Московский ГосударственныйТехнический Университет
им. Н. Э. Баумана
Калужскийфилиал
КафедраЭИУ2-КФ «Компьютерные системы и сети»
Курсоваяработа«Разработка модели триггерногоустройства на базе микросхем типа К564 с последующим использованием выходов»
по курсу«Основы автоматизации проектирования»
Калуга, 2008
/>/>/>СодержаниеТехническое заданиеВведениеКонструкторская часть
Проектирование триггераЭтап абстрактного синтезаЭтап структурного синтезаПроектирование печатной платыТехнологическая частьОбщие сведения о системе P-CAD Создание условно-графического обозначения элементовРазработка посадочного места элементов
Создание библиотеки компонентов
Моделированиетриггера. Временная диаграмма работы
Моделирование дополнительного элемента-счетчикаК564ИЕ9Разработка принципиальной электрической схемы
Проектирование печатной платы
Литература
Техническоезадание
Разработать триггер,характеристическая таблица состояний которого приведена в таблице:X1 X2 Q(t+1) 1
/> 1
/> 1 1
/>
Вкачестве ЭЗЯ используется RS-триггер, выполненный вбазисе И-НЕ.
Триггер изменяетсостояние выхода при переходе сигналов “С”, Х1, Х2:
01 – то есть поположительному фронту, при этом:
a) триггерустанавливать в соответствующее состояние переходом сигнала “С”. Временноесоотношение появления сигналов “С”, Х1, Х2 показано навременной диаграмме “а”;
b) триггерустанавливать в соответствующее состояние переходами сигналов Х1 и Х2при наличии сигнала “С” (то есть С=1) в соответствии с временной диаграммой“b”.
c)
/>
“a” “b
рис.1
Введение
Общая методикасхемотехнического/>/>/>/>/>проектирования триггеров.
Часто разработчикутребуется триггер со специальными функциями, которым не удовлетворяют имеющиесяв наличии триггеры, то есть возникает задача проектирования произвольноготриггерного устройства.
Проектирование триггерабудем осуществлять с использованием канонического метода синтеза.
Канонический методструктурного синтеза применительно к триггерам позволяет свести задачу ихсинтеза к задаче структурного синтеза комбинационных схем. Результатомканонического метода структурного синтеза является система логическихуравнений, выражающая зависимость сигналов функций возбуждения элементарных ЗЯ(hR, hS) от сигналов на входе триггера исигналов с выхода ЗЯ.
Метод включает в себяследующие процедуры этапов абстрактного и структурного синтеза:
Этап абстрактногосинтеза:
1.Выбор элементарной ЗЯ, на которойреализуется триггер.
2.Определение характеристическойтаблицы для выбранной ЗЯ.
3.Составление первичной таблицыпереходов.
4.Сокращение первичной таблицыпереходов.
5.Составление граф-схемы переходов.
6.Кодирование внутренних состоянийтриггера.
7.Составление обобщенной таблицыпереходов триггера во времени.
Этап структурногосинтеза триггера:
1.Получение и минимизация функцийвозбуждения ЗЯ.
2.Составление структурной схемытриггера.
Конструкторскаячасть
/>Проектирование триггера
Проектирование первого триггера осуществляется поусловию, т.е. триггер устанавливать в соответствующее состояние переходомсигнала С. Одновременное изменение сигналов С и любого из Х запрещено./>Этапабстрактного синтеза/>Тип ЭЗЯ: В качестве ЭЗЯ задан RS-триггер,выполненный в базисе И-НЕ./>Характеристическая таблица функций возбуждения RS-триггера
Полная таблица состоянийтриггера будет иметь вид:
Таблица 1N hS hR Qn Qn+1 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 1 6 1 1 0 1 7 1 1 1
По полученной таблице состояний триггера табл.1 определимхарактеристическую таблицу функций возбуждения триггера (Табл.2). Число строкэтой таблицы равно 4, а количество столбцов (для функций возбуждения) равночислу логических входов триггера. Из полной таблицы переходов найдём значениядля hS и hR, которые вызывают переход триггераиз состояния 0 в состояние 0. Комбинация состояния 00 встречается три раза. Этакомбинация возможна при сигналах: 00, 01, 10. Переменная R принимает произвольное значение (0или 1), и переменная Sпринимает произвольное значение(0 или 1). Переход триггера из состояния 0 всостояние 1 происходит один раз при сигнале 11, то есть R=1, а S=1. Переход триггера из состояния 1 в состояние 0 происходитдва раза при сигнале 00, 11. Переход триггера из состояния 1 в состояние 1 происходитдва раза при сигналах: 01, 10. Подставим полученные значения R и S в таблицу и получим окончательную таблицу возбуждения RS-триггера в базисе И-НЕ.
