М И Н И С Т Е Р С Т В О О Б РА З О В А Н И Я И Н АУ К И У К РА И Н Ы Н А Ц И О Н А Л Ь Н Ы Й Т Е Х Н И Ч Е С К И Й У Н И В Е Р С И Т Е Т

« Х А Р Ь К О В С К И Й П О Л И Т Е Х Н И Ч Е С К И Й И Н С Т И Т У Т »

Кафедра «Промышленная и биомедицинская электроника»

Курсовое проектирование

По дисциплине «Цифровая схематехника»

По теме «ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО С ВРЕМЕННЫМ

РАЗДЕЛЕНИЕМ СИГНАЛОВ»

ПКГ №4Гаркуша О.Ю.Захаров И.А.Ясько А.С.Харьков, 2014

ВСТУПЛЕНИЕ

О БЪ Е К Т И С С Л Е Д О ВА Н И Я – Ц И Ф Р О В О Е У С Т Р О Й С Т В О С В Р Е М Е Н Н Ы М РА ЗД Е Л Е Н И Е М С И Г Н А Л О В . Ц Е Л Ь РА Б О Т Ы – П Р О Е К Т И Р О ВА Н И Е И РАС Ч Е Т Ц И Ф Р О В О Г О У С Т Р О Й С Т ВА С В Р Е М Е Н Н Ы М РА ЗД Е Л Е Н И Е М С И Г Н А Л О В . У С Т Р О Й С Т В О Р Е А Л И З У Е Т С Я Н А Ц И Ф Р О В Ы Х И Н Т Е Г РА Л Ь Н Ы Х М И К Р О С Х Е М А Х И С О С Т О И Т И З К О М Б И Н А Ц И О Н Н О Й С Х Е М Ы , Г Е Н Е РАТ О РА , Ф О Р М И Р О ВАТ Е Л Я ТА К Т О В Ы Х И М П УЛ Ь С О В , Д Е Л И Т Е Л Е Й Ч АС Т О Т Ы , Ф О Р М И Р О ВАТ Е Л Я ФУ Н К Ц И И , С Ч Е Т Ч И К О В , И Н Д И К АТ О Р О В .

ИНДИВИД УАЛ ЬНОЕ ЗАДАНИЕ

№ ПКГ fгти, кГЦ Такты TF1 Такты TF2 Ксч

4

Минтермы F1 минтермы F2

0,3,5,7,9,11,13 2,4,6,8,12,14 9-12 14fфис=16*(fгти/Ксч)

fфис, Гц

7 3-7

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА

З Г – З А Д А Ю Щ И Й Г Е Н Е РАТ О Р, Я В Л Я Ю Щ И Й С Я И С Т О Ч Н И К О М С И Г Н А Л А И С Х О Д Н О Й Ч А С Т О Т Ы ;

Д Ч 1 , Д Ч 2 – Д Е Л И Т Е Л И И С Х О Д Н О Й Ч А С Т О Т Ы С Н Е О Б Х О Д И М Ы М И К О Э Ф Ф И Ц И Е Н Т А М И Д Е Л Е Н И Я ;

С Т 1 , С Т 2 – Д В О И Ч Н Ы Е С Ч Е Т Ч И К И ; Ф Ф – Ф О Р М И Р О В АТ Е Л Ь Ф У Н К Ц И Й , С Л У Ж А Щ И Й

Д Л Я Р Е А Л И З А Ц И И З А Д А Н Н Ы Х Ф У Н К Ц И Й F 1 = ∑ 0 , 3 , 5 , 7 , 9 , 1 1 , 1 3 И F 2 = ∑ 2 , 4 , 6 , 8 , 1 2 , 1 4 ;

Ф Т И – Ф О Р М И Р О В АТ Е Л Ь Т А К Т О В Ы Х И М П УЛ Ь С О В , О Б Е С П Е Ч И В А Ю Щ И Й РА З Д Е Л Е Н И Е З А Д А Н Н Ы Х

Ф У Н К Ц И Й В О В Р Е М Е Н И ;Б И 1 , Б И 2 – Б Л О К И И Н Д И К А Ц И И ,

П Р Е Д Н А З Н АЧ Е Н Н Ы Е Д Л Я В И З УА Л И З А Ц И И П О Л У Ч Е Н Н О Й И Н Ф О Р М А Ц И И .

