Проектирование двоично-десятичного счетчика с предварительной установкой в соответствии с современными требованиями микросхемотехники

3МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И  РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

 

Институт информационных технологий

Кафедра информационных систем и технологий

         

 

                                                                         «К защите допускаю»

                                                           Руководитель проекта Пачинин В.И.

                                                                  «____»______________201_ г

 

 

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

 

к курсовому проекту по курсу

«Цифровая электроника» на тему

 

«Генератор кодов последовательности чисел»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2011 г

Белорусский государственный  университет

информатики и  радиоэлектроники

Институт информационных технологий

Факультет компьютерных технологий

 

«УТВЕРЖДАЮ»

Заведующий кафедрой ИСиТ

__________ В.И. Пачинин

«_29_»   июня   2011   г.

З А Д А Н И Е

по курсовому  проектированию

 

 

1. Тема проекта: «Двоично-десятичный счетчик с предварительной установкой»

 

2. Сроки сдачи студентом  законченного проекта:    « 25 »  декабря   2011   г.

3. Исходные данные для  проекта:

1.Тип счетчика  – _____вычитающий____________________________

2.Внутренний код  счетчика – ______5-2-1-1______________________

3.Код предварительной  установки - ____7-4-2-1___________________

4.Тип триггеров – _______RS___________________________________

5.Элементная база –  __КМОП_____(элементный  базис ИЛИ-НЕ)_____

 

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке

вопросов):

1.Введение

2.Аналитический обзор

3.Конкретизация технического  задания

4.Выбор и описание работы  элементной базы

5.Синтез структурной схемы

6.Анализ структурной схемы

7.Разработка электрической  схемы и описание ее работы

8.Заключение

9.Список использованной  литературы

 

5. Перечень графического  материала (с точным указанием  обязательных чертежей и графиков)

1.Структурная схема устройства (ф.А3).

2.Временные диаграммы  работы устройства (ф.А4).

3.Схема электрическая  принципиальная (Библиотека элементов) (ф.А3).

 

6. Дата выдачи задания  «_29_»   июня   2011   г.

 

7. Календарный график  работы над проектом на весь  период 

1.  01.10.11.   – пункты 4.1, 4.2, 4.3

2.  01.11.11 .   – пункты 4.5, 4.6, 5.1, 5.2

3.  10.12.11.   – пункты 4.7, 4.8, 4.9, 5.3

 

Руководитель __________________

 

                    Задание принял к исполнению __________________

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Аналитический обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  2 Конкретизация технического  задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3 Выбор и описание работы  элементной базы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Синтез структурной схемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Структурный синтез  преобразователя кодов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Структурный синтез счётчика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Структурный синтез  устройства, реализующего функцию  разделения режима работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Анализ структурной схемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Разработка электрической  схемы и описание её работы . . . . . . . . . . . . . . Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Список использованной литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	4
	5
	12
	14
	17
	17 20   22 24
	26
	28
	29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Значительные изменения  во многих областях науки и техники  обусловлены развитием электроники. В настоящее время невозможно найти какую-либо отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные  приборы или электронные устройства измерительной техники, автоматики и вычислительной техники. Причем тенденция  развития такова, что доля электронных  информационных устройств и устройств  автоматики непрерывно увеличивается. Это является результатом развития интегральной технологии, внедрение  которой позволило наладить массовый выпуск дешевых, высококачественных, не требующих специальной настройки  и наладки микроэлектронных функциональных узлов различного назначения.

Промышленность выпускает  почти все электронные функциональные узлы, необходимые для создания устройств  измерительной и вычислительной техники, а также систем автоматики: интегральные электронные усилители  электрических сигналов; коммутаторы; логические элементы; перемножители электрических напряжений; триггеры; счетчики импульсов; регистры; сумматоры и т.д. На основе больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем созданы и выпускаются микропроцессоры и микропроцессорные комплекты, представляющие собой вычислительную машину или ее основные узлы, изготовленные в одном корпусе или в нескольких малогабаритных корпусах. Функции, выполняемые интегральными схемами микропроцессоров, могут быть заданы подачей на их входы внешних электрических сигналов, осуществляемой по определенной программе.

Интенсивное развитие и распространение  систем обработки и передачи информации на базе микросхем и тенденция  создания принципиально новых информационных микросистем привели в последнее  время к развитию ряда новых направлений, связанных с обработкой информации и обменом большими объёмами данных. Практически во всех областях техники, использующих методы цифровой обработки  информации, требуются высокопроизводительные интегральные схемы.

Исходное техническое  задание на проектирование микросхемы содержит описание функций, которые  она должна выполнять в электронной  аппаратуре, и требование к ее основным параметрам. Конечным результатом проектирования является такое представление микросхемы, используя которое можно изготовить ее образцы. Такой формой представления  являются чертежи фотошаблонов и  комплект конструкторской документации, необходимые для изготовления микросхемы.[1]

Целью данного курсового  проекта является проектирование двоично-десятичного счетчика с предварительной установкой в соответствии с современными требованиями микросхемотехники.

 

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

 

 

Счётчики – это устройства, которые осуществляют счёт и хранение кода числа подсчитанных сигналов.

Счетчики широко используются в устройствах управления цифровых систем для подсчета числа выполненных  операций, в связной и контрольно-измерительной  аппаратуре для определения числа  поступивших сигналов.