Характеристическая таблица функций возбуждения RS-триггера в выбранном базисе имеетследующий вид:
Таблица 2Qn Qn+1 hS hR 1 — 1 1 1 1 1 1 — 1
/>Составление первичной таблицы переходов
Так как всего может быть8 наборов сигналов СХ1Х2, в первичной таблице будет 8столбцов и 16 строк с устойчивыми состояниями. На первом шаге этапа в первичнуютаблицу переходов заносим все устойчивые состояния, соответствующие всемнаборам входных сигналов.
Прежде чем находитьпереходы между устойчивыми состояниями, которые совершает триггер при изменениисостояния входов, введём понятие действующего (эффективного) сигнала С, Х1и Х2 (/>).
В данном случае,действующим сигналом является переход 10 на любом входе. Обозначим действующиесигналы через />. Теперь можнозаписать, что:
/> если на входах С, Х1 и Х2имеет место переход 10;
/> если на входах С, Х1 и Х2имеет место переходы 00, 01 и 11.
Кроме того, имеет местоусловие, что одновременное изменение сигнала C с сигналами Х1 и Х2 недопустимо.
Далее, в соответствии стаблицей 1, заполняем первичную таблицу переходов:
Таблица 3№ сост. С Х1 Х2 Q 000 001 010 011 100 101 110 111 1 (1) 2 3 4 5 — — — 2 1 (2) 3 4 — 6 — — 3 1 2 (3) 4 — — 7 — 4 1 2 3 (4) — — — 16 5 1 — — — (5) 6 7 8 6 — 2 — — 5 (6) 7 8 7 — — 3 — 5 6 (7) 8 8 — — — 4 5 6 7 (8) 9 (9) 10 11 12 5 — — — 1 10 9 (10) 11 12 — 14 — — 11 9 10 (11) 12 — — 15 — 12 9 10 11 (12) — — — 8 13 9 — — — (13) 14 15 16 14 — 10 — — 13 (14) 15 16 15 — — 11 — 13 14 (15) 16 16 — — — 12 13 14 15 (16) Сокращениепервичной таблицы переходов
Сокращённая таблицапереходов получается из первичной таблицы с помощью объединения строк ссовместимыми состояниями.
Состояния называютсясовместимыми, если значения входов для этих строк одинаковы, а номерасостояний, записанные в соответствующих столбцах, совпадают или друг с другом,или с фиктивными состояниями “Ф” (для не полностью определённых цифровыхавтоматов).
При объединении строк(состояний) необходимо придерживаться следующих правил:
а) если объединяютсяодинаковые номера состояний в скобках и без них, то результирующее состояниедолжно быть в скобках;
б) если объединяютсяфиктивные состояния и состояния, соответствующие какому-либо номеру, то встроке сокращённой таблицы пишется этот номер.
В общем случае объединение строк можно произвести различнымиспособами. При проектировании триггеров следует рассмотреть все возможныеспособы объединения строк и получить различные структурные и принципиальныесхемы триггеров, из которых выбирают те, которые обеспечивают наилучшеезначение параметров.
Обозначив каждую группусостояний любым номером состояния из группы совместимых состояний (например,номерами первых состояний) и заменяя на них остальные совместимые с нимисостояния, получаем конечную сокращённую таблицу переходов.
