Разработка специализированного цифрового функционального узла
Структура и диаграмма работы генератора чисел как "черного ящика". Методы и способы построения ГЧ на базе счетчика Джонсона, сдвигового регистра, триггеров, двоичного и кольцевого счетчика. Выбор оптимального ГЧ в соответствии с критерием оптимизации.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.11.2013 |
| Размер файла | 4,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Московский государственный университет леса
Факультет электроники и системотехники
Кафедра вычислительной техники
Курсовой проект по дисциплине:
«Схемотехника ЭВМ»
На тему:
«Разработка специализированного цифрового функционального узла»
Вариант задания: 2.5.1
2013 г.
1. Техническое задание
Разработать генератор чисел, формирующий при поступлении на его вход каждых N входных импульсов синхронизации, в зависимости от задаваемого управляющим сигналом режима, на выходах Z1 и Z2 одну из двух последовательностей значений сигналов, приведенных в табл. 1.
Таблица 1.
|
Вариант |
N |
Номера импульсов, проходящих на выводы |
||||
|
Режим 1 |
Режим 2 |
|||||
|
Выход Z1 |
Выход Z2 |
Выход Z1 |
Выход Z2 |
|||
|
5 |
21 |
1,5,9,13,19 |
7,9,13,15,21 |
2,3,9,10,14,20 |
1,6,11,18,21 |
Генератор чисел должен обеспечивать:
- мощность, потребляемая от источника питания не превышающую 400 мВт. Напряжение источника питания +5V ± 10%;
-использование в составе схемы микросхем и вспомогательных электрорадиоэлементов (разъемов, резисторов, конденсаторов) в количестве, не превышающем 46 шт.
Электрическая схема должна обеспечивать конструктивное выполнение модуля в виде ТЭЗ, на который сигналы питания, сигналы синхронизации (С) и начального сброса (R), а также сигналы (M1,…Мn), служащие для задания режима, поступают через разъем. Через этот же разъем осуществляется снятие выходных сигналов (Z1,Z2,..Zn) с генератора чисел.
Максимальная длительность периода следования сигналов синхронизации (Т) равна 74 нс. Длительность сигналов синхронизации равна Т/2. При расчете длительности сигналов считать минимальную задержку микросхем равной нулю. Длительность выходных сигналов Г.Ч. (t вых.) должна быть не меньше 5 нс.
Сигнал (R) имеет отрицательную полярность и длительность более Т и менее 1.5 Т. В результате воздействия сигнала (R) генератор чисел должен установиться в исходное состояние и сформировать на своих выходах первое число из заданной последовательности.
Входные сигналы режима работы могут менять свое значение только в момент установки в ноль сигнала (R).
Для обеспечения высокой помехоустойчивости генератора чисел на цепи питания должны быть установлены высокочастотные фильтрующие конденсаторы из расчета по одному на каждый корпус микросхемы. Кроме этого должен быть установлен один электролитический конденсатор.
Логический уровень входных и выходных сигналов Г. Ч. должен быть стандартным для ТТЛШ - микросхем.
Нагрузка по току со стороны Г. Ч. на источники входных сигналов не должна превышать IiH = 30 мкА, IiL = 1 мА, а нагрузочная способность по току выходов Г. Ч. должна быть не менее IoH=0.8мА, IoL=16 мА
Для построения схемы Г. Ч. допустимо использование только микросхем, принадлежащих к серии микросхем К1533.
В качестве критерия оптимизации выступает минимум (в количестве корпусов) аппаратных затрат (при равенстве по этому критерию выбрать схему с минимальной потребляемой мощностью).
На основании предъявляемых ТЗ требований можно сделать вывод, что для обеспечения работоспособности схемы, общее время переключения схемы по входу «С» (Tпер.С) не должно превышать T (74нс), а время формирования выходных сигналов ГЧ (Тформ.С) не должно превышать (Т-tвых.), то есть 69нс. Вместе с тем, общее время переключения схемы по входу «R» (Tпер.R) не должно превышать длительность этого сигнала (1,5T) , то есть 111нс. А время формирования выходных сигналов ГЧ при подаче сигнала «R» не должно превышать (1,5Т-tвых.), то есть 106нс.
2. Структура ГЧ как «черного ящика»
Генератор чисел (ГЧ) - это функциональный узел при подаче на вход которого серий синхроимпульсов на выходах формируется циклическая последовательность n-разрядных двоичных чисел. Структура ГЧ как «черного ящика» показана на рисунке 1.
Рисунок 1 - Структура генератора чисел
ГЧ - генератор чисел;
G - генератор тактовых импульсов;
С - синхроимпульсы;
М - сигнал, определяющий режим работы ГЧ;
R - сигнал, начальной установки;
Z1, Z2 - выходы ГЧ.
Диаграмма работы генератора чисел представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Временная диаграмма работы генератора чисел
Обозначения:
- С - синхроимпульсы
- Z1 - младший разряд ГЧ
- Z2 - старший разряд ГЧ
- М - режим работы ГЧ
Проанализировав полученную диаграмму, можно представить последовательность чисел, которую нужно реализовать при построении ГЧ. Эта последовательность имеет вид, представленный в таблице 2.
Таблица 2.
счетчик триггер генератор число
3. Методы и способы построения генератора чисел
3.1 Генератор чисел на базе счетчика Джонсона
3.1.1 Варианты построение счетчика Джонсона и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации
3.1.1.1 Счетчик Джонсона на базе D-триггеров
Так как длина формируемой последовательности чисел равна 6, нам потребуется счетчик Джонсона с модулем пересчета 21. Таблица переходов такого счетчика, использующего сдвиг вправо, приведена в таблице 3.
Таблица 3.
|
Текущее значение разрядов в такте t |
Значение разрядов в следующем такте t+1 |
|||||||||||||||||||||
|
Q11 |
Q10 |
Q9 |
Q8 |
Q7 |
Q6 |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Q11 |
Q10 |
Q9 |
Q8 |
Q7 |
Q6 |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Сигналы возбуждения триггеров |
|||||||||||
|
D11 |
D10 |
D9 |
D8 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Рисунок 3 - Счетчик Джонсона на базе D-триггера
Для того, чтобы нагрузка по току на входные сигналы ГЧ удовлетворяла ТЗ, пропустим входные сигналы через ИМС КР1533ЛА3.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала начальной установки:
Iвх1( R ) = 0,02мА, Iвх0( R ) = 0,1мА.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала синхроимпульса:
Iвх1( С ) = 0,02мА, Iвх0( С ) =0,1мА.
По входным сигналам данная схема удовлетворяет условиям ТЗ.
Задержка переключения счетчика (Тпер.R) по входу «R» равна tзд(КР1533ЛА3) + tзд(КР1533ТМ8) по входу «R» +время опережения установки информации по входу «D» относительно положительного фронта сигнала на входе «С» = 11+23+10 (нс) = 44нс.
Время формирования выходных сигналов счетчика по входу «R» (Тформ. R) равна tзд.(КР1533ЛА3) + tзд(КР1533ТМ8) = 11+23= 34нс.