Функциональная схема содержит следующие элементы:

С И Н Т Е З Л О Г И Ч Е С К О Й ФУ Н К Ц И И F 1 В Б А З И С Е И - Н Е

0

1

3

2

4

5

7

6

12

13

15

14

8

9

11

10

X4

X2

X3

X1

1

1

1

1

F=X1*X2*X3*X4*X1*X2*X4*X2*X3*X4*X1*X3*X4

1 1

1

М И Н И М И З А Ц И Я F 1 П О « 0 » И « 1 » С П О М О Щ Ь Ю К А Р Т К А Р Н О

F=X1*X2*X3*X4*X1*X2*X3*X3*X4*X1*X4*X2*X4

0

1

3

2

4

5

7

6

12

13

15

14

8

9

11

10

X4

X2

X3

X1

0

0

0 0

0

00

0

0

СХ Е М Н А Я Р Е А Л И З А Ц И Я F 1 П О « 0 » И « 1 » В Б АЗ И С Е И - Н Е

1

1

1

1X4

X3

X2

X1 &

&

&

&

&

&

1

1

1

1

1

&

&

&

&

&

&

&

F1(1)=X1*X2*X3*X4*X1*X2*X4*X2*X3*X4*X1*X3*X4 F1(0)=X1*X2*X3*X4*X1*X2*X3*X3*X4*X1*X4*X2*X4

СХ Е М Н А Я Р Е А Л И З А Ц И Я Л О Г И Ч Е С КО Й ФУ Н К Ц И И F 1 В Б АЗ И С Е И - И Л И - Н Е

F1(1)=X1*X2*X3*X4+X1*X2*X4+X2*X3*X4+X1*X3*X4

x2

x3

x4

x1

AB

&

&

&

&

1

F

&

&

&

&

1

1

1

1

1 AB

&

&

&

&

1

F

1

1

1

1

&1

A

B

+5

x2

x3

x4

x1

С И Н Т Е З Л О Г И Ч Е С КО Й ФУ Н К Ц И И F 2 В Б АЗ И С Е И - Н Е

F2(1)=X2*X4*X1*X3*X4*X1*X3*X4

0

1

3

2

4

5

7

6

12

13

15

14

8

9

11

10

X4

X2

X3

X1

1

1

1

1 1

1

0

1

3

2

4

5

7

6

12

13

15

14

8

9

11

10

X4

X2

X3

X1

0

0

0 00

000

F2(0)=X4*X1*X2*X3*X1*X2*X3

0

0

СХ Е М Н А Я Р Е А Л И З А Ц И Я F 2 П О « 0 » И « 1 » В Б АЗ И С Е И - Н Е

1

1

1

X4

X3

X2

X1

+5

&

&

&

&

X3

X2

X1

X4

1

1

1

1

&

&

& 1 F

F2(1)=X2*X4*X1*X3*X4*X1*X3*X4F2(0)=X4*X1*X2*X3*X1*X2*X3

СХ Е М Н А Я Р Е А Л И З А Ц И Я Л О Г И Ч Е С КО Й ФУ Н К Ц И И F 2 В Б АЗ И С Е И - И Л И - Н Е

&

&

AB

1

F

&1

A

B

1

1

1

1

+5

x1

x2

x3

x4

x2

x3

x4

&1

A

B

AB

&

&

&

&

11

1

1

+5

F2(1)=X2*X4+X1*X3*X4+X1*X3*X4 F2(0)=X4+X1*X2*X3+X1*X2*X3

В Ы Б О Р О П Т И М А Л Ь Н О Й СХ Е М Ы F 1 И F 2

С И Н Т Е З Ф О Р М И Р О ВАТ Е Л Я ТА К Т О В Ы Х И Н Т Е Р ВА Л О В T F 1

0

1

3

2

4

5

7

6

12

13

15

14

8

9

11

10

Q1

Q3

Q2

Q4

1

1

1

1

1

*

*

0

1

3

2

4

5

7

6

12

13

15

14

8

9

11

10

Q1

Q3

Q2

Q4

*

*

0 0 0

0 00

0

00

TF1(0)=Q3*Q1+Q3*Q2+Q4TF1(1)=Q4*Q2*Q1+Q4*Q3

СХ Е М Н А Я Р Е А Л И З А Ц И Я T F 1 П О « 0 » И « 1 » В Б АЗ И С Е И - Н Е

1Q4

Q3

Q2