Сокращённая таблицапереходов будет иметь следующий вид:
Таблица 4 № сост. С Х1 Х2 Q1 000 001 010 011 100 101 110 111 1 (1) (1) (1) 2 (1) (1) (1) (1) 2 1 1 1 (2) - - - 10 9 (9) 10 10 (9) 1 - - 1 1 10 9 (10) (10) 9 (10) (10) (10) (10)
Граф-схемапереходов
Граф переходов составляется в соответствии с сокращённойтаблицей переходов 4. Из табл. 4 видно, что, находясь в первом состоянии, равным1, триггер не меняет его, если входной набор СХ1Х2 =000,001, 010, 100, 101, 110, 111 и меняет на 2 набор при наборах СХ1Х2=011.
Таким образом, граф-схема переходов имеет вид:
/>
Кодированиевнутренних состояний триггера
Для кодированиявнутренних состояний табл.5 необходимы две ЭЗЯ с переменными Q1 и Q2, выражающими одновременно внутренниепеременные триггерного устройства.
Известно, что когда две(или более) внутренние переменные одновременно изменяются в течение перехода изодного состояния в другое, то говорят, что имеет место состязания между изменяющимисяпеременными. Если желаемое состояние зависит от последовательности измененийпеременных, то имеет место критическое состязание, приводящее к сбоям.
Способ кодирования,устраняющий состязания, называется противогоночным. При соседнемкодировании состояний, состязания всегда отсутствуют. Здесь любые двапоследовательных состояния кодируются наборами, отличающимися состояниями лишьодной ЭЗЯ.
Проведём соседнеекодирование внутренних состояний так, как показано на графе переходов (взнаменателе).Обобщённаятаблица переходов триггера во времени
Обобщённая таблицапереходов составляется с использованием граф-схемы переходов (Табл. 5) имеетвид:
Таблица 5№ С Х1 Х2 t t+1 hS1 hR1 hS2 hR2 Q1 Q2 Q1 Q2 1 - 1 - 1 1 1 - 1 2 1 1 - 1 1 - 3 1 1 1 - 1 1 4 1 1 - 1 - 5 1 1 1 - 1 6 1 1 1 1 - 1 1 7 1 1 1 1 1 - 1 - 1 8 1 1 - 1 - 9 1 1 1 - 1 10 1 1 1 1 - 1 1 11 1 1 1 1 1 - 1 - 1 12 1 1 1 1 - 1 13 1 1 1 1 1 - - 1 14 1 1 1 1 - 1 1 - 15 1 1 1 1 1 - 1 1 16 1 1 - 1 - 17 1 1 - - - - - - 18 1 1 1 1 - 19 1 1 1 1 1 - 1 - 1 20 1 1 1 - 1 - 21 1 1 1 - - - - - - 22 1 1 1 - - - - - - 23 1 1 1 1 1 1 - 1 - 1 24 1 1 1 - 1 - 25 1 1 1 - - - - - - 26 1 1 1 - - - - - - 27 1 1 1 1 1 1 - 1 - 1 28 1 1 1 1 - 1 - 29 1 1 1 1 1 1 1 - 1 30 1 1 1 1 1 1 - 31 1 1 1 1 1 1 1 - 1 - 1 Этап абстрактного синтеза Этап структурного синтеза
Представлениемтриггерного устройства обобщённой таблицей переходов во времени заканчиваетсяэтап абстрактного синтеза.Этап структурногосинтеза.Получение иминимизация функций возбуждения ЭЗЯ
Составляем карты Карно для hS1, hR1, hS2, hR2,
Q1Q2
h2S 10 1 1 - 1 - 1 11 1 - 1 - - - - - 01 1 1 - 1 - - - - 00 1 1 1 1 1 1 1 000 001 011 010 110 111 101 100
cx1x2
Q1Q2
h1S 10 - - - - - 1 - 1 11 - - - - - - - - 01 1 1 1 1 - - - 00 1 1 1 1 1 1 1 1 000 001 011 010 110 111 101 100
cx1x2
Q1Q2
h2R 10 - 1 - 1 - - - - 11 1 1 1 1 1 1 01 1 - 1 - - 00 - - 1 - - - - - 000 001 011 010 110 111 101 100
cx1x2
Q1Q2
h1R 10 1 1 1 1 - - 11 1 1 1 1 1 1 1 1 01 - - - - - 1 - - 00 - - - - - - - - 000 001 011 010 110 111 101 100
cx1x2
/>/>
/>
/>
/>Составлениефункциональной схемы триггерного устройства
/>
Рис. 2 Структурнаясхема триггера.Проектирование печатной платы
Разработанный триггер реализован на микросхемах серии К564.Размеры посадочных мест под данные микросхемы зависят от габаритных и установочныхразмеров корпусов микросхем. Исходные размеры взяты по ГОСТ17467-72.