Задержка переключения счетчика по входу «С» (Тпер.С) равна tзд(КР1533ЛА3) + tзд(КР1533ТМ8) по входу «С» + время опережения установки информации по входу «D» относительно положительного фронта сигнала на входе «С» =11+17+10 (нс) = 38нс.
Время формирования выходных сигналов счетчика по входу «С» (Тформ.С) равна tзд.(КР1533ЛА3) + tзд(КР1533ТМ8) по входу «С» = 11+17=28нс.
3.1.1.2 Счетчик Джонсона на базе JK-триггеров
Таблица переходов счетчика Джонсона на базе JK-триггеров, использующего сдвиг вправо, приведена в таблице 4.
Таблица 4.
|
Текущее значение разрядов в такте t |
Значение разрядов в следующем такте t+1 |
|||||||||||||||||||||
|
Q11 |
Q10 |
Q9 |
Q8 |
Q7 |
Q6 |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Q11 |
Q10 |
Q9 |
Q8 |
Q7 |
Q6 |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Сигналы возбуждения триггеров |
|||||||||||
|
JK11 |
JK10 |
JK9 |
JK8 |
JK7 |
JK6 |
JK5 |
JK4 |
JK3 |
JK2 |
JK1 |
|
|
1- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
|
|
-0 |
1- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
|
|
-0 |
-0 |
1- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
1- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
1- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
1- |
0- |
0- |
0- |
0- |
0- |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
1- |
0- |
0- |
0- |
0- |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
1- |
0- |
0- |
0- |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
1- |
0- |
0- |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
1- |
0- |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
1- |
|
|
-1 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
|
|
-0 |
-1 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
|
|
-0 |
-0 |
-1 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-1 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-1 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-1 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-1 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-1 |
-0 |
-0 |
-0 |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-1 |
-0 |
-0 |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-1 |
-1 |
|
|
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-0 |
-1 |
Построим счетчик Джонсона на ИМС КР1533ТВ9, которая представляет собой два JK-триггера с асинхронным сбросом, Нам потребуется 6 корпусов. Для того, что бы нагрузка по току на входные сигналы ГЧ удовлетворяла ТЗ, пропустим входные сигналы через ИМС КР1533ЛП16, которая представляет собой шесть буферных элементов с повышенной нагрузочной способностью. Итого 7 корпусов, что превышает ранее рассмотренный вариант.
3.1.1.3 Счетчик Джонсона на базе СИС сдвигового регистра
Для построения такого счётчика нам потребуется по меньшей мере 2 корпуса КР1533ИР13. Предварительно рассчитав потребляемую мощность Р =Ucc*2*Icc(КР1533ИР13)=5,5*2*40=440мВт приходим к выводу, что такая схема не удовлетворяет начальным условиям. Таким образом наилучшим вариантом построения является счетчик Джонсона на базе D-триггеров.
3.1.2 Построение генератора чисел на базе счетчика Джонсона
3.1.2.1 Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода Джонсона на элементах «И-НЕ»
Таблица истинности для выходных функций ГЧ в зависимости от режима работы и состояния счетчика Джонсона представлена в таблице 5.
Таблица 5.
|
M |
Q11 |
Q10 |
Q9 |
Q8 |
Q7 |
Q6 |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Z2 |
Z1 |
10-е число |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
3 |
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
2 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
2 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
|
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
2 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
2 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
2 |
Схема, состоящая из представленного на рисунке 3 счетчика Джонсона на базе D-триггеров и преобразователя кодов, представлена на рисунке 4. Для построения схемы преобразователя кодов на элементах «И-НЕ» использованы микросхемы КР1533ЛА3, КР1533ЛА1, КР1533ЛА2, КР1533ЛА22 и КР1533ЛР11.
Рисунок 4 - Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода на «И-НЕ»
Нагрузка по току на источник входного сигнала начальной установки (R):
Iвх1(R) = 0,02мА, Iвх0(R) = 0,1мА.
Нагрузка по току на источник входного синхросигнала (C):
Iвх1(С) = 0,02мА, Iвх0(С) = 0,1мА.
Нагрузка по току на источник входного сигнала режима (M):
Iвх1(М) = 0,02мА, Iвх0(М) = 0,1мА.
По входным сигналам данная схема удовлетворяет условиям ТЗ.
Выходные сигналы Z1 и Z2 снимаются с микросхем КР1533ЛА22, выходной ток которой составляет не менее 30мА, что удовлетворяет условию ТЗ.
Время переключения схемы по входу «R» (Tпер.R) равно tзд.(КР1533ЛА3) + tзд.(КР1533ТМ8) по входу «R» + tзд.(КР1533ЛА3) + tзд.(КР1533ЛА2) + tзд.(КР1533ЛР11) + tзд.(КР1533ЛА22) =11+23+11+12+20+8 (нс) =85нс.
Время формирования выходных сигналов ГЧ (Tформ.R) равно tзд.(КР1533ЛА3) + tзд.(КР1533ТМ8) по входу «R» + tзд.(КР1533ЛА3) + tзд.(КР1533ЛА2) + tзд.(КР1533ЛР11) + tзд.(КР1533ЛА22) =11+23+11+12+20+8 (нс) =85нс.
Время переключения схемы по входу «С» (Tпер.С) равно tзд.(КР1533ЛА3) + tзд.(КР1533ТМ8) по входу «С» + tзд.(КР1533ЛА3) + tзд.(КР1533ЛА2) + tзд.(КР1533ЛР11) + tзд.(КР1533ЛА22) =11+17+11+12+20+8 (нс) =79
Время формирования выходных сигналов ГЧ (Tформ.С) равно tзд.(КР1533ЛА3) + tзд.(КР1533ТМ8) по входу «С» + tзд.(КР1533ЛА3) + tзд.(КР1533ЛА2) + tзд.(КР1533ЛР11) + tзд.(КР1533ЛА22) =11+17+11+12+20+8 (нс) =79
Таким образом схема не удовлетворяет условия ТЗ по задержке.
3.1.2.3 Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода Джонсона на «монтажном ИЛИ»
Проанализировав таблицу 6, делаем вывод, что этот метод построения генератора чисел уступает ранее рассмотренному по критерию оптимизации, в связи с наличием большего числа конъюнктивных термов при минимизации таблицы истинности по “0”.
3.1.2.4 Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода Джонсона на мультиплексорах
Для построения такого генератора потребуются мультиплексоры с большим числом адресных входов, которых нет в наборе ИМС серии КР1533. Для реализации такого мультиплексора на основе имеющихся, потребуется использование многокаскадных схем, нам потребуется более 5 корпусов микросхемы КР1533КП7, что приведёт к выходу за пределы потребляемой мощности.
3.1.2.5 Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода Джонсона на элементах «И-ИЛИ-НЕ»
Выполним минимизацию таблицы 5.
Схема генератора приведена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода на «И-ИЛИ-НЕ»
Нагрузка по току на источник входного сигнала начальной установки (R):
Iвх1(R) = 0,02мА, Iвх0(R) = 0,1мА.
Нагрузка по току на источник входного синхросигнала (C):
Iвх1(С) = 0,02мА, Iвх0(С) = 0,1мА.
