Структура генератора чисел (ГЧ), как «тёмного коробки».
Генератор чисел (ГЧ) – это функциональный узел при подаче на вход которого серий синхроимпульсов на выходах формируется циклическая последовательность n-разрядных бинарных чисел. Структура ГЧ как «тёмного коробки» продемонстрирована на рис.1.
| ГЧ |
| G |
С Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
Z7
Z8
Z9
R Z10
Рис.1. Структура генератора чисел.
ГЧ – генератор чисел;
G – генератор тактовых импульсов;
С – синхроимпульсы;
R – сигнал начальной установки;
Z1-10 – выходы ГЧ.
Временная диаграмма работы ГЧ, как «тёмного коробки».
Рис.2. Временная диаграмма работы генератора чисел.
Обозначения:
С – синхроимпульсы;
Z1-10 – выходы ГЧ.
Проанализировав взятую диаграмму, возможно представить последовательность чисел, которую необходимо реализовать при построении ГЧ. Эта последовательность имеет форму, представленный в таблице 2.
Таблица 2.
| Последовательность |
| 1-2-4-8-16-32-64-128-256-128-64-32-16-8-4-2-1-256-512-2-4-2-4-8 |
способы и Методы построения ГЧ.
Генератор чисел на базе счетчика Джонсона.
Варианты построения счетчика Джонсона и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации.
В базе ГЧ обязан лежать счетчик Джонсона, модуль пересчета которого равен длине последовательности чисел, т.е. 24.
2*n=N = n=12
где n – разрядность счётчика Джонсона,
N – количество считываемых значений счётчика (модуль пересчёта).
Таблица 3.
| № | q11 | q10 | q9 | q8 | q7 | q6 | q5 | q4 | q3 | q2 | q1 | q0 | Z1 | Z2 | Z3 | Z4 | Z5 | Z6 | Z7 | Z8 | Z9 | Z10 |
Упрощенная схема счетчика Джонсона на базе триггеров, применяющих сдвиг вправо на рис.3.
| q11 | q10 | q9 | q8 | q7 | q6 | q5 | q4 | q3 | q2 | q1 |
q0
Рис.3. Упрощенная схема счетчика Джонсона на базе триггеров.
Счетчик Джонсона на базе D-триггеров.
Для реализации пригодится 12 триггеров. При выборе микросхемы триггера, применяемого для реализации в качестве базы, будем руководствоваться минимальными аппаратными затратами, нужными для удовлетворения ограничений ТЗ. Исходя из этого разглядим следующие микросхемы триггеров: КР1533ТМ7, КР1533ТМ8, КР1533ТМ9.
Выбираем мс КР1533ТМ8, т.к. у неё присутствуют инверсные выходы, что облегчит нам построение ПК (преобразователя кода) тем самым уменьшит аппаратные затраты, кроме этого присутствует вход начального сброса R что избавит нас от лишних аппаратных затрат, и кроме этого требуется меньший входной ток большого уровня на вход С, чем у входа Е в мс КР1533ТМ7. Для реализации счетчика нам пригодится 3 мс КР1533ТМ8.
Вычислим потребляемую мощность:
Р (КР1533ТМ8)=Ucc*(3*Icc(КР1533ТМ8) ) =5,5*(3*14)= 231мВт.
Как видно, потребляемая мощность, без сложения с потребляемой мощностью вторых микросхем, каковые пригодятся для построения ПК, не будет быть больше заданное ограничение ТЗ.
Схема взятого счетчика представлена на рис.4.
Рис.4. Счетчик Джонсона на базе D-триггеров.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала начальной установки:
IiH( R ) = 0,02*3 = 0,06мА, IiL( R ) = 0,1*3 = 0,3направляться.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала синхроимпульса:
IiH( С ) = 0,02*3 = 0,06мА, IiL( С ) = 0,1*3 = 0,3мА.
По входным сигналам эта схема не удовлетворяет условиям ТЗ. 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 свойством. Полученная в следствии схема представлена на рис.5.
Рис.5. Счетчик Джонсона на базе D-триггеров, согласованный по входному току.
