Материал: Проектирование комбинационных схем цифровых устройств

Таблица 3.1.3 - Перечень элементов

Рисунок 3.1.2 -Схема устройства параллельного ввода слов в регистры

3.2 Расчет времени ввода слов в регистр

Время ввода слов в регистры определяется как произведение периода повторения импульсов ввода на число регистров в устройстве (m=5).

Период повторения импульсов:

Время ввода всех N=6 слов за один цикл при этом равно

. Запоминающее устройство на ИМС оперативных ОЗУ

Запоминающее устройство (ЗУ) выполняется на промышленной ИМС ОЗУ К531РУ8. Это статическое ОЗУ на 4 бита, имеет четыре информационных (инверсных) и четыре адресных входа, то есть может записывать четырехразрядные двоичные числа по шестнадцати адресам. Чтение осуществляется при подаче на вход R/W сигнала высокого уровня, запись - при подаче низкого уровня. Исполнительный сигнал ИМС K531PY8 - сигнал CS, он подается в виде логического нуля последним - при записи или чтении каждого слова.

Приступаем к синтезу модуля ЗУ. По заданию нужно записать 70 слов по 4 разрядов в каждом. Поскольку в ИМС К531РУ8 четыре информационных входа, один модуль будет состоять одного ИМС.

В один модуль можно записать только шестнадцать слов. Для записи 70 слов нам нужно использовать [70/16]=4 модуля.

Число адресных сигналов определяется по формуле:

Четыре младших разряда подаются на адресные входы всех модулей, а два старших - на управляющий дешифратор, с помощью которого выбирается модуль для записи или чтения.

Рисунок 4.1.1 - Структурная схема запоминающего устройства на ОЗУ К531РУ8

Таблица 4.1.1 - Таблица истинности

Таблица 4.2 - Перечень элементов

. Ждущий мультивибратор

.1 Расчет автогенератора

Исходные данные:

Частота автогенератора f_аг=128 кГц ;

Период повторения пусковых импульсов Т_пов=4,8 мс .

Рисунок 5.1.1 - Структурная схема автогенератора ПИ с одним конденсатором

Период автоколебаний:

Длительность импульса на первом выходе автогенератора:

Длительность фронта первого импульса:

Длительность импульса на втором выходе автогенератора:

Амплитуда импульсов на обоих выходах автогенератора

Монтажная нагрузочная емкость

При длительности фронта первого импульса = можно использовать ИМС логических элементов серии 133, К155. Электрические параметры ИМС выбранной серии:

Таблица 5.1.1 - Электрические параметры ИМС серии 133, К155

Средняя задержка микросхемы равна:

Длительность фронта импульсов автогенератора:

Сравниваем полученное и заданное значения. Условие t_ф< t_ф1 выполняется, выбор инверторов произведен правильно.

Определяем величину входного сопротивления логического нуля выбранных ИМС:

где Е=5В - напряжение питания ИМС.

Сопротивление навесного резистора автогенератора:

Где Uпор=1,5В

Из ряда номиналов резисторов и конденсаторов Е24 выбираем номинал резистора R₁ = 1300 Ом.

Определяем величины скачков по фронтам импульсов:

Первого импульса

Второго импульса

Где r_д=100 Ом - сопротивление открытого диода, встроенного в ИМС.

Находим промежуточную расчетную величину:

Находим емкость конденсатора:

Из ряда номиналов резисторов и конденсаторов Е24 выбираем номинал резистора

Проверяем правильность выбора резистора R₁ и конденсатора C₁:

Находим время разряда C₁ через выходную цепь элемента в состоянии «0»

и открытый встроенный диод (r_Д=100 Ом)

Определяем время, отводимое для перезаряда С1 входными и выходными токами первого логического элемента автогенератора:

Эквивалентная постоянная времени перезаряда равна:

Находим реальное время, необходимое для перезаряда С1 указанными токами:

где напряжение открывания диода U_до=0,6B

Сравниваем величины z и y - они должны отличаться в пределах 10%:

Требуемое условие не выполняется, в этом случаи уменьшим номинал выбранного резистора, пусть R₁ = 510 Ом.