Нагрузка по току на источник входного сигнала режима (M):
Iвх1(М) = 0,02мА, Iвх0(М) = 0,1мА.
По входным сигналам данная схема удовлетворяет условиям ТЗ.
Время переключения схемы по входу «R» (Tпер.R) равно tзд.(КР1533ЛН8) + tзд.(КР1533ТМ8) по входу «R» + tзд.(КР1533ЛА3)+ tзд.(КР1533ЛА2) + tзд.(КР1533ЛР11) = 7+23+11+12+20 (нс) =73нс.
Время формирования выходных сигналов ГЧ (Tформ.R) равно tзд.(КР1533ЛН8)+ tзд.(КР1533ТМ8) по входу «R» + tзд.(КР1533ЛА3)+ tзд.(КР1533ЛА2) + tзд.(КР1533ЛР11) = 7+23+11+12+20 (нс) =73нс.
Время переключения схемы по входу «С» (Tпер.С) равно tзд.(КР1533ЛН8)+ tзд.(КР1533ТМ8) по входу «C» + tзд.(КР1533ЛА3)+ tзд.(КР1533ЛА2) + tзд.(КР1533ЛР11) + tзд.(КР1533ЛН8) = 7+17+11+12+20 (нс) =67нс.
Время формирования выходных сигналов ГЧ (Tформ.С) равно tзд.(КР1533ЛН8)+ tзд.(КР1533ТМ8) по входу «C» + tзд.(КР1533ЛА3)+ tзд.(КР1533ЛА2) + tзд.(КР1533ЛР11) = 7+17+11+12+20 (нс) =67нс.
Длительность выходных сигналов ГЧ при переключении по входу «R» будет не менее 1,5Т-Тформ.R = 111-73 (нс)=38нс.
Длительность выходных сигналов ГЧ при переключении по входу «С» будет не менее Т -Тформ.С = 74 нс -67 нс = 7нс.
Таким образом, минимальная длительность выходных сигналов ГЧ равна 7нс.
Потребляемая мощность схемы: Р =Ucc*(3*Icc(КР1533ТМ8) + 1*Icc(КР1533ЛН1) + 5*Icc(КР1533ЛА3) + 4*Icc(КР1533ЛА2) + 1*Icc(КР1533ЛР11)= 5,5*(3*14+4,2+5*3+4*0,9+2,8)=371мВт.
Выходные сигналы Z1 и Z2 снимаются с микросхем КР1533ЛН8 выходной ток которой составляет не менее 30мА, что удовлетворяет условию ТЗ.
Количество ИМС, использованных в составе схемы ГЧ -14шт.
Схема удовлетворяет всем требованиям ТЗ.
Начальная установка ГЧ производится при подаче нулевого сигнала на вход сброса ГЧ (R) . При этом счетчик Джонсона устанавливается в исходное 0-ое состояние и на выходах преобразователя кодов в соответствии с заданным сигналом «М» режимом работы, устанавливается значение первого числа из заданной последовательности чисел. После снятия сигнала сброса по каждому синхроимпульсу к значению счетчика Джонсона прибавляется «1» и на выходах преобразователя кодов формируется очередное число последовательности.
После того, как счетчик Джонсона достиг своего максимального значения (5), по следующему синхроимпульсу он обнуляется и цикл работы ГЧ повторяется.
3.2 Генератор чисел на базе двоичного счетчика
3.2.1 Способы построение двоичного счетчика и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации
3.2.1.1 Построение параллельного суммирующего двоичного счетчика на базе JK-триггера
Таблица переходов параллельного счетчика с модулем пересчета 21, построенного на основе JK - триггеров представлена в таблице 7.
Таблица 6.
|
Текущее значение разрядов в такте t |
Значение разрядов в следующем такте t+1 |
Сигналы возбуждения триггеров |
||||||||||||||||||||
|
10-е число |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
10-е число |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
J5 |
K5 |
J4 |
K4 |
J3 |
K3 |
J2 |
K2 |
J1 |
K1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
- |
0 |
- |
0 |
- |
0 |
- |
1 |
- |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
- |
0 |
- |
0 |
- |
1 |
- |
- |
1 |
|
|
2 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
3 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
- |
0 |
- |
0 |
- |
- |
0 |
1 |
- |
|
|
3 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
4 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
- |
0 |
- |
1 |
- |
- |
1 |
- |
1 |
|
|
4 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
5 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
- |
0 |
- |
- |
0 |
0 |
- |
1 |
- |
|
|
5 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
6 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
- |
0 |
- |
- |
0 |
1 |
- |
- |
1 |
|
|
6 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
7 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
- |
0 |
- |
- |
0 |
- |
0 |
1 |
- |
|
|
7 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
8 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
- |
1 |
- |
- |
1 |
- |
1 |
- |
1 |
|
|
8 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
9 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
- |
- |
0 |
0 |
- |
0 |
- |
1 |
- |
|
|
9 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
10 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
- |
- |
0 |
0 |
- |
1 |
- |
- |
1 |
|
|
10 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
11 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
- |
- |
0 |
0 |
- |
- |
0 |
1 |
- |
|
|
11 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
12 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
- |
- |
0 |
1 |
- |
- |
1 |
- |
1 |
|
|
12 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
13 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
- |
- |
0 |
- |
0 |
0 |
- |
1 |
- |
|
|
13 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
14 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
- |
- |
0 |
- |
0 |
1 |
- |
- |
1 |
|
|
14 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
15 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
- |
- |
0 |
- |
0 |
- |
0 |
1 |
- |
|
|
15 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
16 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
- |
- |
1 |
- |
1 |
- |
1 |
- |
1 |
|
|
16 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
17 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
- |
0 |
0 |
- |
0 |
- |
0 |
- |
1 |
- |
|
|
17 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
18 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
- |
0 |
0 |
- |
0 |
- |
1 |
- |
- |
1 |
|
|
18 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
19 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
- |
0 |
0 |
- |
0 |
- |
- |
0 |
1 |
- |
|
|
19 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
20 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
- |
0 |
0 |
- |
1 |
- |
- |
1 |
- |
1 |
|
|
20 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
- |
1 |
0 |
- |
- |
1 |
0 |
- |
0 |
- |
J5=Q1Q2Q3Q4
K5=Q3
J4=Q1Q2Q3
K4=Q1Q2Q3
J3=Q1Q2
K3=Q1Q2Q5
J2=Q1
K2=Q1
J1=
K1=1
Схема счётчика представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Параллельный двоичный счетчик на базе JK-триггера.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала начальной установки:
Iвх1( R ) = 0,02мА, Iвх0( R ) = 0,1мА.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала синхроимпульса:
Iвх1( С ) = 0,02мА, Iвх0( С ) =0,1мА.
По нагрузке на входные сигналы данная схема удовлетворяет условиям ТЗ.
Время формирования выходных сигналов счетчика по входу «R» (Тформ.R) равно tзд.(КР1533ЛИ1) + tпер.(КР1533ТВ9) по входу «R» =14+19=33 (нс).
