Синтез цифровых устройств. Синтез схемы источника цифровых импульсов. Принципиальная схема цифрового устройства.

Введение
Цифровая электроника в настоящее время все более и более вытесняет традиционную аналоговую. Ведущие фирмы, производящие самую разную электронную аппаратуру, все чаще заявляют о полном переходе на цифровую технологию. Причем это относится как к бытовой технике (аудио-, видеоаппаратура, средства связи), так и к профессиональной технике (измерительная, управляющая аппаратура). Ставшие уже привычными персональные компьютеры также полностью реализованы на основе цифровой технологии. Видимо, в ближайшем будущем полностью аналоговые устройства будут применяться только в тех редких случаях, когда требуется получить рекордные значения некоторых параметров электронных устройств (например, быстродействия).
Выполнение курсового проекта по проектирования цифрового устройства позволяет закрепить на практике теоретические и практические знания и навыки полученные в ходе изучения профессионального модуля «Проектирование цифровых устройств».

1 Синтез цифровых устройств
Цель работы: Изучение методов, используемых при анализе и логическом проектировании цифровых устройств.
В данном курсовом проекте требуется произвести синтез цифрового устройства, представленного ниже:

Рис. 1
Устройство состоит из генератора тактовых импульсов (ГТИ), делителя частоты, счётной схемы, двух дешифраторов и элементов индикации. Частота вырабатываемых генератором импульсов, уменьшается делителем до 0,1 Гц. Счётная схема, в зависимости от числа поступающих на её вход импульсов, устанавливается в одно из устойчивых состояний, соответствующих определённым комбинациям кода. Каждая кодовая комбинация, отображается на индикаторах соответствующим ей шестнадцатеричным числом.
Частота вырабатываемых генератором тактовых импульсов f = 240 Гц. Счётная схема имеет 8 устойчивых состояний: 8,10,12,14,16,18,20,22, в соответствии с заданием на курсовой проект. Используемая для построения цифрового устройства элементная база: «И – НЕ». Серия используемых логических элементов: КР1561. Десятичный эквивалент в счётной схеме кодируется кодом 8421.

2 Синтез схемы источника цифровых импульсов
Рассмотрим в качестве источника цифровых импульсов схему простого генератора тактовых импульсов (ГТИ), построенную на трех инверторах (рис. 1).

Рис. 2. Схема ГТИ на трех инверторах
Длительность импульса (рис. 2) определяется временем перезаряда конденсатора C1.

Рис. 3. Временная диаграмма работы генератора
Период равен

Частота

Резистор R2 (рис. 2) необходим для ограничения тока через входные защитные диоды и уменьшения нагрузки на элемент DD2. Если его величина значительно меньше, чем у резистора R1, он на частоту генерации влияния не оказывает.
Так же известна схема ГТИ на двух инверторах (рис. 4), но частота генерации в нем менее стабильна.

Рис. 4. Схема ГТИ на двух инверторах
Описанные генераторов синтезируют импульсы непрерывно, а в нашем случае это необходимо делать по сигналу ПУСК.
Рассмотрим схему управляемого ГТИ (рис. 5).

Рис. 5. Управляемый ГТИ

Рис. 6. Диаграммы входных и выходных сигналов управляемого ГТИ
ГТИ, представленный на рисунке 5, выдает импульсы сразу после сигнала разрешения с обеспечением полной длительности последнего импульса независимо от момента снятия сигнала разрешения.
Объединим схемы, представленные на рисунках 2 и 5 (рис. 6) и рассчитаем номиналы элементов исходя из заданной частоты по формуле (2).
Примем значение емкости конденсатора C1 равным 62 нФ.

Выберем значение сопротивления R1 из ряда номинальных значений E24.

Тогда значение генерируемой частоты равно

Значение сопротивления R2 выберем значительно меньшим, чем R1.


Рис. 7. Схема ГТИ
Таким образом, разработанная схема управляемого ГТИ (рис. 7) по инверсному сигналу ПУСК на входе, генерирует на выходе прямоугольные импульсы с частотой 240 Гц.

3 Синтез схемы делителя частоты
Коэффициент деления составит

Для организации делителя частоты на 2400 разделим делитель на 3 каскада с коэффициентами деления 10, 10, 24.
Для построения счетчика на 10 будем использовать последовательное соединение 4 JK-триггеров с выделением 10 комбинации.

Рис. 8. Делитель частоты на 10

Рис. 9. Временная диаграмма делителя на десять
Как видно из временной диаграммы триггеры нужно обнулить на одиннадцатом такте (обнулять будем только 2 и 4 триггера так как 1 и 3 уже установлены в ноль).
Для построения счетчика на 24 будем использовать последовательное соединение 5 триггеров типа JK с выделением 24 комбинации.

Рис. 10. Делитель частоты на 24

Рис. 11. Временная диаграмма делителя на 24
Серия 1561 содержит ИМС двоичного счетчика КР1561ИЕ10. Его условное графическое обозначение (УГО) приведено на рис. 12.