Комп. Электроника. Курсовая

хронізувати роботу генератора з переднім фронтом пооди- нокого імпульсу. При надходженні такого фронту необхід- но забезпечити обнуління двійково-десяткового лічильни- ка, який повинен також встановлюватися в нульовий стан при увімкненні напруги живлення. В схемі пристрою за- безпечити обмеження амплітуди вхідного сигналу, коли вона перевищує рівень напруги логічної одиниці для обра- ного типу логіки і індикацію переповнення, коли трива- лість імпульсу виходить за межі розрядності індикатора. Вузол переповнення можна реалізувати на тригері до ви- ходу якого підключено елемент індикації на світлодіоді. При наявності переповнення тригер повинен перемикатися у стан, який викликає випромінювання світлодіода.

Рекомендований склад пристрою: обмежувач ампліту- ди, задавальний генератор, двійково-десятковий лічильник, формувачі сигналу скиду лічильника за фронтом імпульсу та при увімкненні напруги живлення, індикатори тривало- сті імпульсу і переповнення.

Інтервали тривалості імпульсів для різних варіантів за- вдання 2 дано у табл.6.2. Оскільки в даному завданні сту- дент сам визначає частоту генератора fз, таблиця 6.8 не ви- користовується. Значення струму і потужності, спожива- них пристроєм, наведені в таблиці 6.9.

			Таблиця 6.2
	Інтервали тривалості імпульсів
№		Інтервали тривалості імпульсів
варіанта		Ті min, с	Ті max, с
0		10-5	10-4
8		10-6	10-5
9		5×10-5	10-3
13		10-3	5×10-3
15		10-3	2×10-2
19		4×10-4	10-3
22		10-6	9×10-5
26		1	102
28		10-6	9×10-5
32		1	10
33		10-5	10-3
39		2×10-4	6×10-3
105		5×10-2	0,1
111		2×10-6	5×10-5
118		10-2	0,1
121		2×10-6	9×10-5
126		10-3	9×10-2
144		10-1	1

31

Завдання 3.

Варіанти: 1, 11, 24, 35, 49, 54, 55, 67, 69, 77, 83, 92,

100, 107, 108, 116, 132, 138, 140, 149.

Розробити пристрій синхронізації, який виділяє з по- слідовності тактових імпульсів задану послідовність імпу- льсів, що періодично повторюється. Для різних варіантів вигляд послідовності імпульсів наведено у таблиці 6.3. Для прив’язування вхідної і вихідної послідовностей імпульсів тактові імпульси пронумеровані цифрами 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Пристрій починає роботу при надходженні сигналу ” Старт”, який формується кнопковим перемикачем і вста- новлює тригер стартстопного вузла у стан, який дозволяє роботу схеми Після повторення послідовності імпульсів задану кількість разів, пристрій припиняє роботу. Кількість повторювань і значення вихідної амплітуди імпульсів для варіантів завдання 3 наведені у табл.6.3.

Таблиця 6.3

Вигляд послідовності вихідних імпульсів пристрою і кількість повторювань

		Вхідна послідовність імпульсів			Амплітуда	Кількість
	№				вихідних
						повторювань
	варіанта				імпульсів,
		Вихідна послідовність імпульсів				послідовності
					В
	1				10	5
	11				20	2
	24				15	10
	35				3,6+5	11
	49				3,6+5	12
	54				15	15
	55				10	3
	67				25	4
	69				15	8
	77				10	7
	83				12	13
	92				3,6+5	14
	100				10	6
	107				15	10
	108				3,6+5	7
	116				3,6+5	5
	132				10	12
	138				12	13
	140				30	10
	149				3,6+5	8

32

Рекомендований склад пристрою: генератор тактових імпульсів, частота якого відповідно номеру варіанта виби- рається з табл. 6.8, стартстопний вузол, лічильник, дешиф- ратор, лічильник кількості повторювань послідовності ім- пульсів, формувач вихідного сигналу на біполярному тран- зисторі, якщо амплітуда вихідних імпульсів не збігається з логічними рівнями напруги обраної серії ІМС. Дешифра- тор, за необхідністю, можна реалізувати на логічних еле- ментах. У цьому випадку для визначення його конфігурації проводять логічний синтез.

Значення струму і потужності, споживаних пристроєм, наведені в таблиці 6.9.

Завдання 4.

Варіанти: 2, 12, 21, 30, 43, 51, 57, 60, 61, 72, 82, 85, 94,

95, 99, 104, 110, 112, 117, 124, 131, 133, 137, 142, 147.

Розробити пристрій порівняння декодування. Пристрій має вхід синхронізації і два n – розрядні вхідні канали Х та У, на які синхронно приходять кодові комбінації паралель- ного двійкового коду. Сигнал високого рівня напруги на вході синхронізації супроводжує кодові комбінації. Цей сигнал надходить з затримкою відносно моменту надхо- дження кодів, достатньою для завершення перехідних про- цесів. Пристрій порівнює між собою коди Х і У. Якщо по- слідовно у часі підряд мало місце N збігів кодових комбі- націй, вмикається вузол світлодіодної індикації (світлодіод випромінює), після чого пристрій припиняє роботу до над- ходження, після скидання у початковий стан, сигналу „ Старт”. В пристрої передбачити встановлення початково- го стану при натисненні кнопкового перемикача і при вми- канні напруги живлення. Розрядність коду і кількість збігів кодових комбінацій для різних варіантів завдання 4 наве- дені в табл.6.4. Частота надходження кодових комбінацій вибирається відповідно номеру варіанта у табл. 6.8.

Таблиця 6.4

Розрядність коду (n) і кількість збігів кодових комбінацій (N)

Кількість збігів N

Розрядність коду n	3	5	6	7	8
4	2	12	21	30	43
5	51	57	60	61	72
6	82	85	94	95	99
7	104	110	112	117	124
8	131	133	137	142	147

33

Рекомендований склад пристрою: стартстопний вузол, вузол порівняння, вузол кількості збігів кодових комбіна- цій, вузол індикації. Для реалізації вузла порівняння можна використати логічні елементи ” складання за модулем 2” або цифрові компаратори. Вузол кількості збігів можна реалізувати на регістрі зсуву і логічному елементі ” І” або ” І-НІ”, вузол індикації на світлодіоді і DRS- тригері.

Значення струму і потужності, споживаних пристроєм, наведені в таблиці 6.9.

Завдання 5.

Варіанти: 3, 14, 23, 48, 59, 63, 76, 84, 91, 106, 115, 127,

136, 145.

Розробити пристрій управління, який починає роботу з надходження із зовні на відповідний вхід сигналу ” Старт”, тривалість якого не перевищує половини періоду тактово- го генератора. Після затримки на n тактів пристрій формує на виході послідовність із чотирьох трирозрядних команд і припиняє роботу до надходження наступного сигналу ” Старт”. Час дії команди дорівнює періоду тактових імпу- льсів. Виходи пристрою на час затримки повинні бути у високоімпедансному стані і переходити у такий стан після завершення роботи. Кількість тактів n і послідовність ко- манд для різних варіантів завдання 5 наведені у табл. 6.5,

частота тактового генератора − у табл. 6.8.

Значення струму і потужності, споживаних пристроєм наведені у табл. 6.9.

Таблиця 6.5

Кількість тактів затримки n і послідовність команд

	№ варіа-	3	14	23	48	59	63	76	84	91	106	115	127	136	145
	нта
	n	2	2	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
		000	110	110	101	100	111	000	100	100	010	101	111	001	110
	Коди	001	101	100	110	110	000	111	010	101	101	010	101	100	011
	команд	010	011	000	011	111	011	101	001	110	010	100	011	011	001
		100	110	001	101	011	100	010	100	111	111	011	100	010	000

Рекомендований склад пристрою: тактовий генератор, вузол прийому і управління, вузол затримки на n тактів, формувач кодів команд. Вузол прийому і управління до- зволяє роботу тактового генератора при надходженні сиг- налу ” Старт” і припиняє його роботу, коли формування команд завершено. Цей вузол можна реалізувати на син- хронному DRS- тригері і логічних елементах. Треба перед- бачити в його схемі встановлення пристрою управління в початковий стан при увімкненні напруги живлення (лічи-

34

льники і тригери у нульовому стані, виходи пристрою у високоімпедансному стані). Вузол затримки на n- тактів можна побудувати на лічильнику з дешифратором на логі- чних елементах або на регістрі зсуву. Формувач коду ко- манд може бути побудований на мультиплексорах з трьома станами виходу.

Завдання 6.