Из ряда номиналов резисторов и конденсаторов Е24 выбираем номинал резистора

Теперь условие выполняется, значит, выбранные номиналы R₁ = 510 Ом

, подойдут.

5.2 Расчет делителя частоты

Коэффициент деления частоты:

Разобьем КДЧ на простые сомножители:

В этой формуле  − коэффициенты деления частоты каскадов делителя частоты, в роли которых выступают ИМС счетчиков:

К555ИЕ2 (SN74LS90) - для  = 10 либо  = 5

К155ИЕ4 (SN74LS92) - для,  = 12 либо  = 6

К555ИЕ5 (SN74LS93) - для = 16 либо = 4,  = 8

Тогда ДЧ будет состоять из двух микросхем К155ИЕ4 (SN74LS92)и трех микросхем К555ИЕ2 (SN74LS90).

Микросхема К155ИЕ4 - четырехразрядный двоичный счетчик-делитель на 2, на 6 и на 12. Счетчик состоит из двух независимых делителей. Если тактовая последовательность с частотой f подана на вход  (вывод 14), на выходе Q0 (вывод 12) получим меандр с частотой f/2. Последовательность с частотой f на тактовом входе  (вывод 1) запускает делитель на 6, и меандр с частотой f/6 появляется на выходе Q3 (вывод 8). На выводы R1 и R2 подаются команды сброса. Чтобы построить счетчик с модулем деления 12, требуется соединить делители на 2 и на 6, замкнув выводы 12 и 1. На вход  подается входная частота f, на выходе Q3 получается последовательность симметричных прямоугольных импульсов с частотой f/12.

Микросхема К555ИЕ2 представляет собой счетчик-делитель на 2, на 5 и на 10. Каждая ИС состоит из четырех JK-триггеров. Для получения делителя на 10 выход Q0 соединяется с входом .

Микросхема К555ИЕ5 представляет собой счетчик-делитель на 2, на 8 и на 16. Для получения делителя на 16 выход Q0 соединяют с входом .

Диаграмма выходного сигнала ДЧ представляет собой последовательность прямоугольных импульсов, период повторения которых равен периоду пусковых импульсов.

Рисунок 5.2.1 - Диаграммы напряжений сигнала и выходных сигналов ДЧ, использующих в последнем каскаде указанные ИМС счетчиков

5.3 Расчет формирователя коротких пусковых импульсов

Для запуска ждущего генератора ПИ требуются короткие пусковые импульсы, длительность которых не меньше, чем (3 ÷ 5)t_з.ср. Поэтому на основе импульсов, полученных делителем частоты, нужно получить пусковые.

Рисунок 5.3.1 - Структурная схема формирователя коротких пусковых импульсов

Исходные данные для расчета:

Длительность выходного импульса: t_{и вых}=0,5 мкс

Длительность входного импульса:t_{и вх}=0,67 мкс

Период повторения выходных импульсов:Т_вх=Т_пуск=15 мс

Требуемая длительность фронта выходных (пусковых) импульсов:

Для формирователя можно использовать логические элементы той же серии, что и для автогенератора ПИ (серии 133, К155). Поскольку элементы выбраны той же серии, то

Сопротивление R₃ находится как:

Где

Из ряда E24 выбираем

Определяем емкость конденсатора:

где ;.

В соответствии с рядом E24 выберем

Определяем время восстановления напряжения на конденсаторе:

Проверим условие восстановления

Так как условие выполняется, то выбранные номиналы,  подойдут.

5.4 Расчет ждущего генератора ПИ

Рисунок 5.4.1 - Структурная схема ждущего генератора ПИ

Элементы дополнительный (Д) и второй - инверторы, первый логический элемент выполняет функцию 2И-НЕ.

Исходные данные:

Период повторения пусковых импульсов:;

Длительность выходных импульсов:;

Амплитуда выходных импульсов: .

Требуемую длительность фронта выходных импульсов:

При такой длительности фронта можно использовать ИМС серии 134, К158

Таблица 5.4.1 - Электрические параметры ИМС серии 134, К158

Определяем величину входного сопротивления логического нуля выбранных ИМС: