Представление проектируемого устройства как функционального блока. Проектируемое последовательностное устройствокак функциональный блок и заданная таблица состояний показанына рис. 10.Заданное устройство должно иметь семь состояний. Выбратьдва триггера нельзя, так как они обеспечат только четыре состояния. Три триггера обеспечивают до восьми состояний. Выбираемдля построения три JК-триггера.абРис. 10. Функциональный блок (а), таблица состояний (б)2. Проектирование с использованием табличного метода.Таблицу переходов счетчика строят на основе таблицы состояний.В ней каждому состоянию сигналов Q3, Q2 и Q1 записывают встроку их переходы к последующему состоянию.Для заданной таблицы состояний (рис.

10, б) таблица переходов указана на рис. 11.19Рис. 11. Таблица переходовТаблица переходов позволяет построить таблицу управляющих сигналов, применяемых в проектируемом устройстветриггеров. Для этого используют характеристические таблицытриггеров JK или D (рис. 12). Эти таблицы описывают свойствауправляемости триггеров: какие управляющие сигналы необходимо подать, чтобы обеспечить требуемый переход.

Звездочкойпомечены сигналы 0 или 1, в любом случае обеспечивающиепереход.абРис. 12. Характеристические таблицы JK-триггера (а);D-триггера (б)Таблица управляющих сигналов триггеров проектируемогосчетчика также показана на рис. 13. В ней вместо переходов записаны соответствующие управляющие сигналы, обеспечивающиеэти переходы. Таблица управляющих сигналов является таблицейистинности комбинационных схем выработки сигналов J и K длякаждого из триггеров по сигналам Q (рис. 13).20Рис. 13.

Таблица управляющих сигналов триггеровДля трех входных сигналов таблица истинности, а соответственно и карта Карно – Вейча должны иметь восемь строк и восемьячеек. Не используемое в управлении автоматом состояние в картах для минимизации, в данном случае сочетание 100, также помечено звездочкой. Никогда не возникающее состояние можно записать как 1 и использовать его для более эффективной минимизации.

Соответствующие карты показаны на рис. 14.3. Представление уравнений функционирования счетчика:ttQ 3t 1  Q 3  J 3t  Q 3t  K 3 ,tJ 3t  Q 2 t  Q1 ,(5)tK 3t  Q 2 ,ttQ 2 t 1  Q 2  J 2 t  Q 2 t  K 2 ,tJ 2 t  Q1 ,K 2 t  Q 3t  Q1t ,ttQ1t 1  Q1  Q1t  Q1t  K1 ,(5)J 1t  Q 3t  Q 2 t ,K 1t  Q 3t.21Рис. 14. Карты Карно – Вейча для трех входных сигналов22Выбираем микросхемы триггеров К155ТВ15 – два JКтриггера. По результатам минимизации строим электрическуюпринципиальную схему (рис. 15).

Так как она входит в комплектконструкторской документации, ее необходимо соответствующимобразом оформить.4. Расчет значений входных и выходных сигналов. Значениясигналов Q, J и К после сигнала начальной установки и с помощьюсигналам перехода к последующим состояниям рассчитаны c помощью уравнений функционирования счетчика. Результаты расчета сведены в таблицу и представлены на рис. 16.

Соответствующиеграфики изображены там же.Быстродействие счетчика как время задержки от поступленияна вход соответствующего фронта сигнала С до установления сигнала Q может быть рассчитано по данным табл. 2 и электрическойпринципиальной схеме.В данном задании предполагается, что такты поступлениясигнала С перехода к новому состоянию определяются интервалами времени, необходимыми для выполнения технологическихопераций в установке, т. е.

составляют единицы или десятки секунд. Они несоизмеримо больше времени задержки прохождениясигнала в электронном устройстве, поэтому в графиках (см.рис. 16, б) время задержки принято равным нулю.5. Комплект конструкторской документации включает спецификацию, сборочный чертеж, электрическую принципиальнуюсхему и чертеж печатной платы. Спецификация для разработанного последовательностного устройства приведена на рис. 17; сборочный чертеж – на рис.18; чертеж печатной платы – на рис.19.2324Рис.

15. Электрическая принципиальная схемаРис. 16. Таблица расчетов (а) и графики входныхи выходных сигналов (б)25Рис. 17. Спецификация для последовательностного устройства26Рис. 18. Сборочный чертеж последовательностного устройства27а2829бРис. 19. Чертеж печатной платы:а – сторона расположения элементов; б – обратная сторонаСПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1. Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. Л.: Энергоатомиздат,1986.2. Интегральные микросхемы: Справ. / Б.В. Тарабрин, С.В. Якубовский, Н.А. Барканов и др; Под ред.

Б.В. Тарабрина. М.: Энергоатомиздат, 1985.3. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. М.: Энергоатомиздат, 1987.4. Левенталь Л., Сейвилл У. Программирование на языке ассемблера / Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1987.5. Разработка и оформление конструкторской документации:Справочник РЭА / Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов идр.; Под ред. Э.Т. Романычевой. М.: Радио и связь, 1989.6. Сигорский В.П.

Математический аппарат инженера. Киев:Техника, 1975.7. Токхейм Р. Основы цифровой электроники: Пер. с англ. М.:Мир, 1988.8. Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства исистемы. М.: Радио и связь, 1989.30ПриложениеВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙЗадание 1 на проектирование комбинационного устройствапредставлено набором цифр. Его выходной сигнал Р = 1 при подаче на вход сигналов Х3, Х2, Х1, сочетание которых является двоичным кодом заданных цифр. Для остальных сочетаний входныхсигналов Р = 0.Задание 2 на проектирование последовательностного устройства также задано набором цифр и указанием, на основе какоготипа триггера выполнять проектирование. Выходных сигналовустройства три: Q3, Q2, Q1.