Варіанти: 5, 10, 29, 36, 42, 47, 52, 56, 65, 68, 78, 86, 89,

98, 103, 109, 122, 128, 134, 139, 141, 143, 146, 148.

Розробити аналізатор тривалості імпульсів, який підра- ховує кількість прямокутних імпульсів високого рівня на- пруги, тривалість яких надана у двійковому коді, дорівнює або перевищує задане у беззнаковому форматі з фіксова- ною крапкою двійкове число N. Використовуючи генера- тор і двійковий лічильник, пристрій перетворює тривалість імпульсу у двійковий код, який порівнюється з відповід- ним кодом заданого числа N. Якщо код тривалості імпуль- су, дорівнює або перевищує число N, стан лічильника кі- лькість імпульсів, тривалість яких відповідають умові, збі- льшується на одиницю. Індикацію кількості імпульсів в пристрої здійснити за допомогою світлодіодних семисег-

ментних індикаторів.
Пристрій починає		роботу	при	надходженні	сигналу
” Старт”	і завершує	роботу	при	надходженні	сигналу
” Стоп”.	Ці сигнали формуються за допомогою кнопкових

перемикачів. В пристрої передбачити індикацію перепов- нення лічильника, що підраховує кількість імпульсів. Ву- зол переповнення реалізувати на синхронному DRS- три- гері і елементі індикації на світлодіоді. Світлодіод повинен випромінювати при наявності переповнення. В схемі при- строю передбачити скидання лічильника імпульсів в ну- льовий стан при надходженні сигналу „ Старт” і увімкненні напруги живлення. Значення числа N у десятковій системі числення, його двійковий код і найбільша кількість імпу- льсів Кmax, яку може підраховувати пристрій до перепов- нення наведені для різних варіантів завдання 6 в табл.6.6. Частота генератора імпульсів дана у табл. 6.8, а значення

струму і потужності, споживаних пристроєм − у табл. 6.9. Рекомендований склад пристрою: стартстопний вузол,

вузол перетворення тривалості імпульсу в двійковий код (може бути реалізованим на генераторі і двійковому лічи- льнику), вузол порівняння кодів, двійково-десятковий лі- чильник для підрахунку кількості імпульсів, що задоволь- няють умові, вузол індикації кількості імпульсів, вузол пе- реповнення.

35

				Таблиця 6.6
	Дані для різних варіантів завдання 6
№		Число N	Код числа N	Кmax
варіанта
5		4	100	99
10		5	101	9
29		6	110	99
36		7	111	99
42		8	1000	999
47		9	1001	9
52		10	1010	9
56		11	1011	99
65		12	1100	9
68		13	1101	999
78		14	1110	9
86		15	1111	99
89		17	10001	99
98		18	10010	9
103		19	10011	999
109		20	10100	9
122		21	10101	99
128		22	10110	9
139		23	10111	999
148		24	11000	9
131		25	11001	99
141		26	11010	9
143		27	11011	99
146		28	11100	9

Завдання 7.

Варіанти: 7, 16, 20, 27, 31, 34, 38, 45, 50, 53, 58, 62, 66,

71, 73, 75, 79, 81, 88, 93, 97, 101, 113, 119, 120.

Розробити арифметичний пристрій для порівняння чи- сел заданих у знаковому форматі з фіксованою крапкою. Пристрій порівняння підраховує кількість чисел N, що від- повідають умові Nmin ≤ N ≤ Nmax. Числа надходять на вхід пристрою у паралельному n- розрядному двійковому коді відповідного типу і супроводжуються синхронізуючим ім- пульсом низького рівня напруги, який має затримку відно- сно коду числа, достатню для завершення перехідних про- цесів. Кожне число N має один знаковий розряд і задається у форматі з фіксованою крапкою. Тип коду числа, його

розрядність n, а також нижня Nmin			і верхня Nmax	границі
чисел наведені для різних варіантів завдання 7 у табл. 6.7
(Nmax і Nmin задані у десятковій системі числення).
Пристрій починає	роботу	при	надходженні	сигналу
” Старт” і завершує	роботу	при	надходженні	сигналу

36

” Стоп”. Ці сигнали формує стартстопний вузол при натис- канні кнопкових перемикачів. В схемі пристрою передба- чити скидання лічильника кількості чисел в нульовий стан при надходженні сигналу „ Старт” і при увімкненні напру- ги живлення. Необхідно також забезпечити індикацію пе- реповнення цього лічильника. Вузол переповнення реалі- зувати на синхронному DRS- тригері і елементі індикації на світлодіоді. До переповнення пристрій повинен підра- ховувати не менше ніж 99 чисел. Для різних варіантів за- вдання 6 частота з якою коди чисел надходять на вхід при- строю наведена у табл. 6.8, а значення струму і потужнос-

ті, споживаних пристроєм − у табл. 6.9.