Задержка переключения счетчика по входу «R» (Тпер.R) равна tпер.(КР1533 ЛИ1) + tпер.(КР1533ТВ9) по входу «R» + время опережения установки информации по входам «J» и «K» относительно фронта спада на входе «С» триггера =14+19 +14+22 (нс) =69нс.
Время формирования выходных сигналов счетчика по входу «C» (Тформ.C) равно tпер.(КР1533 ЛИ1) + tпер.(КР1533ТВ9) по входу «C» = 14+18=32 (нс)
Задержка переключения счетчика по входу «C» (Тпер.C) равна tпер. (КР1533 ЛИ1) + tпер.(КР1533ТВ9) по входу «C» + tпер.(КР1533 ЛЛ1) + время опережения установки информации по входам «J» и «K» относительно фронта спада на входе «С» триггера = 14+18+14+22 (нс) =68нс.
3.2.1.2 Построение параллельного суммирующего двоичного счетчика на базе D-триггера
Таблица переходов параллельного счетчика с модулем пересчета 21, построенного на основе D-триггеров представлена в таблице 7.
Таблица 7.
|
Текущее значение разрядов в такте t |
Значение разрядов в следующем такте t+1 |
Сигналы возбуждения триггеров |
|||||||||||||||
|
10-е число |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
10-е число |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
2 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
3 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
3 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
4 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
4 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
5 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
5 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
6 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
6 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
7 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
7 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
8 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
8 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
9 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
|
9 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
10 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
10 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
11 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
11 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
12 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
12 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
13 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
13 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
14 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
14 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
15 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
15 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
16 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
16 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
17 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
17 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
18 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
18 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
19 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
19 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
20 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
20 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
D5=Q1Q2Q3Q4
D4=Q4Q4Q4Q1Q2Q3
D3=Q1Q2Q3Q3
D2=Q1Q2
D1=
Схема параллельного двоичного счетчика на базе D-триггера с модулем пересчета 21, в ней используются ИМС КР1533ЛН1, КР1533ЛА3, КР1533ЛА1, КР1533ЛА4 и КР1533ТМ9.
Схема счётчика представлена на рисунке 7.
Рисунок 7 - Параллельный двоичный счетчик на базе D-триггера.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала начальной установки:
Iвх1( R ) = 0,02мА, Iвх0( R ) = 0,1мА.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала синхроимпульса:
Iвх1(С) = 0,02мА, Iвх0(С) =0,1мА.
По нагрузке на входные сигналы данная схема удовлетворяет условиям ТЗ.
Время формирования выходных сигналов счетчика по входу «R» (Тформ.R) равно tпер.(КР1533ТМ9) по входу «R» = 23 (нс).
Задержка переключения счетчика по входу «R» (Тпер.R) равна tпер.(КР1533ТМ9) по входу «R» + tпер.( КР1533ЛН1) + tпер.(КР1533ЛА4)+tпер.(КР1533ЛА1) + время опережения установки информации по входам «J» и «K» относительно фронта спада на входе «С» триггера = 23+11+11+11+10 =66нс.
Время формирования выходных сигналов счетчика по входу «С» (Тформ.С) равно tпер.(КР1533ТМ9) по входу «С» = 17 (нс).
Задержка переключения счетчика по входу «С» (Тпер.С) равна tпер.(КР1533ТМ9) по входу «С» + tпер.( КР1533ЛН1) + tпер.(КР1533ЛА4)+tпер.(КР1533ЛА1) + время опережения установки информации по входам «J» и «K» относительно фронта спада на входе «С» триггера = 17+11+11+11+10 =60нс.
3.2.1.33. Построение двоичного суммирующего счетчика с модулем пересчета 21 на базе СИС КР1533ИЕ19
Таблица истинности для функции обнуления счетчика представлена в таблице 8.
Таблица 8.
|
N |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
F |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
3 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
4 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
5 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
6 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
7 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
8 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
9 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
10 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
11 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
12 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
13 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
14 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
15 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
16 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
17 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
18 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
19 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
20 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
21 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
|
22 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
* |
|
|
23 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
* |
|
|
24 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
* |
|
|
25 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
* |
|
|
26 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
* |
|
|
27 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
* |
|
|
28 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
* |
|
|
29 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
* |
|
|
30 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
* |
|
|
31 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
* |
|
|
32 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
* |
|
Q1 |
Q1 |
|||||||||||
|
Q2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Q2 |
0 |
* |
* |
0 |
|||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
Q4 |
* |
* |
* |
* |
Q4 |
|||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
* |
* |
* |
* |
|||||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
* |
1 |
0 |
|||||
|
Q3 |
Q3 |
|||||||||||
Схема двоичного счетчика с модулем пересчета 21 на базе СИС, использующая микросхемы КР1533ИЕ19 и КР1533ЛИ1 представлена на рисунке 7. Микросхема КР1533ЛИ1 служит для реализации функции сброса (F) при достижении счетчиком максимального значения.
Рисунок 8 - Двоичный суммирующий счетчик на базе СИС КР1533ИЕ19
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала начальной установки:
Iвх1( R ) = 0,02мА, Iвх0( R ) = 0,2мА.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала синхроимпульса:
Iвх1( С ) = 0,02мА, Iвх0( С ) =0,1мА.
По входным сигналам данная схема удовлетворяет условиям ТЗ.
Задержка переключения счетчика по входу «С» равна 2*tпер(КР1533ИЕ19) + tпер(КР1533ЛИ1) + время установления сигнала «F» относительно входа «С» =2*56+14+20 (нс) = 146нс.
Максимальное время формирование выходных сигналов счетчика по входу «С» равно 2*tзд.(КР1533ИЕ19) по входу «С» =112 нс.
Приходим к выводу, что схема не удовлетворяет ТЗ по задержке. Построим тот же счётчик на ИМС КР1533ИЕ18.
Рисунок 9 - Двоичный суммирующий счетчик на базе СИС КР1533ИЕ18
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала начальной установки:
Iвх1( R ) = 0,02мА, Iвх0( R ) = 0,2мА.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала синхроимпульса:
Iвх1( С ) = 0,02мА, Iвх0( С ) =0,1мА.
По входным сигналам данная схема удовлетворяет условиям ТЗ.
Задержка переключения счетчика по входу «С» равна tпер(КР1533ЛА3) + tпер(КР1533ИЕ18) + время установления сигнала «F» относительно входа «С» =11+17+15 = 43нс.
Максимальное время формирование выходных сигналов счетчика по входу «С» равно tзд.(КР1533ЛА3) + tзд.(КР1533ИЕ18) по входу «С» =11+17= 28нс.
Установка схемы в исходное состояние по сигналу «R» происходит синхронно. Таким образом нам удалось подогнать схему под ТЗ. Итого 3 корпуса.
3.2.1.4 Выбор способа построения двоичного счетчика.