Все использованные микросхемы реализованы в корпусах типа 301ПЛ14, имеющих следующие размеры:А L a k t 6,5 19,5 5,0 3,2 2,5
Счетчик реализован в корпусе типа 201.16-6А L a k t 6,5 19,5 5,0 3,5 2,5
Параметры сопряжениямикросхем серии К564:Параметр ИС К564 (UCC=5В) UOL, В 0,01 UOH, В 4,99 IIL, мА 5*10-5 IIH, мкА 0,05 IOL, мА 0,01…3 IOH, мкА 0,01…1,6 UCC, В 3…15 UIL, В 1,5 UIH 3,5
Технологическаячасть
Общие сведения о системе P-CAD
Система P-CAD представляет собой интегрированный пакет программ,предназначенный для проектирования многослойных печатных плат (ПП)радиоэлектронных средств (РЭС). Она адаптирована к операционной среде Windows и использует всенастройки и возможности последней.
P-CAD включает в себя следующие программные модули: P-CADLibrary Executive, P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Autorouters, SymbolEditor, Pattern Editor, InterPlace PCS, Relay, Signal Integrity.
Утилита Library Executive (Администратор библиотек) состоит из программы LibraryManager (Менеджер библиотек), редактора символов элементов Symbol Editorи редактора посадочных мест PatternEditor электрорадиоэлементов (ЭРЭ) на ПП.
P-CAD Schematic — графический редактор электрических схем. Онпредназначен для разработки электрических принципиальных схем и можетприменяться для создания условных графических обозначений (УГО) отдельных ЭРЭ(файлы с расширением .sch).
P-CAD PCB — графический редактор ПП. Предназначен дляпроектирования конструкторско-технологических параметров ПП. К ним относятся:задание размеров ПП, ширина проводников, величина зазоров, размер контактныхплощадок, диаметр переходных отверстий (ПО), задание экранных слоев,маркировка, размещения ЭРЭ, неавтоматическая трассировка проводников иформирование управляющих файлов технологическим оборудованием.
P-CAD Autorouters предназначен для автоматической трассировкипроводников ПП. Включает два автотрассировщика: программу Quick Route для проектированиярисунка ПП не очень сложных электрических схем и бессеточный трассировщик Shape-Rased Router, предназначенный дляпроектирования многослойных ПП с высокой плотностью расположения ЭРЭ.
Symbol Editor — редактор символовэлементов (файлы с расширением .sym). Предназначен для создания условных графическихобозначений символов ЭРЭ электрических схем.
Pattern Editor — редактор посадочныхмест (файлы с расширением .pat). Предназначен для разработки посадочных местдля конструктивных ЭРЭ на ПП.
Создание условно-графического обозначения элементов
Создание условно-графического обозначения элементовпроизводится в соответствие с ГОСТ. Для автоматизации данного этапа разработкииспользуется редактор Symbol Editor, входящий впакет программ P-Cad 2002.
Для реализацииспроектированного триггера были созданы следующие компоненты:
— 6ИЛИ – для К564ЛН3:
/>
Рис 3. УГО элементаК564ЛН3.
— 2И-НЕ – для К564ЛА7:
/>
Рис 4. УГО элементаК564ЛА7.
— 3И-НЕ для К564ЛА9:
/>
Рис 5. УГО элементаК564ЛА9.
— 4И-НЕ для К564ЛА8:
/>
Рис 6. УГО элементаК564ЛА8.
— 6НЕ для К564ЛН2:
/>
Рис 7. УГО элементаК564ЛН2.
Разработка посадочного места элемента
Графический редактор P-CAD Pattern Editorимеет набор команд,позволяющих создавать и редактировать посадочные места для установки ЭРЭ напечатных платах. Программа работает с файлами отдельных посадочных мест (.pat) и библиотек (.lib).
