МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
Одеський національний університет ім. І. І. Мечникова
Миколаївський навчально-науковий центр
Курсова робота
по дісціпліні «Прикладна теорія цифрових автоматів»
на тему «Розробка цифрового таймера»
Миколаїв 2001
Опис документів:
Технічне завдання на цифровий пристрій
Введення
Функціональна схема
Застосування пристрою
Загальна частина і вибір тригера
Структурна схема
Таблиця станів і граф-схема
Кодування таблиці переходів
Висновки
Література
Технічне завдання на цифровий пристрій
Пристрій стійко до циклічного зміни температури навколишнього повітря від граничної позитивної до граничної негативною.
Комплектуючі елементи
У даній схемі використовуються універсальні JK тригери, елементи І-НЕ, І, АБО.
Введення
У побуті нерідко буває потрібний прилад для відліку інтервалів часу. Необхідність в ньому виникає, наприклад, при проявленні фотоплівок, приготуванні розчинів, що вимагають дозування часу, приготуванні їжі і в багатьох інших випадках. Велику допомогу тут надасть цифровий таймер, що дозволяє відраховувати і відображати час через 1с. Максимальна тривалість відліку складає 59 секунд.
Функціональна схема таймера зображена рис.1.
Рис.1.
Основою приладу є генератор тактових імпульсів, що виробляє послідовність імпульсів з частотою 1 Гц. З генератора тактових імпульсів, імпульси потрапляють на лічильник секунд (одиниць). Лічильник виробляє послідовність імпульсів з періодом проходження 1с. Лічильник містить два сдвигающих регістра, що виконують функції власне лічильників, два дешифратора, розшифровуючих їх стану, і керуючих сегментами індикаторів. Імпульси надходять на дешифратор. До виходів дешифратора підключається індикатор. (Рис.2.) Цифри на індикаторах такого типу формуються з семи сегментів висвічується в певних поєднаннях.
Рис. 2
Об'єкт "семисегментний індикатор" служить для відображення надходять на нього даних у числовому вигляді.
При необхідності цифровий таймер можна використовувати не тільки для подачі звукового сигналу в певний час, але і для включення або виключення будь-небудь зовнішнього навантаження, наприклад освітлювальної лампи, телевізора, радіо, магнітофона.
Загальна частина і вибір тригера
Спочатку всі тригери встановлені в стан 0.Счет здійснюється відповідно до нормальної двійковій послідовністю чисел, включаючи число 8. У момент появи негативного фронту десятого тактового імпульсу перший тригер перекидається зі стану 1 в стан 0. Оскільки сигнал з виходу тригера Т1 є тактовим для тригера Т2, то його зміна повинна призвести до переходу тригера Т2 у стан 1. Однак цього не відбувається з наступних причин. У момент вхідний сигнал J2 тригера Т2 дорівнює D '= 0 і, отже, тригер Т2 залишається в стані скидання. У цей же момент в стані скидання необхідно встановити і тригер Т4. Так як J4 = BC = 0 і K4 = 1, то коли в момент закінчення імпульсу S9 тригер Т1 здійснює перехід 1 ® 0, тригер Т4 встановлюється в стан Т4 = 0. Тепер всі тригери встановлені в нульовий стан і готові для прийому першого імпульсу та початку наступного циклу. Десятковий лічильник є так само схемою, що виробляє поділ на10, оскільки у відповідь на кожні десять імпульсів, що подаються на вхід тригера Т1, на виході тригера Т4 з'являється один імпульс.
Стани лічильника
Xвх
Q 1
Q 2
Q 3
Q 4
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Лічильник залишається в кожному з перших п'яти станів протягом інтервалу часу, рівного періоду тактового сигналу. Але при записі шостого стану (101) елемент І-НІ виробляє сигнал скидання r = (Т1 Т1 'Т3)'. Як це робиться, показано на рис.2.2. На рис.6. зображені тимчасові діаграми, що характеризують роботу схеми лічильника.
Рис.6
S5 
Час скидання для різних тригерів, що утворюють лічильник, буває різним.