Таблица 9.
|
Метод построения счетчика Джонсона |
T формR. |
T перR. |
T формC. |
T перC. |
Кол-во корпусов |
|
|
Параллельный суммирующий двоичный счетчик на базе JK-триггера. |
33нс. |
69нс. |
32нс. |
68нс. |
6 |
|
|
Параллельного суммирующий двоичный счетчик на базе D-триггера. |
23нс. |
66нс. |
17нс. |
60нс. |
8 |
|
|
Двоичный суммирующий счетчик на базе СИС КР1533ИЕ18 |
- |
- |
28 |
43 |
3 |
Как видно из таблицы 9, наилучшим вариантом построения является Двоичный суммирующий счетчик на базе СИС КР1533ИЕ18, для его реализации требуется наименьшее количество микросхем.
3.2.2 Построение генератора чисел на базе двоичного счетчика на базе СИС КР1533ИЕ18
3.2.2.1 Генератор чисел на базе двоичного счетчика с преобразователем кодов на элементах «И-НЕ».
Таблица истинности для преобразователя кодов, реализующего выходные функции ГЧ в зависимости от значений счетчика и заданного режима работы ГЧ приведена в таблице 10.
Таблица 10.
|
N-такта |
M |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Z2 |
Z1 |
10-е число |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
4 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
5 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
6 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
2 |
|
|
7 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
8 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
|
|
9 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
10 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
11 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
12 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
|
|
13 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
14 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
2 |
|
|
15 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
16 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
17 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
18 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
19 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
20 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
|
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
|
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
3 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
5 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
2 |
|
|
6 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
7 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
8 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
9 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
2 |
|
|
11 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
12 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
13 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
14 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
15 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
16 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
17 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
2 |
|
|
18 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
19 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
20 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
Для минимизации используем программу “Carno Minimazer v1.6”
Воспользуемся в качестве основы для построения ГЧ схемой двоичного суммирующего счетчика на базе СИС КР1533ИЕ18. Полученная схема, построенная на микросхемах КР1533ЛП16, КР1533ИЕ18, КР1533ЛА3, КР1533ЛА4, КР1533ЛН1, КР1533ЛА1, КР1533ЛА2 КР1533ЛР11. Схема представлена на рисунке 10.
Рисунок 10 - Генератор чисел на базе двоичного суммирующего счетчика с преобразователем кодов на элементах «И-НЕ».
Выходные сигналы Z1 и Z2 снимаются с усилителя КР1533ЛП16, выходной ток которого составляет не менее 30мА, что удовлетворяет условию ТЗ.
Время формирования выходных сигналов ГЧ по входу «С» равно tпер.(КР1533ЛП16) + tпер.(КР1533ИЕ18) по входу «С» + tпер.(КР1533ЛН1) + tпер.(КР1533ЛА1) + tпер.(КР1533ЛА2) + tпер.(КР1533ЛР11) + tпер.(КР1533ЛА3) = 8+17+11+11+12+20+11=90
Задержка переключения ГЧ по входу «C» равно времени переключения по входу «С» использованного счетчика + tпер.(КР1533ЛН1) + tпер.(КР1533ЛА1) + tпер.(КР1533ЛА2) + tпер.(КР1533ЛР11) + tпер.(КР1533ЛА3) =43 + 11+11+12+20+11=108нс.
Установка схемы в исходное состояние по сигналу «R» происходит синхронно.
Построенная схема не удовлетворяет ТЗ по критериям задержки. При замене всех логических элементов на более мощные аналоги резко возрастает и выходит за критерии потребляемая мощность.
3.2.2.2 Генератор чисел на базе двоичного счетчика с преобразователем кодов на «монтажном ИЛИ»
Проанализировав таблицу 9 и выполнив минимизацию функций по “0”, с помощью программы “Carno Minimizer v1.6”, приходим к выводу, что при минимизации по “0”, получается больше термов, чем при минимизации по “1”, что приведёт только к усложнению схемы. Поэтому этот метод нам не подойдёт.
3.2.2.3 Генератор чисел на базе двоичного счетчика, с преобразователем кодов на мультиплексорах с четырьмя адресными входами
Таблица истинности для преобразователя кодов, реализующего выходные функции ГЧ в зависимости от значений счетчика и заданного режима работы приведена в таблице 11.
Таблица 11.
|
А3(M) |
А2(Q5) |
А1(Q4) |
A0(Q3) |
Q2 |
Q1 |
Z2 |
Входы |
Сигнал |
Z1 |
Входы |
Сигнал |
|
|
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
0 0 0 0 |
B0 |
0 |
1 0 0 0 |
D0 |
||
|
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
0 0 1 0 |
B1 |
1 0 0 0 |
D1 |
|||
|
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
0 0 0 0 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
1 0 0 0 |
B2 |
1 0 0 0 |
D2 |
|||
|
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
1 0 1 0 |
B3 |
1 0 0 0 |
D3 |
|||
|
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
0 0 0 0 |
B4 |
0 |
0 0 1 0 |
D4 |
||
|
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
1 - - - |
B5 |
1 |
0 - - - |
D5 |
0 |
|
|
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
0 0 0 0 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
- - - - |
B6 |
1 |
- - - - |
D6 |
0 |
|
|
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
- - - - |
B7 |
1 |
- - - - |
D7 |
0 |
|
|
1 1 1 1 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
1 0 0 0 |
B8 |
0 1 1 0 |
D8 |
|||
|
1 1 1 1 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
0 1 0 0 |
B9 |
0 0 0 0 |
D9 |
0 |
||
|
1 1 1 1 |
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
0 0 0 0 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
0 0 1 0 |
B10 |
1 1 0 0 |
D10 |
|||
|
1 1 1 1 |
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
0 0 0 0 |
B11 |
0 |
0 1 0 0 |
D11 |
||
|
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
0 0 0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
0 1 0 0 |
B12 |
0 0 0 1 |
D12 |
|||
|
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
0 0 0 0 |
1 1 1 1 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
1 - - - |
B13 |
1 |
0 - - - |
D13 |
0 |
|
|
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
0 0 0 0 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
- - - - |
B14 |
1 |
- - - - |
D14 |
0 |
|
|
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
1 1 1 1 |
0 0 1 1 |
0 1 0 1 |
- - - - |
B15 |
1 |
- - - - |
D15 |
0 |
Воспользуемся в качестве основы для построения ГЧ схемой двоичного суммирующего счетчика на базе СИС КР1533ИЕ18. Полученная схема, построенная на микросхемах КР1533ИЕ18, КР1533ЛИ1, КР1533ЛН1, КР1533ЛИ1, КР1533КП7, КР1533ЛР11. Схема представлена на рисунке 11.
Рисунок 11 - Генератор чисел на базе двоичного суммирующего счетчика с преобразователем кодов на мультиплексорах.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала начальной установки:
Iвх1( R ) = 0,02мА, Iвх0( R ) = 0,2мА.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала синхроимпульса:
Iвх1( С ) = 0,02мА, Iвх0( С ) =0,1мА.
По входным сигналам данная схема удовлетворяет условиям ТЗ.
Выходные сигналы Z1 и Z2 снимаются с микросхем КР1533ЛЕ1, служащая инвертором выходных сигналов, снятых с КР1533ЛР11, выходной ток которой составляет не менее 30мА, что удовлетворяет условию ТЗ.