Q1

&

&

&

+5

F

&

&

&

Q4

Q3

Q2

Q1

1

1

1

+5

&

F1

TF1(1)=Q4*Q2*Q1*Q4*Q3 TF1(0)=Q3*Q1*Q3*Q2*Q4

СХ Е М Н А Я Р Е А Л И З А Ц И Я T F 1 П О « 0 » И « 1 » В Б АЗ И С Е И - И Л И - Н Е

AB

&

&

&

&

11

Q4

Q3

Q2

Q11

Q4

Q3

Q2

Q1

AB

&

&

&

&

1

1

1

1

F

+5

TF1(1)=Q4*Q2*Q1+Q4*Q3

С И Н Т Е З Ф О Р М И Р О ВАТ Е Л Я ТА К Т О В Ы Х И Н Т Е Р ВА Л О В T F 2

0

1

3

2

4

5

7

6

12

13

15

14

8

9

11

10

Q1

Q3

Q2

Q4

*

*

1

1

1

1

Q3

0

1

3

2

4

5

7

6

12

13

15

14

8

9

11

10

Q1

Q2

Q4

*

*

0

0

0

0 0

0

0

0

0

0

TF2(0)=Q4+Q2*Q3*Q1+Q3*Q1TF2(1)=Q4*Q3*Q1+Q4*Q3*Q1+Q4*Q2

СХ Е М Н А Я Р Е А Л И З А Ц И Я T F 2 П О « 0 » И « 1 » В Б АЗ И С Е И - Н Е

Q4

Q3

Q2

Q1

1

1

&

&

&

+5

&

F

TF2(1)=Q4*Q3*Q1*Q4*Q3*Q1*Q4*Q2

Q4

Q3

Q2

Q1

1

1

1

1

&

&

&

+5

&1 F

F=Q4*Q2*Q3*Q1*Q3*Q1

СХ Е М Н А Я Р Е А Л И З А Ц И Я T F 2 П О « 0 » И « 1 » В Б АЗ И С Е И - И Л И - Н Е

&

&

AB

1Q4

Q3

Q2

Q1

1

1

&1

A

B

+5

1 F

TF2(1)=Q4*Q3*Q1+Q4*Q3*Q1+Q4*Q2

Q4

Q3

Q2

Q1

AB

&

&

&

&

1

1

1

1

F

+5

1

TF2(0)=Q4+Q2*Q3*Q1+Q3*Q1

В Ы Б О Р О П Т И М А Л Ь Н О Й СХ Е М Ы T F 1 И T F 2

С И Н Т Е З Д В О И Ч Н О ГО СЧ Е Т Ч И К А С КСЧ

В данном курсовом проекте используем счетчики К155ИЕ5 и К155ИЕ2

Так как данный счетчик 4-х разрядный, то при инкрементировании счетчика без управления сбросом его коэффициент счета 16. При этом счёт будет происходить с приходом каждого очередного импульса на тактовый вход счетчика.

Для реализации других коэффициентов счета необходимо вводить цепь принудительного сброса. В данном проекте необходимо реализовать счетчики с коэффициентами счёта 7,8,14,16.

СИНТЕЗ СЧЕТЧИКОВ

CT2C1

C2

&

R

12

9

8

11

14

1

2

3

Счетчик К155ИЕ5 с Ксч=16

Счетчик К155ИЕ5 с Ксч=14

Делитель частоты на К155ИЕ2 с Кс1=7

Делитель частоты на К155ИЕ5 с Кс2=8

ЦЕПЬ СБРОСА

Дифференцирующая RC-цепочка

Параметры цепочки определяются из соотношенияRC=tзад/ln(Uп/Uпор),

(1.2-1.3)*tз<=tзад<tu,

Длительность формируемого импульса должна удовлетворять следующим условиям

ОБНУЛЕНИЕ СЧЕТЧИКА

Схема обнуления счетчика с Ксч=14

Диоды VD1-VD5 являются развязывающими и при их выборе следуетобращать внимание на выполнение следующего условия.