Рис. 7.
Наприклад, в такій схемі рис. 7. тригер Р1 може скидатися швидше, ніж тригер Р3.
У попередній схемі (Рис.7.) На виході елемента 3 з'являється логічна <<1>>, коли лічильник переходить в стан S5. Це означає, що на виході Q з'являється логічний <<0>>. Отже, сигнал Q '= r використовується для очищення тригерів лічильника. Схема замикання залишається в стані Q = 1 до тих пір, поки не з'явиться шостий тактовий імпульс. Цей імпульс скидає тригер, і значення Q '= r стає рівним логічної <<1>>. Цикл роботи схеми замикання завершується, коли значення AB'C стає рівним логічної <<1>>.
Рис. 8.
Дешифратор, з коефіцієнтом перерахунку 10 (включаючи 0), схема якого показана на Рис 8., Має чотири входи і один вихід і виконує таку функцію: кожному вхідному слову (m-розрядного коду), відповідає сигнал 1 (або в інших випадках - сигнал 0) на виході. Таким чином, для побудови дешифратора можна використовувати елементи І, на входи яких подаються вхідні сигнали і їх інверсні значення.
Дешифратор перетворює надходить на нього двійковий код в десятковий.
Аналогічно будується дешифратор з коефіцієнтом перерахунку 6 (включаючи 0) Рис.10.
Рис.10.
З виходів дешифратора десяткові імпульси надходять на індикатор Рис.11.
Принцип синтезу цифр у семисегментний коді ілюструється Рис.11. На Рис.11. наведена семисегментний матриця.
Рис. 11
Її окремі сегменти, які відповідають певним виходів дешифраторів, D1-D7, позначені послідовністю великих літер латинського алфавіту (AG). На рис.12. наведена конфігурація цифр 0 ... 9, виражена в семисегментний коді.
Рис.12.
Таке уявлення цифр є найбільш поширеним, хоча використовуються і інші начерки.
Виходячи з того, що світиться сегменту індикатора відповідає рівень 1 на виході дешифратора, а не світяться - рівень 0, можна розглянути приклади формування окремих цифр. Для формування цифри 5 необхідно забезпечити рівень 0 на виходах «b» і «e», а на інших - рівень 1.
За допомогою даного середовища можна моделювати схеми до початку їх виготовлення, так що можна з самого початку бути впевненим в адекватності їх архітектури. Вона детально показує, з яких елементів складається схема і як вона функціонує, тому розробники можуть використовувати її як ескіз або креслення створюваного пристрою. За допомогою готової моделі недоліки проекту легко виявити на стадії, коли їх виправлення не потребує ще значних витрат.
Література
1. Гольденберг Л.М. «Імпульсні пристрої»; Москва; Радіо і зв'язок, 1981р.
2. Науково-популярний радіотехнічний журнал «Радіо» № 2 1976р. стаття кандидата технічних наук С. Бірюкова
3. «На допомогу радіоаматорові»: Збірник. Випуск 72 стаття Р. Майзульса 1981р.
4. «На допомогу радіоаматорові»: Збірник. Випуск 74 стаття С. Горшкова 1981р.
5. «На допомогу радіоаматорові»: Збірник. Випуск 80 стаття В. Скрипника 1983р.
6. Науково-популярний радіотехнічний журнал «Радіо» № 5 1979р. стаття С. Алексєєва
7. Б. Голдсуорт; під ред. Директора техн. наук проф. Ю.І. Топчеева; Москва 1995р.
Одеський національний університет ім. І. І. Мечникова
Миколаївський навчально-науковий центр
Курсова робота
по дісціпліні «Прикладна теорія цифрових автоматів»
на тему «Розробка цифрового таймера»
Керівник: К.т.н., доцент
Мельник В.А.Виконавець: Студент групи До-220
До i наш Олекс i ї Анатол i ЙовичМиколаїв 2001
Опис документів:
Технічне завдання на цифровий пристрій
Введення
Функціональна схема
Застосування пристрою
Загальна частина і вибір тригера
Структурна схема
Таблиця станів і граф-схема
Кодування таблиці переходів
Висновки
Література
Технічне завдання на цифровий пристрій
Мета розробки
Синтезувати цифровий пристрій, підраховують кількість секунд. Результат представити за допомогою дешифратора. Лічильник замкнути по модулю 60.