Вычислим потребляемую мощность с учетом мс КР1533ЛП16:
Р = Ucc*(3*Icc(КР1533ТМ8) + Icc(КР1533ТМ8) ) = 5,5*(3*14+10,6) = 289,3мВт
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала начальной установки:
IiH( R ) = 0,02мА, IiL( R ) = 0,1мА.
Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала синхроимпульса:
IiH( С ) = 0,02мА, IiL( С ) = 0,1мА.
Задержка переключения счетчика (Тпер.С)по входу «С» равна tзд.(КР1533ЛП16) + tзд.(КР1533ТМ8) по входу «С» + время опережения установки информации по входу «D» довольно хорошего фронта сигнала на входе «С» = 8+17+10 (нс) = 35нс.
Время формирования выходных сигналов счетчика (Тформ.С)по входу «С» равна tзд.(КР1533ЛП16) + tзд.(КР1533ТМ8) по входу «С» = 8+17 (нс) = 25нс.
Задержка переключения счетчика (Тпер.R) по входу «R» равна tзд.(КР1533ЛП16) + tзд.(КР1533ТМ8) по входу «R» + время опережения установки информации по входу «D» довольно хорошего фронта сигнала на входе «С» = 8+23+10 нс = 41нс.
Время формирования выходных сигналов счетчика (Тформ.R) по входу «R» равна tзд(КР1533ЛП16) + tзд(КР1533ТМ8) по входу «R» = 8+23 нс = 31нс.
Варианты построение кольцевого счетчика и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации.
Заключение.
На протяжении работы над проектом была рассмотрена задача разработки генератора чисел. На базе анализа технического задания из множества вариантов был выбран хороший вариант её решения, что отвечает всем условиям технического задания.
Была совершена детальная проработка большинства вариантов проектирования генератора чисел. На протяжении работы производился расчет всех нужных для анализа параметров. Все схемы проходили диагностику на работоспособность в виде модели в совокупности проектирования Altera Quartus II 9.0 Web Edition.
Перечень использованной литературы.
1. П.П. Мальцев, Н.С. Долидзе, М.И. Критенко др. Справочник. Цифровые интегральные микросхемы. «Радио и сообщение», Москва, 1994 г.
2. В.Л. Шило. Популярные микросхемы КМОП серии К176, К561, К564, КР1561, К1554, К1564, К1594. «Массовая радио библиотека», Москва, 2001 г.
3. Т.М. Рахимов. Справочник по микросхемам серии К155. «Техническая библиотека инженера», Новосибирск, 1991 г.
4. Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Под ред. Б.В.Тарабрина. Интегральные микросхемы. Справочник. «Радио и сообщение», Москва, 1983 г.
5. И.И. Петровский, А.В. Прибыльский, А.В. Троян, В.С. Чувелев. Логические ИС КР1533, КР1554. Справочник в двух частях. Часть 1, 2. «Двучлен», Москва, 1993 г.
9. Содержание.
1. Техническое задание……………………………………………………………………………………………………………………..2
2. Структура ГЧ, как «тёмного коробки»………………………………………………………………………………………………3
3. Временная диаграмма работы ГЧ, как «тёмного коробки»…………………………………………………………………3
4. способы и Методы построения ГЧ…………………………………………………………………………………………………4
4.1. Генератор чисел на базе счетчика Джонсона……………………………………………………………………………….4
4.1.1. Варианты построения счетчика Джонсона и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации…………………………………………………………………………………………………………………………………….4
4.1.1.1. Счетчик Джонсона на базе D-триггеров…………………………………………………………………………………4
4.1.1.2. Счетчик Джонсона на базе JK-триггеров……………………………………………………….……7
4.1.1.3. Счетчик Джонсона на базе СИС сдвигового регистра………………………………………………….7
4.1.1.4. Выбор метода построения счетчика Джонсона…………………………………………………….7
4.1.2. Построение генератора чисел на базе счетчика Джонсона и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации……………………………………………………………………………………..7
4.1.2.1. Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода на элементах «И-НЕ»…7
4.1.2.2. Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода на «монтажном Либо».12
4.1.2.3. Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода на элементах «И-ИЛИ-НЕ»…………………………………………………………………………………………………………….14