Рекомендований склад пристрою: стартстопний вузол, вузол порівняння чисел, вузол підрахунку кількості чисел, що задовольняють умові, вузол індикації кількості чисел, вузол індикації переповнення.

Таблиця 6.7

Дані для різних варіантів завдання 7

	№	Тип коду	Розрядність	Nmin	Nmax
	варіанта		коду n
	7	прямий	4	0	3
	16	прямий	4	-1	3
	20	прямий	5	5	15
	27	прямий	6	20	25
	31	прямий	8	-3	28
	34	зворотний	5	-2	2
	38	зворотний	4	1	7
	45	зворотний	5	-2	4
	50	зворотний	6	6	19
	53	зворотний	7	11	15
	58	зворотний	8	-13	10
	62	зворотний	4	-6	10
	66	зворотний	3	2	10
	71	зворотний	5	5	11
	73	зворотний	8	-5	10
	75	додатковий	4	-3	0
	79	додатковий	4	1	5
	81	додатковий	8	-9	10
	88	додатковий	6	-2	1
	93	додатковий	5	-6	-1
	97	додатковий	8	-15	-10
	101	додатковий	7	4	9
	113	додатковий	6	1	7
	119	додатковий	5	8	12
	120	додатковий	4	0	6

37

Таблиця 6.8

Значення частоти для різних варіантів завдань

Частота, Гц	Номери варіантів завдань
500	115, 125, 134, 135.
103	7, 16, 20, 55, 91, 93, 97, 101, 106, 107, 113, 138,
3*103	141, 145.
	87, 96, 103, 114, 122, 123, 127, 139, 148.
104	27, 31, 34, 38, 54, 75, 79, 81, 88, 119, 120, 122,
	137, 147, 149.
5*104	61, 63, 72, 76, 80, 82, 74, 84, 35, 89, 90, 94, 98,
	109.
105	17, 18, 24, 29, 36, 45, 50, 53, 58, 62, 64, 66, 70,
	71, 73, 77, 78, 86, 95, 99, 104, 110, 112, 133,
	140, 142.
5*105	41, 43, 44, 46, 51, 56, 57, 60, 65, 67, 68, 100,
	129, 130, 131.
106	2, 12, 21, 23, 30, 35, 48, 49, 59, 69, 83, 116, 136,
	143, 146.
5*106	4, 5, 6, 10, 11, 25, 37, 40, 42, 47, 52, 102, 117,
107	124, 128.
	1, 3, 14, 92, 108.

Таблиця 6.9

Значення струму і потужності, споживаних пристроєм, (без урахування споживання в елементах індикації і фор- мувачах логічних сигналів) для різних варіантів завдань

	Струм не	Потужність, не
	більше,		Номери варіантів завдань
		більше, Вт
	мА
			1, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 14, 20, 22,
			25, 33, 35, 37, 40, 42, 43, 45, 47,
	2000	10	50, 51, 52, 53, 57, 60, 62, 66, 69,
			89, 92, 95, 98, 99, 102, 108, 109,
			111, 112, 114, 116, 117, 118, 124,
			128, 130, 131, 133, 134, 139, 140,
			141, 142, 143, 146, 148.
			2, 8, 12, 13, 21, 27, 28, 30, 38, 56,
	800	4	58, 65, 67, 68, 71, 73, 83, 103,
			104, 110, 122, 123, 125, 126, 129,
			135, 136, 138, 144, 145, 149.
			0, 16, 23, 29, 31, 32, 34, 36, 39,
	400	2	44, 46, 48, 49, 59, 70, 75, 78, 79,
			82, 85, 86, 94, 100, 121, 147.
	80	0,4	9, 18, 19, 41, 61, 72, 74, 80, 81,
			87, 88, 90, 97, 113, 115, 127, 137.
	20	0,2	15, 17, 24, 26, 63, 64, 76, 77, 84,
			93, 96, 105, 107, 119, 120.
	5	0,05	54, 55, 91, 101, 106, 132.