Посадочное место (ПМ) — это комплектконструктивных элементов печатной платы, предназначенный для монтажа отдельногоЭРЭ. В него входят в различных сочетаниях контактные площадки (КП),металлизированные отверстия, печатные проводники на наружных слоях и гладкиекрепежные отверстия. Кроме этого ПМ может включать в себя параметры защитной ипаяльной масок, элементы маркировки и графические элементы сборочного чертежа.
Каждый из этих элементов должен располагаться в специальномслое. Для этого в PatternEditor предусмотрена возможность сменытекущего слоя печатной платы. На этом этапе />были созданы посадочные места для микросхем К564 со штыревымивыводами. Посадочные места для микросхем имеют следующий вид:
/>
Рис 8. Примерштыревого посадочного места.
Создание библиотеки компонентов
При проектировании печатных плат необходимы сведения о схемныхобразах ЭРЭ и посадочных местах для них. Программы размещения и трассировкидолжны иметь информацию о соответствии каждого конкретного вывода условногографического обозначения выводу в корпусе элемента. В версии P-CAD 2001 эта работавыполняется автоматически программой Library Executive(Администраторбиблиотек). Для этого соответствующие данные заносятся в так называемыеупаковочные таблицы, указывающие основные характеристики используемых ЭРЭ. Впрограмме предусмотрены эффективные приемы работы, аналогичные приемампрограммных продуктов Microsoft Office. Эта программа неявляется графическим редактором. Она лишь сводит введенную ранее графическуюинформацию в единую систему — библиотечный элемент, в котором сочетаютсянесколько образов представления элемента: образ на схеме, посадочное место иупаковочная информация.
Для созданиянового компонента необходимо запустить программу и выполнить команду Component New,а затем выбрать нужную библиотеку, в которую ранее были записаны УГО и ПМ. Впоявившемся окне необходимо указать всю требуемую информацию по создаваемомукомпоненту. Далее нужно выбрать посадочное место для создаваемого компонента иуказать УГО, которое будет использоваться для обозначения на схемах вентилейданного компонента. Кнопки «Pins View», «Pattern View» и «Symbol View» используютсядля открытия окон редактирования соответствующих параметров компонентов. Числовентилей в данной микросхеме указывается в поле «Number of Gates», а префикс нумерациикомпонента – в поле «Refdes Prefix». Для создания таблицы выводов «Pins View»необходимо заполнить таблицу информацией, взятой из технической документациидля текущего компонента.
Расшифровкатаблицы:
1. В столбцы Pad#(номера контактных площадок корпуса компонента) и Pin Des (позиционные номеравыводов компонентов на схеме) вносится одна и та же информация о порядке ихнумерации.
2. В столбце SymPin# указывается номер выводасимвола в соответствующей секции символа компонента.
3. В столбец PinName вводят имена выводов в каждой секции.
4. В столбцы GateEq и Pin Eq вводят данные о логической эквивалентности секций и выводовсоответственно.
5. В столбце Gate# указывается номер секции (вентиля), в которую назначен вывод символа.
6. В столбце ElecType указывается тип вывода, используемый при поиске ошибок в схемахэлектрических принципиальных:
· Unknown— вывод, неимеющий определенного типа;
· Passive— пассивныйвывод;
· Input— входнойвывод;
· Output– выходнойвывод;
· Power— выводпитания или «земли».
Послевыполнения всех указанных выше операций для создания интегрированного образакомпонента необходимо выполнить команду Component/Validate для проверкисогласованности всех данных компонента и, в случае отсутствия ошибок, сохранитькомпонент в текущей библиотеке командой Component Save As.
/>
Рис.9 Пример окнасоздания компонента.
Для функционирования триггера были созданы библиотечные элементымикросхем и других необходимых элементов для схемы включения, которые былирассчитаны и выбраны в зависимости от количества микросхем нашего триггерногоустройства.
Моделирование триггера. Временная диаграмма работы
Для моделирования работытриггера необходимо:
1. Создатьбиблиотеку компонентов.
2. Создать идобавить в нее моделируемые компоненты.
3. В меню «Edit» программы «Library Executive» выбрать пункт Component Attr».