4.1.2.4. Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода на мультиплексорах….16
4.1.2.5. Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода на мультиплексорах и на элементах «И-ИЛИ-НЕ»………………………………………….…………………………………………..20
4.1.2.6. Выбор метода построения ГЧ на базе счетчика Джонсона………………………………………22
4.2. Генератор чисел на базе бинарного счетчика………………………………………………………….22
4.2.1. Методы построения бинарного счетчика и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации…………………………………………………………………………………………………..22
4.2.1.1. Построение параллельного бинарного счетчика на базе D-триггера…………………………….22
4.2.1.2. Построение параллельного бинарного счетчика на базе JK-триггера……………………………26
4.2.1.3. Построение бинарного счетчика с модулем пересчета 24 на базе СИС КР1533ИЕ18……….…29
4.2.1.4. Построение бинарного счетчика с модулем пересчета 24 на базе последовательного счётчика……………………………………………………………………………………………………….31
4.2.1.5. Выбор метода построения бинарного счетчика………………………………………………..…33
4.2.2. Построение генератора чисел на базе бинарного счетчика и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации……………………………………………………………………………………34
4.2.2.1. Генератор чисел на базе бинарного счетчика с преобразователем кодов на элементах
«И-НЕ»…………………………………………………………………………………………………………34
4.2.2.2. Генератор чисел на базе бинарного счетчика с преобразователем кодов на «монтажном Либо»…………………………………………………………………………………………………………..37
4.2.2.3. Генератор чисел на базе бинарного счетчика с преобразователем кодов на элементах «И-ИЛИ-НЕ»…………………………………………………………………………………………………………….38
4.2.2.4. Генератор чисел на базе бинарного счетчика с преобразователем кодов на мультиплексорах………………………………………………………………………………………………38
4.2.2.5. Генератор чисел на базе бинарного счетчика с преобразователем кодов на мультиплексорах и на микросхемах КР1533ЛИ6 и КР1533ЛА2…………………………………………………………………41
4.2.2.6. Выбор метода построения ГЧ на базе бинарного счетчика………………………………………42
4.3. Генератор чисел на базе кольцевого счетчика…………………………………………………………43
4.3.1. Варианты построение кольцевого счетчика и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации…………………………………………………………………………………………………..43
4.3.1.1. Построение кольцевого счетчика на базе сдвигового регистра, в качестве которого использована СИС……………………………………………………………………………………………43
4.3.1.2. Построение кольцевого счетчика на базе на D-триггеров…………………………………….…..44
4.3.1.3. Построение кольцевого счетчика на базе счетчика Джонсона с дешифратором кода Джонсона………………………………………………………………………………………………………46
4.3.1.4. Построение кольцевого счетчика на базе дешифраторов и двоичного счётчика-демультиплексоров с инверсными выходами……………………………………………………………….48
4.3.1.5. Выбор метода построения кольцевого счетчика………………………………………………….50
4.3.2. Построение генератора чисел на базе кольцевого счетчика и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации……………………………………………………………………………………50
4.3.2.1. Генератор чисел на базе кольцевого счетчика с преобразователем кодов на элементах «И-НЕ»…………………………………………………………………………………………………………….50
4.3.2.2. Генератор чисел на базе кольцевого счетчика с преобразователем кодов на элементах «Либо»…………………………………………………………………………………………………………52
4.3.2.3. Генератор чисел на базе кольцевого счетчика с преобразователем кодов на «монтажном Либо»…………………………………………………………………………………………………………..55
4.3.2.4. Генератор чисел на базе кольцевого счетчика с преобразователем кодов на элементах «И-ИЛИ-НЕ»…………………………………………………………………………………………………………….55
4.3.2.5. Генератор чисел на базе кольцевого счетчика с преобразователем кодов на мультиплексорах………………………………………………………………………………………………55
4.3.2.6. Выбор метода построения ГЧ на базе кольцевого счетчика……………………………………..55