Основным параметром счётчика является модуль счёта К_сч - максимальное число импульсов, которое может быть сосчитано счётчиком. После поступления К_сч импульсов счётчик должен возвращаться в исходное состояние. Величина К_сч равна числу устойчивых состояний счётчика. Количество поступивших на счётный вход импульсов представляется на выходе счётчика в виде двоичного числа в том или ином коде: прямом, дополнительном, циклическом. Обычно счётчики имеют дополнительные входы установки S, позволяющие предварительно установить на выходе счётчика заданное число, или входы сброса R, сигнал на которых переводит счётчик в исходное состояние. Счётчики используются в качестве делителей частоты, обеспечивающих на выходе в К_сч раз меньшую частоту сигнала, чем на входе.

По порядку изменения  состояний могут быть счётчики с  естественным и произвольным порядком счёта. В первых, значение кода каждого  последующего состояния счётчика отличается на единицу от кода предыдущего состояния. В счётчиках с произвольным порядком счёта значения кодов соседних состояний  могут отличаться более чем на единицу. В свою очередь, счётчики с  естественным порядком счёта подразделяются на простые и реверсивные. Простые же счётчики делятся на суммирующие и вычитающие. Реверсивные счётчики в зависимости от значений управляющих сигналов могут работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания. По модулю счёта или, что то же самое, по коэффициенту пересчёта Ксч счётчики подразделяются на двоичные с Ксч =2^m и недвоичные с Ксч ≠2^m.

По способу переключения триггеров во время счёта сигналов счётчики подразделяются на асинхронные и синхронные. В асинхронных счётчиках переход каждого триггера из одного состояния в противоположное происходит сразу же после изменения сигналов на его управляющих входах. В этих счётчиках переключение триггеров происходит последовательно во времени. В синхронных счётчиках триггеры переключаются при наличии соответствующих сигналов на управляющих входах только в момент прихода тактирующего (синхронизирующего) сигнала.

Основными параметрами счётчиков  являются ёмкость и быстродействие. Ёмкость счётчика характеризует максимальное число сигналов, которое может быть им сосчитано, и численно равна коэффициенту пересчёта Ксч. После поступления Ксч входных сигналов счётчик возвращается в исходное состояние. Быстродействие счётчика определяется двумя величинами: разрешающей способностью tp=1/fсч и временем установки tуст кода счётчика. Под разрешающей способностью tр понимают минимально допустимый интервал времени между двумя входными сигналами, при котором не происходит потери счёта сигналов. Время установки кода tуст представляет собой интервал времени между моментом поступления входного сигнала и моментом завершения перехода счётчика в новое устойчивое состояние.[2]

По структурной организации счётчики делятся на счётчики с параллельным, последовательным и параллельно-последовательным переносом. Которые между собой различаются способами подачи счётных импульсов на входы разрядов.

В счётчиках с  последовательным переносом входной  переключающий сигнал воздействует лишь на первый триггер, и каждый триггер вырабатывает переключающий сигнал для следующего соседнего триггера.

В счётчиках с  параллельным переносом входной  переключающий сигнал воздействует на все триггеры, и каждый триггер вырабатывает для всех последующих лишь управляющие сигналы. Параллельные счётчики обычно строятся на базе RS-, JK-, D- триггеров, синхронизируемых фронтом.

В счётчиках с  параллельно-последовательным переносом  триггера разбиты на группы, причём внутри группы действует параллельный перенос, а между группами последовательный.

Синхронизация может  производиться уровнем или фронтом. Синхронизация уровнем происходит при достижении сигнала на входе синхронизации уровней «0» или «1» в зависимости от конструкции счётчика. Синхронизация фронтом может производиться положительным, или отрицательным фронтом. Синхронизация положительным фронтом происходит при переходе сигнала на входе из состояния «0» в состояние «1». Синхронизация отрицательным фронтом - при переходе сигнала на входе синхронизации из состояния «1» в состояние «0».

Часто при проектировании счётчиков требуется создать  счётчик с началом счёта с произвольного числа. Для этого в счётчик вводят вход предварительной установки. Сигнал на этом входе разрешает или запрещает запись в счётчик двоичного числа, поданного на информационные входы. Предварительная запись может быть параллельной и последовательной. В первом случае - двоичный код числа подаётся одновременно на все триггеры поразрядно. Во втором - код подаётся на один информационный вход. Выход каждого триггера соединён последовательно с информационным входом следующего триггера, что обеспечивает последовательную запись кода.

Предварительная установка может быть синхронной и асинхронной. Синхронная установка осуществляется по следующему принципу. Подачей на определённый вход импульса, счётчик блокируется, и с приходом очередного импульса синхронизации выходы триггеров устанавливаются в состояния определяемые значениями на информационных входах (рисунок 1.1).

 

 

Рисунок 1.1 - Счётчик с предварительной установкой

 

 

Асинхронная установка осуществляется независимо от состояния сигнала на входе синхронизации, и заданные значения сигнала на информационных входах переходят на выходы триггеров через входы Sa и Ra которыми дополнен триггер (рисунок 1.2).

 Кроме этого  счётчики могут иметь вход  принудительного сброса, что позволяет в любой момент вернуть счётчик в исходное состояние. Некоторые счётчики могут также содержать вход разрешения счёта, вход остановки или хранения информации, входы и выходы переноса, вход разрешения переноса.

Возможные режимы работы счётчика:

1. Регистрация числа поступивших на счётчик сигналов.
2. Деление частоты.

В первом режиме результат - содержимое счётчика, во втором режиме выходными сигналами являются импульсы переполнения счётчика.