/>
Рис 10. Примерописания свойств элемента.
4. Последовательнодобавить и заполнить поля таблицы.
5. Поле SimType должно содержать значение SIMCODE(A) для цифровых устройств.
6. Поле SimModel должно содержать название моделиустройства.
7. Поле SimFile содержит путь к файлу модели. Егоможно указать с использованием макроса {model_path},это позволит сделать путь относительным.
8. Поле SimPins содержит информацию о ножкахкомпонента. Она вводится в таком формате:
9. :[…]…:[ …]
10. Поле SimNetlist может содержать ключи: %D – описатель устройства (Device designator);
11. %M – имя модели. Между ними вставляетсядве пары квадратных скобок, в которых указываются номера ножек, указанных вполе SimPins по порядку. Во второй пареквадратных скобок указываются те же ножки, но пропускается вторая и добавляютсяномера ножек выходов.
12. Затемпоследовательно добавляются поля с именами SimField1, 2, 3 и т.д. В них указываютсяследующие данные:
13. Propagation = — время распространения сигнала;
14. Loading и Drive = — нагрузочная способность ножек компонента;
15. Current = — потребляемый ток;
16. PWR Value = — напряжение питания;
17. GND VALUE = — напряжение «нуля»;
18. VIL Value = — входное напряжение уровня «нуля»;
19. VIH Value = — входное напряжение уровня «единицы»;
20. VOL Value = — выходное напряжение уровня «нуля»;
21. VOH Value = — выходное напряжение уровня «единицы».
Для работы моделикомпонента необходимо создать два файла. Первый файл (с расширением txt) содержит в себе текст моделикомпонента, второй – реквизиты модели.
Для запуска симуляциинеобходимо создать принципиальную схему моделируемого устройства:
/>
Рис 11. Принципиальнаяэлектрическая схема моделируемого триггера.
подключить к входамисточники сигналов (для каждой цепи задать порт), в пункте меню Simulate выбрать Setup. После этого запустится симулятор и откроется окнонастроек моделирования. Для начала симуляции необходимо задать необходимыенастройки и нажать кнопку Run Analisys.
/>
Рис 12. Окно настроекмоделирования.
После чего модуль MixedSignalCircuitSimulator выполнит компиляцию схемы и, если небудет обнаружено ошибок, на экран будет выведена временная диаграмма:
/>
Рис 13. Временнаядиаграмма работы триггера.
Моделированиедополнительного элемента-счетчика К564ИЕ9
Счетчики
Счетчиком называется ОЭ(электронный узел), обеспечивающий выполнение микрооперации счета сигналов(импульсов), поступающих на его вход.
Счетчики выполняются натриггерах и логических элементах, количество и тип которых определяется назначениемсчетчика. В общем случае счетчик имеет М устойчивых состояний. Под действиемвходных сигналов счетчик, установленный в начальное состояние, изменяет его исохраняет до тех пор, пока на вход не поступит следующий сигнал. Каждомусостоянию счетчика соответствует порядковый номер 0, I. 2, ..., М. Если в моментвремени ti счетчик находится в i-м состоянии, то оно определяет числопоступивших на счетчик сигналов. Таким образом, счетчик осуществляетпреобразование числоимпульсного (унитарного) кода в позиционный двоичный код.
При подаче на входсчетчика М считываемых сигналов, на выходе его возникает сигнал переполнения, асчетчик возвращается в начальное состояние, т.е. счет единичных сигналов осуществляетсяв нем по модулю М (или с периодом счета Тn = М.)
В ЭВМ счетчикииспользуются для образования последовательности адресов команд, для счета количествациклов выполнения операций, в преобразователях информации из непрерывной формыв дискретную и т.п.
В зависимости от способакодирования различают счетчики с позиционным (единичным, двоичным, троичным ит.д.), комбинированным позиционным и непозиционным (код Грея) кодированием. Всчетчиках с позиционным кодированием числовое выражение текущего состоянияопределяется формулой:
yi = /> wкQк
где n — количестворазрядов;
wк — вес к-горазряда;
Qк — логическое значение разряда, определяемое состояниемсоответствующего триггера.