Р =Ucc*(2*Icc(КР1533ИЕ18) + 1*Icc(КР1533ЛП16) + 1*Icc(КР1533ЛИ1) + 1*Icc(КР1533ЛН1) + 1*Icc(КР1533ЛЕ1) + 4*Icc(КР1533КП7) + 1*Icc(КР1533ЛР11) =5,5*(2*21 + 1*10,6 + 1*4 + 1*4,2 + 1*4 + 4*12 + 1*2,8)=588,1мВт.
Таким образом, схема не удовлетворяет требованиям ТЗ по потребляемой мощности.
Генератор чисел на базе двоичного счетчика с преобразователем кодов на И-ИЛИ-НЕ
Проанализировав таблицу 9 и выполнив минимизацию функций по “0”, с помощью программы “Carno Minimizer v1.6”, приходим к выводу, что при минимизации по “0”, получается больше термов, чем при минимизации по “1”, что приведёт только к усложнению схемы. Поэтому этот метод нам не подойдёт.
3.3 Генератор чисел на базе кольцевого счетчика
3.3.1 Варианты построение кольцевого счетчика и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации
3.3.1.1 Построение кольцевого счетчика на базе сдвигового регистра, в качестве которого использована СИС
Построим кольцевой счетчик на базе микросхемы КР1533ИР13, которая представляет собой восьмиразрядный сдвиговый регистр. Для построения счётчика с модулем пересчёта 21 потребуется 3 корпуса КР1533ИР13. Предварительно рассчитав потребляемую мощность: Р=Ucc*3*Icc(КР1533ИР13)=5,5*3*40=660, приходим к выводу, что счётчик не будет удовлетворять критерию потребляемой мощности. Дальнейшее построение счётчика не имеет смысл.
3.3.1.2 Построение кольцевого счетчика на базе счетчика Джонсона с дешифратором кода Джонсона
В качестве основы для построения рассматриваемого типа кольцевого счетчика целесообразно использовать ранее разработанную оптимальную схему счетчика Джонсона, представленную на рисунке 3. Таблица истинности для дешифратора кода Джонсона представлена в таблице 12.
Таблица 12.
|
N-такта число) |
Состояние |
Кольцевой счетчик |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
Q11 |
Q10 |
Q9 |
Q8 |
Q7 |
Q6 |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Y1 |
Y2 |
Y3 |
Y4 |
Y5 |
Y6 |
Y7 |
Y8 |
Y9 |
Y10 |
Y11 |
Y12 |
Y13 |
Y14 |
Y15 |
Y16 |
Y17 |
Y18 |
Y19 |
Y20 |
Y21 |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
2 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
3 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
4 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
5 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
6 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
7 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
8 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
9 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
10 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
11 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
12 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
13 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
14 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
15 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
16 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
17 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
18 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
19 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
20 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Схема кольцевого счетчика на базе счетчика Джонсона (представленного на рисунке 3) с дешифратором кода Джонсона, собранная на микросхемах КР1533ТМ8и КР1533ЛИ1 представлена на рисунке 12.
Рисунок 12 - Кольцевой счетчик на базе счетчика Джонсона с дешифратором кода Джонсона
Таким образом, для построения счётчика потребовалось 9 корпусов.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала начальной установки:
Iвх1( R ) = 0,02мА, Iвх0( R ) = 0,1мА.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала синхроимпульса:
Iвх1( С ) = 0,02мА, Iвх0( С ) = 0,1мА.
По входным сигналам данная схема удовлетворяет условиям ТЗ.
Время формирования выходных сигналов счетчика по входу «R» (Tформ.R) равно tзд.(КР1533ЛИ1) + tзд.(КР1533ТМ8) по входу «R» =14+23 (нс) =37 нс.
Время формирования выходных сигналов счетчика по входу «С» (Tформ.С) равно tзд.(КР1533ЛИ1)+ tзд.(КР1533ТМ8) по входу «С» =14+17 (нс) =31с.
Задержка переключения счетчика по входу «R» (Tпер.R) равна tзд.(КР1533ТМ8) по входу «R» + 2*tзд.(КР1533ЛИ1) +время предустановки сигналов на входах «D» микросхемы DD1 относительно переднего фронта сигнала «С» =23+2*14+10 (нс) =61 нс.
Задержка переключения счетчика по входу «С» (Tпер.С) равна tзд(КР1533ТМ8) по входу «С» +2* tзд.(КР1533ЛИ1) + время предустановки сигналов на входах «D» микросхемы DD1 относительно переднего фронта сигнала «С» =17+2*14+10 (нс) =55 нс.
3.3.1.3 Построение кольцевого счетчика на базе сдвигового регистра, построенного на D-триггерах
Так как длина нашей последовательности равна 21, то для построения такого счётчика нам понадобится 4 корпуса ИМС КР1533ТМ9, которая представляет собой шесть триггеров D -типа с прямыми выходами, что соответствует длине нашей последовательности. Схема приведена на рисунке 11.
Рисунок 12 - Кольцевой счетчик на базе D-триггеров
Рассчитав мощность: Р=Ucc*4*Icc(КР1533ТМ9)=5,5*4*19=418мВ, приходим к выводу, что схема не удовлетворяет условие ТЗ по потребляемой мощности. Можно заменить микросхему КР1533ТМ9 на другую. В составе серии микросхем, представляющих собой D-триггеры с синхровходом мы можем воспользоваться КР1533ТМ2, представляющую собой 2 D-триггера с синхровходом. Для построения счётчика на базе такой микросхемы потребуется 11 корпусов, что превышает АЗ счётчика, рассмотренного в предыдущем пункте.
3.3.1.4 Построение кольцевого счетчика на базе двоичного счетчика с дешифратором
Таблица истинности для дешифратора двоичного кода, формируемого счетчиком, представлена в таблице 13. Поскольку данный дешифратор является неполным, его выходные функции могут быть минимизированы.
Таблица 13.
|
N-такта (число) |
Состояние дв. cчетчика |
Выходы кольцевого счетчика |
|||||||||||||||||||||||||
|
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Y1 |
Y2 |
Y3 |
Y4 |
Y5 |
Y6 |
Y7 |
Y8 |
Y9 |
Y10 |
Y11 |
Y12 |
Y13 |
Y14 |
Y15 |
Y16 |
Y17 |
Y18 |
Y19 |
Y20 |
Y21 |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
2 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
3 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
4 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
5 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
6 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
7 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
8 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
9 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
10 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
11 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
12 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
13 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
14 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
15 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
16 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
17 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
18 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
19 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
20 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
21 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
|
|
22 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
|
|
23 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
|
|
24 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
|
|
25 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
|
|
26 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
|
|
27 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
|
|
28 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
|
|
29 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
|
|
30 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
|
|
31 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
Для построения такого счётчика потребуется не менее 21 корпуса ИМС КР1533ЛА2, что превышает АЗ счётчиков, рассмотренных в пункте 4.3.1.2.
