2.3 Разработка логической схемы комбинационного программируемого сдвигателя четырёхразрядных двоичных чисел без округления в базисе и-не.

Построим логическую схему комбинационного программируемого сдвигателя в базисе И-НЕ. Для этого необходимо преобразовать системы (2) и (3) в базис И-НЕ. В итоге мы получим:

(5)

(6)

Используя системы функций (5) и (6), мы можем простроить логическую схему комбинационного сдвигателя в базисе И-НЕ (лист 1).

Чтобы проверить схему, подадим на вход кодовое слово x=1101 и управляющие сигналы D=1, S₁=1, S₀=0, что соответствует сдвигу влево на 2 разряда. На выходе получим число 1101000000. Итого схема функционирует верно.

3 Анализ и выбор элементной базы

Согласно заданию на курсовое проектирование, для построения принципиальной электрической схемы устройства нам необходимо использовать микросхемы схемотехники КМОП серий 1594 и 5564.

Чтобы построить схему комбинационного логического сдвигателя в базисе И-НЕ нам необходимо три различных элемента: на два, на три и на четыре входа. Энергия переключения у серии 1594 меньше, следовательно она будет приоритетной для нас.

Микросхема IN74АСT00 (1594ЛА3) состоит из четырёх логических элементов 2И-НЕ, где 2 — количество входов. УГО микросхемы приведено на рисунке 8, таблица истинности приведена в таблице 4.

14 – питание; 7 – общий.

Рисунок 8 - УГО микросхемы IN74АСT00 (1594ЛА3)

Таблица 4 – Таблица истинности микросхемы IN74АСT00 (1594ЛА3)

Входы		Выходы
A	B	Y
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Микросхема IN74АСT10 (1594ЛА4) состоит из трёх логических элементов 3-НЕ, где 3 — количество входов. УГО микросхемы приведено на рисунке 9, таблица истинности приведена в таблице 5.

14 – питание; 7 – общий.

Рисунок 9 - УГО микросхемы IN74АСT10 (1594ЛА4)

Таблица 5 – Таблица истинности микросхемы IN74АСT10 (1594ЛА4)

Входы			Выходы
A	B	С	Y
0	X	X	1
X	0	X	1
X	X	0	1
1	1	1	0
Примечание – «X» – 0 или 1

Микросхема IN74АСT20 (1594ЛА1) состоит из двух логических элементов 4И-НЕ, где 4 — количество входов. УГО микросхемы приведено на рисунке 10, таблица истинности приведена в таблице 6.

14 – питание; 7 – общий.

Рисунок 10 - УГО микросхемы IN74АСT20 (1594ЛА1)

Таблица 6 – Таблица истинности микросхемы IN74АСT20 (1594ЛА1)

Входы				Выходы
A	B	С	D	Y
0	X	X	X	1
X	0	X	X	1
X	X	0	X	1
X	X	X	0	1
1	1	1	1	0

Микросхема IN74АСT74 (1594ТМ2) состоит из двух D-триггеров с установкой и сбросом. УГО микросхемы приведено на рисунке 11, таблица истинности приведена в таблице 7.

14 – питание; 7 – общий.

Рисунок 11 - УГО микросхемы IN74АСT74 (1594ТМ2)

Таблица 7 – Таблица истинности микросхемы IN74АСT74 (1594ТМ2)

Входы					Выходы			Функция
		C	D	Q
0	1	X	X	1		0	Асинхр. установка
1	0	X	X	0		1	Асинхр. сброс
0	0	X	X	1		1	Неопределенность
1	1	↑	1	1		0	Синхр. установка
1	1	↑	0	0		1	Синхр. сброс
1	1	0	X	Без изменений			Хранение
1	1	1	X
1	1	↓	X

Микросхема IN74АСT161 (1594ИЕ10) является синхронным четырёхразрядным двоичным счётчиком с асинхронным сбросом. УГО микросхемы приведено на рисунке 12, таблица истинности приведена в таблице 8.

16 – питание; 8 – общий.

Рисунок 12 - УГО микросхемы IN74АСT161 (1594ИЕ10)

Таблица 8 – Таблица истинности микросхемы IN74АСT161 (1594ИЕ10)

Входы

Выходы

Функция

CEP

CET

C

Q3

Q2

Q1

Q0

0

X

X

X

X

0

0

0

0

Сброс на «0»

1

0

X

X

↑

D3

D2

D1

D0

Предуста­новка

1

1

1

1

↑

Счет (увел.)

Счет

1

1

0

X

↑

Без изм.

Хранение

1

1

X

0

↑

1

X

X

X

↓

Микросхема IN74АСT273 (1594ИР35) является восьмиразрядным регистром, управляемым по фронту, с параллельным вводом-выводом данных и с входом сброса. УГО микросхемы приведено на рисунке 13, таблица истинности приведена в таблице 9.

20 – питание; 10 – общий.

Рисунок 13 - УГО микросхемы IN74АСT273 (1594ИР35)

Таблица 9 – Таблица истинности микросхемы IN74АСT273 (1594ИР35)

Входы				Выходы		Функция
	C	D	Q
0	X	X	0		Сброс на «0»
1	↑	1	1		Загрузка 1
1	↑	0	0		Загрузка 0
1	0	X	Без изм.		Хранение
1	↓	X

Нам необходимо сделать 10-разрядный регистр. Поэтому нужно использовать ещё 2 D-триггера (микросхема IN74АСT74 (1594ТМ2)) для добавления ещё двух разрядов. Для этого необходимо соединить входы синхронизации и сброса регистра и триггеров.

Также нам необходимо несколько элементов «НЕ» для преобразования отрицательного перепада импульса в положительный. Для этого мы возьмем микросхему IN74ACT04 (1594ЛН1), которая состоит из 6 логических элементов «НЕ». УГО микросхемы приведено на рисунке 14, таблица истинности приведена в таблице 10.

Рисунок 14 - УГО микросхемы IN74ACT04 (1594ЛН1)

Таблица 10 – Таблица истинности микросхемы IN74ACT04 (1594ЛН1)

Вход	Выход
A	Y
0	1
1	0

Параметры всех данных микросхем содержатся в таблице 11.

Таблица 11 – Основные параметры микросхем

Обозначение микросхем	(VOL), не более	(VOH), не менее	(IIL), не более	(IIH), не более	(IOL), не более	(IOH), не более	(ICC), не более	(tPLH), не более	(tPHL), не более
	В	В	мкА	мкА	мА	мА	мкА	нс	нс
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
IN74АСT00 (1594ЛА3)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	40	9,5	8,0
IN74АСT10 (1594ЛА4)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	40	10,0	9,5
IN74АСT20 (1594ЛА1)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	40	9,0	7,0
IN74АСT74 (1594ТМ2)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	40	13,0	11,5
Окончание таблицы 11
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
IN74АСT161 (1594ИЕ10)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	80	11,0	12,0
IN74АСT273 (1594ИР35)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	80	11,0	12,0
IN74ACT04 (1594ЛН1)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	40	9,0	8,5
Примечания Напряжение питания: 5,0 В ± 10%. Диапазон рабочих температур: от минус 45 до плюс 85°С. Максимальный потребляемый ток Iпот указан для выходного тока |Iвых| = 0 мкА. Уровни выходных напряжений U^0вых и U^1вых указаны для выходного тока |Iвых| ≤ 50мкА.