4.4. Генератор чисел на базе сдвигового регистра и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации…………………………………………………………………………………………………..55
4.4.1. Генератор чисел на базе сдвигового регистра, выстроенного на СИС………………………….55
4.4.2. Генератор чисел на базе сдвигового регистра, выстроенного на триггерах…………………….56
4.4.3. Выбор метода построения ГЧ на базе сдвигового регистра……………………………………..56
4.5. Параллельный генератор чисел на базе триггеров и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации………………………………………………………………………………………57
4.5.1. Параллельный генератор чисел на базе D-триггеров………………………………………………..57
4.5.2. Параллельный генератор чисел на базе JK-триггеров………………………………………………60
4.5.3. Выбор метода построения параллельного генератора чисел на базе триггеров………………….60
5. Сравнительный анализ рассмотренных способов построения ГЧ………………………………………61
6. Техническое описание генератора чисел…………………………………………………………………61
7. Заключение…………………………………………………………………………………………………61
8. Перечень использованной литературы……………………………………………………………………..61
9. Содержание…………………………………………………………………………………………………62
Приложение 1. Схема электрическая принципиальная с списком элементов……………………………………64
Приложение 2. Временная диаграмма принципиальной электрической схемы во временном и функциональном режимах……………………………………………………………………………………………………………….66
Приложение 3. технические принципов характеристики и Описание работы микросхем, использованных в принципиальной электрической схеме ГЧ и при выборе оптимального метода построения ГЧ…………………………………………………………………………………………………………………………………67
| Схема электрическая принципиальная | |||||||||||||||||||||||||||
| Генератор чисел | Лит. | Масса | Масштаб | ||||||||||||||||||||||||
| Фамилия | Подпись | Дата | 1:1 | ||||||||||||||||||||||||
| Разраб. | Шаталов Н.В. | ||||||||||||||||||||||||||
| Провер. | Королев А.П. | ||||||||||||||||||||||||||
| Лист 1 | Страниц 1 | ||||||||||||||||||||||||||
| Приложение №1 | МГУЛ Несколько ВТ-32 | ||||||||||||||||||||||||||
| Территория | Поз. обоз-начение | Наименование | Кол. | Примечание | |||||||||||||||||||||||
| Конденсаторы | |||||||||||||||||||||||||||
| С1 | К55-1 1мкФ 10V | 1 | |||||||||||||||||||||||||
| С2-С9 | К53-1 4,7пкФ 10V | 8 | |||||||||||||||||||||||||
| Микросхемы | |||||||||||||||||||||||||||
| DD1-DD3 | КР1533ИР13 | 3 | |||||||||||||||||||||||||
| DD4-DD7 | КР1533ЛЛ1 | 4 | |||||||||||||||||||||||||
| D8 | КР1533ЛЕ1 | 1 | |||||||||||||||||||||||||
| Разъемы | |||||||||||||||||||||||||||
| X1 | ВИЛКА СНО51-40-23-В | 1 | |||||||||||||||||||||||||
| Фамилия | Подпись | Дата | |||||||||||||||||||||||||
| Разраб. | Шаталов Н.В. | Генератор чисел | Лит. | Лист | Страниц | ||||||||||||||||||||||
| Провер | Королев А.П. | 1 | 1 | ||||||||||||||||||||||||
| МГУЛ Несколько ВТ-32 | |||||||||||||||||||||||||||
Приложение 2. Временная диаграмма принципиальной электрической схемы во временном и функциональном режимах.
Временная диаграмма во временном режиме:
Временная диаграмма в функциональном режиме:
Приложение 3. технические принципов характеристики и Описание работы микросхем, использованных в принципиальной электрической схеме ГЧ и при выборе оптимального метода построения ГЧ.
Структура генератора чисел (ГЧ), как «тёмного коробки».
Генератор чисел (ГЧ) – это функциональный узел при подаче на вход которого серий синхроимпульсов на выходах формируется циклическая последовательность n-разрядных бинарных чисел. Структура ГЧ как «тёмного коробки» продемонстрирована на рис.1.
| ГЧ |
| G |
С Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
Z7
Z8
Z9
R Z10
Рис.1. Структура генератора чисел.
ГЧ – генератор чисел;
G – генератор тактовых импульсов;
С – синхроимпульсы;
R – сигнал начальной установки;
Z1-10 – выходы ГЧ.