На практике в основномиспользуются счетчики с позиционным кодированием.
По целевому назначениюсчетчики бывают простые (суммирующие и вычитающие) и реверсивные. На простыесчетчики сигналы поступают с одним знаком, т.е. эти счетчики имеют переходы отсостояния к состоянию только в одном направлении. Суммирующий счетчик предназначендля выполнения счета в прямом направлении, т.е. для сложения. С подачейочередного единичного сигнала на вход показание счетчика увеличивается наединицу. Вычитающий счетчик предназначен для выполнения счета единичных сигналов в режиме вычитания. Каждый счетныйсигнал, поступивший на вход такого счетчика, уменьшает его показания наединицу. Реверсивные счетчики предназначены для работы в режиме сложения ивычитания.
В зависимости от способаорганизации счета счетчики подразделяются на асинхронные и синхронные. В асинхронныхсчетчиках сигнал от каскада к каскаду передается естественным путем в различныеинтервалы времени в зависимости от сочетания входных сигналов. В синхронныхсчетчиках сигналы от каскада к каскаду передаются принудительным путем припомощи тактовых сигналов,
По способу организациицепей переноса между каскадами различают счетчики с последовательным, сквозным(параллельным), групповым и частично групповым переносом.
Основнымихарактеристиками счетчика являются:
- модуль счета — период счета или коэффициент пересчета;
- разрешающаяспособность;
- времярегистрации;
- емкость счетчика.
Модуль счета (М)характеризует число устойчивых состояний счетчика, т.е. предельное числовходных сигналов которое может сосчитать конкретный счетчик.
Разрешающая способность — это минимально допустимый период следования входных сигналов, при котором ещеобеспечивается надежная работа счетчика. Чем больше частота поступления счетныхсигналов, тем больше быстродействие счетчика.
Время регистрации (Тр)- интервал времени между моментами поступления входного сигнала и окончаниясамого длинного переходного процесса в схеме счетчика.
Емкость счетчика (N) определяется максимальным числомединичных сигналов, которое может быть зафиксировано на счетчике. Этахарактеристика зависит от основания системы счисления и числа каскадов. (N=2n).
СчетчикК564ИЕ9
Микросхема К564ИЕ9— четырехразрядныйсчетчик-делитель на восемь Джонсона.
Назначение выводов ИС К564ИЕ9
/>
Условно-графическое обозначение ИС К564ИЕ9:
/>
Основой счетчика Джонсона является кольцевойсдвигающий регистр, у которого имеется одна перекрестная связь, обеспечивающаяинверсную перезапись информации в один из разрядов регистра при прямойперезаписи информации во всех остальных разрядах. Важными свойствами счетчиковДжонсона являются их высокое быстродействие и простота дешифрации состояний.Быстродействие определяется временем установки одного разряда, а дешифрациясостояний осуществляется с помощью двухвходовых ЛЭ И.
В качестве одного разряда счетчика используетсятактируемый M-S-триггер типа Dс непосредственным входомустановки L.Триггер состоит из двух триггеров: основного М и вспомогательного S. Запись информации втриггер осуществляется последовательно, сначала в основной (при отсутствиитактового импульса), затем во вспомогательный (по тактовому импульсу). Счетчикосуществляет счет от положительного фронта тактового сигнала С при напряжениинизкого уровня на входе разрешения Е. При высоком уровне напряжения навходе Е происходит блокировка счета. Счетчик осуществляет счет также ототрицательного фронта сигнала Е при высоком уровне напряжения по входу С.
Функциональная схема ИС:
/>
В процессе работы счетчика на выходе переноса CRформируется последовательностьимпульсов со скважностью Q=2 ичастотой, равной /вк/8. Обнуление счетчика происходит при подачеуровня Н на вход установки нуля R, при этом выходы 0 и CRпринимают состояние высокого уровня, а все остальныевыходы —состояние низкого уровня. При работе микросхемы сначала происходит последовательная запись уровня Н во всеразряды, начиная с первого, затем первый разряд переходит в состояние Lипроисходит обратныйпроцесс последовательное заполнение всех разрядов счетчика уровнем L. Дешифрация состояниясчетчика производится с помощью восьми двухвходовых схем И — НЕ, при этомнапряжение Н имеется всегда лишь на одном из выходов 0—7. В ИС К564ИЕ9используется восьмеричный код Джонсона, который отличается от двоичного идвоично-десятичного кода тем, что, когда счетчик переходит к следующемулогическому состоянию, меняется только одна логическая переменная.