38

7. ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ІНДИКАЦІЇ В ПРИСТРОЯХ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

Візуальне визначення стану логічних елементів і три- герів, знімання цифрової інформації з лічильників та регіс- трів в пристроях курсового проекту здійснюється за допо- могою елементів індикації. В якості таких елементів можна використати світлодіоди і світлодіодні знакосинтезувальні семисегментні індикатори. Позитивною якістю таких еле- ментів індикації є порівняно невеликі струми споживання і невелика робоча напруга. Це дає можливість безпосеред- ньо підключати пристрої індикації до виходів мікросхем ТТЛШ і сумісних з ними мікросхем КМОНТЛ серій 1554 (74АС) і 1594 (74АСТ) (рис. 3.8), які мають вихідні струми 8 – 50 мА (табл. 3.1). Мікросхеми КМОНТЛ серій 176, 561, 1564 та інших, звичайно, мають вихідний струм, що не пе- ревищують 1 – 3 мА, тому для їх узгодження з світлодіод- ними елементами індикації використовують транзисторні ключі (рис. 3.9) або емітерні повторювачі.

В цифровій техніці для відображення десяткових чисел використовують знакосинтезувальні семисегментні інди- катори на основі світлодіодних матриць (рис. 7.1а).

а

б

Рис. 7.1. Семисегментний індикатор (а) і відображення на ньому десяткових цифр (б)

Кожен сегмент матриці є світлодіодом. Промисловість виробляє індикатори з загальним анодом і з загальним ка- тодом. В індикаторах з загальним анодом спільний вивід мають p області p-n переходів світлодіодів усіх сегментів матриці (вивід на який подається позитивний потенціал джерела живлення) і роздільні виводи n області (виводи на які подається негативний потенціал джерела живлення), в індикаторах з загальним катодом навпаки. Спосіб підклю- чення семисегментного індикатора залежить від того, який загальний вивід (анод чи катод) він має. Одиничний семи- сегментний індикатор відображує одну десяткову цифру, тому кількість таких індикаторів, потрібна для відобра- ження десяткового числа, визначається його розрядністю.

39

Для подання десяткових цифр в комп’ютерній техніці використовують двійково кодований десятковий код, в якому кожна десяткова цифра подається як чотирирозряд- ний двійковий код. Такий код виробляють чотирирозрядні двійково-десяткові лічильники. Семисегментні індикатори підключаються до виходів таких лічильників через пере- творювачі двійково-десяткового коду у код керування се- мисегментним індикатором (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Підключення семисегментного індикатора HG1 з загальним катодом до виходів десяткового лічильника DD1 через перетворювач коду DD2

Резистори R1 – R7 служать для обмеження струму. Їх величину розраховують на підставі прямих падіння напру- ги Uпр і струму Iпр через сегмент індикатора, а також гра- ничної величини струму Iвих. макс мікросхеми перетворювача коду (див. розділ 3.5). Значення вихідного сигналу високо- го рівня напруги (логічна „1”) перетворювача викликає світіння сегмента індикатора з загальним катодом (рис. 7.2), а комбінація одиничних сигналів на виходах перетво- рювача утворює зображення десяткової цифри (рис. 7.1б).

Перетворювачі двійково-десяткового коду у код керу- вання семисегментним індикатором входять до складу се- рій ІМС. Це, наприклад, такі мікросхеми ТТЛШ, як

533ИД18 (аналог SN54LS247) і 555ИД18 (аналог

SN74LS247), мікросхема КМОНТЛ 1564ИД23 (аналог MM54HC4511), деякі параметри якої наведені у табл. 7.1

Унікальною є мікросхема двійково-десяткового лічи- льника К176ИЕ4 з вбудованим перетворювачем двійково- десяткового коду у код керування семисегментним індика- тором, яка не потребує використання мікросхем перетво- рювачів в індикаторних вузлах цифрових пристроїв. Мік- росхема К176ИЕ4 спеціально була розроблена для схем електронних годинників. Не зважаючи на те, що серія К176 належить до застарілих КМОН-серій, мікросхема К176ИЕ4 не має аналогів у сучасних серіях КМОНТЛ і тому все ще використовується в окремих застосуваннях. Цю мікросхему можна використати для побудови вузлів індикації в пристроях курсового проекту. Слід однак вра-

40