3.3.1.5 Выбор способа построения кольцевого счетчика
Таблица 14.
|
Метод построения счетчика Джонсона |
T формR. |
T перR. |
T формC. |
T перC. |
Мощность, (мВт) |
Кол-во корпусов |
|
|
Построение кольцевого счетчика на базе сдвигового регистра, в качестве которого использована СИС |
- |
- |
- |
- |
660 |
3+ |
|
|
Кольцевой счетчик на базе счетчика Джонсона с дешифратором кода Джонсона |
37нс. |
61нс. |
31нс. |
55нс. |
- |
9 |
|
|
Кольцевой счетчик на базе D-триггеров |
- |
- |
- |
- |
418 |
11 |
|
|
Кольцевого счетчик на базе двоичного счетчика с дешифратором |
- |
- |
- |
- |
- |
21+ |
Как видно из таблицы 14, наилучшим вариантом построения является Кольцевой счетчик на базе счетчика Джонсона с дешифратором кода Джонсона, для его реализации требуется наименьшее количество микросхем.
3.3.2 Построение генератора чисел на базе кольцевого счетчика
Таблица соответствий выходов кольцевого счетчика формируемым числам представлена в таблице 15.
Таблица 15
|
Режим |
M=0 |
M=1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Y1 |
Y2 |
Y3 |
Y4 |
Y5 |
Y6 |
Y7 |
Y8 |
Y9 |
Y10 |
Y11 |
Y12 |
Y13 |
Y14 |
Y15 |
Y16 |
Y17 |
Y18 |
Y19 |
Y20 |
Y21 |
Y1 |
Y2 |
Y3 |
Y4 |
Y5 |
Y6 |
Y7 |
Y8 |
Y9 |
Y10 |
Y11 |
Y12 |
Y13 |
Y14 |
Y15 |
Y16 |
Y17 |
Y18 |
Y19 |
Y20 |
Y21 |
||
|
10-е число |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
0 |
3 |
0 |
0 |
0 |
3 |
0 |
2 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
2 |
1 |
1 |
0 |
0 |
2 |
0 |
0 |
1 |
1 |
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
2 |
0 |
1 |
2 |
|
|
Z1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
Z2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Из таблицы следует, что выражения для выходных функций ГЧ (Z1 и Z2) будут иметь следующий вид:
Для реализации полученных булевых функций требуются логические элементы «И-НЕ» с количеством входов не менее 10 и 9. Таких элементов нет, поэтому будем использовать каскад из логических элементов «3И» микросхемы КР1533ЛИ3 с задержкой 10 нс и логических элементов с повышенной нагрузочной способностью «4И-НЕ» микросхемы КР1533 ЛА22 с задержкой 8 нс. Для построения схемы воспользуемся кольцевым счетчиком на базе счетчика Джонсона с дешифратором кода Джонсона.
Такая схема ГЧ на базе кольцевого счетчика с преобразователем кодов c применением логических элементов «И-НЕ» и «И», построенная на микросхемах КР1533ТМ8, КР1533ЛА3, КР1533ЛИ1, КР1533ЛИ3 и КР1533ЛА22 представлена на рисунке 13.
Рисунок 13 - Генератор чисел на базе кольцевого счетчика с преобразователем кодов на элементах «И-НЕ» и «И»
Время переключения ГЧ по входу «С» (Тпер.С) и время формирования выходных сигналов ГЧ по входу «С» (Тформ.С) равно tзд.(КР1533ТМ8) по входу «С» + tзд.(КР1533ЛА3) + tзд.(КР1533ЛИ1) + tзд.(КР1533ЛИ3) + tзд.(КР1533ЛА22)= 23+11+14+10+8=66
Потребляемая мощность: Р =Ucc**(3*Icc(КР1533ТМ8) + 6*Icc(КР1533ЛА3) + 5*Icc(КР1533ЛИ1) + 2*Icc(КР1533ЛИ3) + 1*Icc(КР1533ЛА22) = 5,5*(3*14 + 6*3 + 5*4 + 2*3 + 1*3,9)=494,45
Таким образом, построенный генератор не отвечает требованиям ТЗ по потребляемой мощности.
3.4 Генератор чисел на основе сдвигового регистра
3.4.1 Генератор чисел на основе сдвигового регистра, построенного на СИС
В данном методе необходимо разложить все числа двух последовательностей на разряды в виде двоичных последовательностей и реализовать каждую двоичную последовательность на отдельном циклическом сдвиговом регистре путем первоначальной загрузки двоичной последовательности в разрядную сетку регистра и дальнейшего сдвига последовательности в сторону разрядов первых чисел последовательности и считыванием этих разрядов. Эта методика наглядно демонстрирует схема сдвига разрядов с указанием исходных состояний разрядов регистров, представленная на рисунке 14.
Рисунок 14 - Схема сдвига разрядов
Предварительно рассчитав аппаратные затраты, приходим к выводу, что для построения такого генератора потребуется 6 корпусов ИМС КР1533ИР13, по 3 корпуса на Zn. Рассчитаем потребляемую мощность такого генератора Р = Ucc*6*Icc(КР1533ИР13)=5,5*6*40=1320мВт. Таким образом, этот метод построения генератора не удовлетворяет критерию ТЗ по мощности.
3.4.2 Генератор чисел на основе сдвигового регистра построенного на триггерах
В связи с тем, что начальное состояние сдвиговых регистров зависит от выбранного режима работы ГЧ, для построения схемы сдвиговых регистров можно использовать только триггеры со входами асинхронной установки в «0» и «1». Среди микросхем серии КР1533 этим требованиям отвечают микросхемы КР1533ТМ2 и КР1533ТB9. Для построения такого счётчика потребуется по меньшей мере 21 корпус ИМС. Для КР1533ТМ2, придётся на выходе ставить усилители по току, что внесёт дополнительные АЗ, поэтому выбираем КР1533ТB9.
Схема сдвига разрядов с указанием исходных состояний триггеров представлена на рисунке 15.
Рисунок 15 - Схема сдвига разрядов с указанием исходных состояний триггеров.
Предварительно посчитав потребляемую мощность:
Р = Ucc*21*Icc(КР1533ТВ9)=5,5*21*4,5=519,75мВ,
приходим к выводу, что данная схема превышает критерий по мощности.
3.5 Параллельный генератор чисел на базе триггеров
3.5.1 Параллельный генератор чисел на базе D - триггеров
Таблица переходов параллельного ГЧ и функций возбуждения D-триггеров представлена в табл. 16.
Таблица 16.
|
M |
10-e |
Q6(Z2) |
Q5(Z1) |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
10-e |
Q6 |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
3 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
3 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
3 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
0 |
3 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Проминимизировав D1 замечаем, что для реализации функции потребуется не менее 12 корпусов КР1533ЛА2. Таким образом видно, что аппаратные затраты для реализации генератора превысят рассмотренные ранее в пункте 4.1.2.4.