I1вх>Imin,где I1вх – входной ток логического элемента DD в единичном состоянии;

Imin – минимальное значение прямого тока диода, при котором он открыт.

ОБЩАЯ СХЕМА&

&

&

C1

3

12

9

8

11

12

9

8

11

DD15

Изм. Лист № докум. Подп. Дата

Разраб.

Пров.

Т.контр.

Н.контр.

Утв.

Лит. Масса Масштаб

Лист Листов1 1

ПГК №4

ЭМС-41Б

121DD10

+5СТ10

С1С2

&R

&R9

1

2

4

8

CT2C1

C2

&

R

1

2

4

8

CT2C1

C2

&

R

1

2

4

8

Q1

Q2

Q3

Q4

&

C1

C2

&

R

1

2

4

8

CT2

AB

&

&

&

&

1

1

1

1

AB

&

&

&

&

11

х4х3

х2

х1

1

1

1

1

&

&

&

&

&

F1

TF2

TF1

1 F2

&

&F1*TF1

F2*TF2

1

1

&

&

CT2C1

C2

&

R

1

2

4

8

R1

R2

R3

C2

R4

R5

R6

R7 R8

R9

R10

C3

51

62

78 4

141

23

67

12

9

8

11

14

1

2

3

12

9

8

4

14

1

2

3

12

9

8

4

14

1

2

3

12

9

8

4

12

3

11

910

345

12

13

12

6

8

1234

9101113

6

8

6

891011

345

213

910

131

23

456

1112

8

8

910

13123

456

1112

45

6

8910

14

1

2

3

VD1

VD2

VD3VD4

VD5

VD6

VD7

VD8

VD9

1245

9101213

6

8

1 2

3 4

5 6

9 8

5 6

1 2

3 4

9 8

11 10

13 12

DD2

DD3

DD4

DD5

DD6.1

DD7.1 - 7.4

DD8.1 - 8.3

DD8.4

DD9 DD11

DD12 DD7.5

DD7.6

DD13

DD14

DD8.5

DD6.2

DD6.3

DD16

DD1

D1

D2

D4

Q1Q2

Q3Q4

CT

D3

MK

S

Q5Q6

Q7

D1

D2

D4

Q1Q2

Q3Q4

CT

D3

MK

S

Q5Q6

Q7

9

10

1112

13

1514

9

10

11

12

1314

15

HL1E1E1D1C1

123456789

101112131415161718

E2D2F2C2

B2A2

B1A1F1

CT2C1

C2

&

R

1

2

4

8

14

1

2

+5

+5

DD17

DD18

+Vcc К выв. 14 DD6-DD14; к выв. 10 DD2-5, DD15,DD16; к выв. 13,14 HL; к выв. 16 DD17, DD18

К выв. 7 DD6-DD14; к выв. 5 DD2-5, DD15, DD16; к выв. 8 DD16, DD17

Стысло Б.А.

G2

G1

ВРЕМЕННЫЕ ДИАГРАММЫ

m0 m2 m3m1 m4 m5 m6 m7 m8 m9 m10 m11 m12 m13 m14 m15

F1 m3 m5

m14F2 m6

m7 m9 m11

m12

Ксч=16

m0 m1 m2 m5 m6 m7 m8 m9 m10 m11

F1 m3

F2

F1*TF1

F2*TF2

m0 m13

m2 m4 m8

m12 m13m3 m4

m7

m9 m12

t

t

t

t

t

t

t

t

Р Е З УЛ ЬТАТ РА Б О Т Ы У С Т Р О Й С Т ВА

ВЫВОД

В данном курсовом проекте был произведен синтез и реализация цифрового устройства. В процессе проектирования были произведены минимизации логических функций с целью получения оптимальной структуры. Также произведен выбор схемы и электрический расчет автогенератора прямоугольных импульсов, выполнен синтез синхронных двоичных счетчиков с нужными коэффициентами счета, спроектированы формирователи тактовых интервалов. Выполнен расчет быстродействия цифрового устройства (tзад = 215нс) и потребляемой мощности, которая примерно составляет 2,98Вт.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ=)