Таблица истинности ИС К564ИЕ9:
/>
/>
Для счетчика создаётся, как и для всех элементов, УГО,посадочное место и библиотечный элемент. Посадочное место будет несколько инымиз-за количества ножек = 16.
/>
Рис.14 Штыревое посадочное место для счетчика ИС К564ИЕ9
При моделировании данного счетчика в качестве входныхсигналов С, Е, R используются значения C, Q2, HR2.
Временные диаграммы работы счетчика будут иметьвид:
/>
Рис 15. Временныедиаграммы работы счетчика.
Разработка принципиальной электрической схемы
Графический редактор P-CAD Schematicпредназначен дляразработки электрических принципиальных схем с использованием условныхграфических обозначений элементов. При этом УГО ЭРЭ могут извлекаться изсоответствующей библиотеки или создаваться средствами самой программы.
Если не разрабатывается узел печатной платы, топри вычерчивании схем берутся УГО элементов, не связанные с их конструктивнойбазой. Такая схема может использоваться как иллюстративный материал. Привозникновении необходимости разработки ПП ее надо дополнить соответствующейконструкторско-технологической информацией.
При выполнении проекта с разработкой узла ППсхема должна формироваться из библиотечных элементов, которые включают полнуюинформацию о конструктивных особенностях ЭРЭ и их посадочных местах на ПП.
/>
Рис 16. Принципиальнаяэлектрическая схема.
Комплекс временных диаграмм работы триггерного устройства исчетчика К564ИЕ9:
/>
/>
Рис 15.Временные диаграммы работы триггерного устройства исчетчика К564ИЕ9.
Проектирование печатной платы
Графический редактор PCAD РСВ предназначен для выполнения работ, связанных стехнологией разработки и конструирования узлов печатных плат. Он позволяетупаковывать схемы на плату, задавать размеры ПП, ширину проводников и величинуиндивидуальных зазоров для разных проводников, задавать размеры контактныхплощадок и диаметры переходных отверстий, экранные слои. Редактор позволяетвыполнять маркировку ЭРЭ, их размещения, неавтоматическую трассировкупроводников и формировать управляющие файлы для технологического оборудования.Система PCAD 2002 включает две программы автоматической трассировки печатныхпроводников, которые вызываются из редактора PCAD PCB.Это трассировщики QuickRoute и ShapeBased Router.
Программа QuickRoute реализует сеточнуютехнологию (Grid Based) и пригодна для быстрой разработки не очень сложных ПП,включающих не более 4х слоев металлизации. По сравнению с другими эта программаменее эффективна и работает только в дюймовой системе.
Трассировщик ShapeBased Router основан на бессеточнойтехнологии (ShapeBased) и реализует принципы оптимизации нейронных сетей. Программапредназначена для трассировки многослойных ПП (до 30 слоев) с высокойплотностью размещения ЭРЭ и реализует такие алгоритмы, которые стремятсяполучить 100% трассировки соединений. Работает программа в автоматическом, интерактивноми ручном режимах.
Пример трассировки при помощи трассировщика QuickRoute:
/>
Рис 18. Пример трассировки при помощи трассировщика QuickRoute.
/>/>/>Литература
1. ПреснухинЛ.Н., Воробьёв Н.И., Шишкевич А.А. Расчёт элементов цифровых устройств. М.,Высшая школа, 1991.
2. УгрюмовЕ.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. М., Высшая школа, 1987.
3. ИвановС.Р., Черников А. С. Синтез статических триггеров. МУ к КР по курсу“Схемотехника ЭВМ и систем". М., 1987.
4. ТабаринБ.В., Якубовский С.В., Справочник по интегральным микросхемам. М., «Энергия»,1980
5. ПухальскийГ. И., Новосельцева Т. Я. Проектирование ДУ на интегральных микросхемах. М.,«Радио и связь», 1990