3.5.2 Параллельный генератор чисел на базе JK-триггеров
Таблица 17.
|
M |
10-e |
Q6(Z2) |
Q5(Z1) |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
10-e |
Q6 |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
J1K1 |
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 - |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 - |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
-1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 - |
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
- 0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
- 1 |
|
|
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 - |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
3 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 - |
|
|
0 |
3 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 - |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
- 1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 - |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
3 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
- 0 |
|
|
0 |
3 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
- 1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 - |
|
|
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
- 1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
- 0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 - |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
- 0 |
|
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
- 0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 - |
|
|
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 - |
|
|
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 - |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 - |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
- 1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 - |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
- 0 |
|
|
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
- 1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 - |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
- 1 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 - |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
- 1 |
|
|
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 - |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 - |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
- 1 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 - |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 - |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
-1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 - |
|
|
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
- 0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
- 0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
- 1 |
|
|
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 - |
Проанализировав таблицу 17 выполнив минимизацию функций
Приходим к выводу, что для реализации этой функции потребуется 7 корпусов КР1533ЛА2, КР1533ЛН1, КР1533ЛР11 и КР1533ТВ9, итого 10 корпусов. В дальнейшем, для построения такого генератора нам потребуется ещё минимум 2 корпуса КР1533ТВ9, 5 корпусов КР1533ЛР11 и несколько КР1533ЛА2. Таким образом, очевидно, что данный вариант по АЗ превышает ранее рассмотренный в пункте 4.1.2.4.
4. Сравнительный анализ рассмотренных способов построения ГЧ
Таблица 18.
|
Наименование метода построения |
T формR. |
T перR. |
T формC. |
T перC. |
Длительность выходных сигналов ГЧ (нс) |
Мощность, (мВт) |
Кол-во корпусов |
|
|
Техническое задание |
106 |
111 |
69 |
74 |
5 |
400 |
46 |
|
|
Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода Джонсона на элементах «И-ИЛИ-НЕ» |
73нс. |
73нс. |
67нс. |
67нс. |
7 |
371 |
14 |
Выбор наилучшего варианта определяется критерием оптимизации. При разработке данного генератора чисел в качестве такого критерия выступает минимум АЗ. В процессе рассмотрения способов построения генератора чисел было установлено, что только Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода Джонсона на элементах «И-ИЛИ-НЕ», рассмотренный в пункте 4.1.2.4, удовлетворяет заданным критериям, он же является оптимальным. Для построения такого генератора с модулем пересчёта 21, потребуется 14 корпусов ИМС серии КР1533.
5. Техническое описание генератора чисел
Начальная установка ГЧ производится при подаче нулевого сигнала на вход сброса ГЧ (R). При этом, в соответствии с заданным сигналом (М) режимом работы, асинхронно устанавливается исходное значение всех триггеров, а на выходах ГЧ формируется первое число из заданной последовательности чисел. После снятия сигнала сброса ГЧ (R) по каждому синхроимпульсу в пределах каждого из циклических регистров «Х» и «Y» происходит сдвиг и на выходах преобразователя кодов (Z1 и Z2) формируется очередное число из заданной последовательности чисел.
После поступления каждых 21 синхроимпульсов циклические сдвиговые регистры возвращаются в исходное состояние и цикл работы ГЧ повторяется.
Заключение
В ходе работы над проектом была рассмотрена задача разработки генератора чисел. На основе анализа технического задания из множества вариантов был выбран оптимальный вариант её решения, который отвечает всем условиям технического задания.
Была проведена детальная проработка большинства вариантов проектирования генератора чисел. В ходе работы производился расчет всех необходимых для анализа параметров.
Все схемы проходили проверку на работоспособность в виде модели в системе проектирования Quartus II 9.1sp2 Web Edition. Для минимизации логических функций более, чем от 5 переменных использовалась программа “Carno Minimiser v1.6”.
Список литературы
1. И.И. Петровский, А.В. Прибыльский, А.А. Троян, В.С. Чувелев. Логические ИС КР1533, КР1554. Справочник. Часть 1,2. "БИНОМ", Москва, 1993.
2. В.Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы. «Радио и Связь», Москва, 1987.
3. В.И. Бойко, А.Н. Гуржий, В.Я. Жуйков, А.А. Зори, В.М. Спивак, В.В. Багрий. Схемотехника электронных систем. Цифровые устройства.
Приложение 1
Схема электрическая принципиальная и Перечень элементов
Схема электрическая принципиальная
Генератор чисел
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Анализ разработки преобразователя кода из прямого двоичного и циклического кода Джонсона. Описание функций и синтеза структуры устройства и функциональных узлов. Изучение проектирования регистра памяти, мультиплексора, сдвигового регистра и счетчика.
практическая работа [261,7 K], добавлен 08.03.2012Классификация счётчиков электронных импульсов. Составление таблицы функционирования счетчика, карт Карно, функций управления входов для триггеров. Выбор типа логики, разработка принципиальной схемы и блока индикации, временная диаграмма работы счётчика.
контрольная работа [130,9 K], добавлен 10.01.2015Анализ работы двоичного интегрального счетчика и двоично-десятичного дешифратора. Подключение неиспользуемых входов к шине питания, "общему" проводу или другому используемому входу. Анализ временной диаграммы дешифратора. Устройство счетчика Джонсона.
лабораторная работа [211,1 K], добавлен 18.06.2015Практическое изучение логических элементов, реализующих элементарные функции алгебры логики. Классификация и параметры триггеров, принципы построения асинхронных и синхронных RS-триггеров. Изучение работы синхронного двоичного счетчика на j-k триггерах.
лабораторная работа [1,4 M], добавлен 28.06.2013Анализ и синтез асинхронного счетчика с КСЧ=11 в коде 6-3-2-1 и с типом триггеров JJJJ, его назначение, разновидности и технические характеристики. Пример работы суммирующего счетчика. Синтез JK–триггера (устройства для записи и хранения информации).
курсовая работа [2,4 M], добавлен 25.07.2010Проектирование счетчика-делителя параллельного типа с использованием JK-триггеров на основе логического базиса. Определение требований к быстродействию триггеров и логических элементов. Анализ функционирования узла с помощью временных диаграмм сигналов.
курсовая работа [578,3 K], добавлен 06.12.2012Эквивалентное преобразование электрических схем. Расчёт транзисторных схем. Факторы схемотехнической реализации счетчика. Проектирование JK-, T-триггеров и четырехразрядного счётчика. Исследование схемы счетчика на сложение с последовательным переносом.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 13.06.2012Микрооперации над кодовыми словами, которые выполняют в цифровых схемах счетчики. Структурная схема триггера К155ТВ1, электрические параметры. Принцип работы цифрового счетчика, построение таблицы истинности, моделирование в программе Micro-Cap.
курсовая работа [747,2 K], добавлен 11.03.2013Подсчет числа сигналов, поступающих на вход реверсивного счетчика, фиксации числа в виде кода, хранящегося в триггерах. Разработка структурной и функциональной схем счетчика, выбор элементной базы устройства. Электрические параметры микросхемы КР1533.
курсовая работа [670,1 K], добавлен 07.01.2014Понятие и назначение счетчика, его параметры. Принцип построения суммирующего и вычитающего счетчика. Универсальность реверсивного счетчика. Счетчики и делители с коэффициентом пересчета, отличным от 2n. Счетчики со сквозным переносом (разные триггеры).
реферат [2,0 M], добавлен 29.11.2010