Основне призначення
При необхідності цифровий таймер можна використовувати не тільки для подачі звукового сигналу в певний час, але і для включення або виключення будь-небудь зовнішнього навантаження, наприклад освітлювальної лампи, телевізора, радіо, магнітофона.
Загальна характеристика пристрою
Цей пристрій забезпечує відлік часу від 0 до 60 секунд з автоматичним скиданням. Пуск і зупинку секундоміра, можливо, здійснювати вручну в будь-який момент часу. Точність ходу секундоміра обумовлюється стабільністю частоти задає генератора.Умови експлуатації пристрою
Робоча температура навколишнього повітря від мінус 30 до +50 ° С, відносна вологість повітря до 98% при температурі до +35 ° С.Пристрій стійко до циклічного зміни температури навколишнього повітря від граничної позитивної до граничної негативною.
Комплектуючі елементи
У даній схемі використовуються універсальні JK тригери, елементи І-НЕ, І, АБО.
Блок включає в себе дешифратор десятків |
Генератор тактових імпульсів |
Блок включає в себе дешифратор одиниць |
У побуті нерідко буває потрібний прилад для відліку інтервалів часу. Необхідність в ньому виникає, наприклад, при проявленні фотоплівок, приготуванні розчинів, що вимагають дозування часу, приготуванні їжі і в багатьох інших випадках. Велику допомогу тут надасть цифровий таймер, що дозволяє відраховувати і відображати час через 1с. Максимальна тривалість відліку складає 59 секунд.
Функціональна схема таймера зображена рис.1.
Рис.1.
Основою приладу є генератор тактових імпульсів, що виробляє послідовність імпульсів з частотою 1 Гц. З генератора тактових імпульсів, імпульси потрапляють на лічильник секунд (одиниць). Лічильник виробляє послідовність імпульсів з періодом проходження 1с. Лічильник містить два сдвигающих регістра, що виконують функції власне лічильників, два дешифратора, розшифровуючих їх стану, і керуючих сегментами індикаторів. Імпульси надходять на дешифратор. До виходів дешифратора підключається індикатор. (Рис.2.) Цифри на індикаторах такого типу формуються з семи сегментів висвічується в певних поєднаннях.
Рис. 2
Об'єкт "семисегментний індикатор" служить для відображення надходять на нього даних у числовому вигляді.
Застосування цифрового пристрою
В даний час все більш широко застосовуються в якості базового елементу пристроїв формування та перетворення імпульсів так звані таймери, безпосередньо призначені для формування стабільних тимчасових інтервалів. Схеми інтегральних таймерів зазвичай містять окрім елементів времязадающих мосту і ряд інших - тригери, формувачі, ключі і інші, що дозволяють реалізувати на основі таймера різні імпульсні пристрої.При необхідності цифровий таймер можна використовувати не тільки для подачі звукового сигналу в певний час, але і для включення або виключення будь-небудь зовнішнього навантаження, наприклад освітлювальної лампи, телевізора, радіо, магнітофона.
Загальна частина і вибір тригера
Асинхронний десятковий лічильник.
Так як десятковий лічильник має десять станів, то для його реалізації необхідно чотири тригери. На малюнку 3. показана схема лічильника, а на малюнку 4. - Його тимчасові діаграми.
Рис. 3.Спочатку всі тригери встановлені в стан 0.Счет здійснюється відповідно до нормальної двійковій послідовністю чисел, включаючи число 8. У момент появи негативного фронту десятого тактового імпульсу перший тригер перекидається зі стану 1 в стан 0. Оскільки сигнал з виходу тригера Т1 є тактовим для тригера Т2, то його зміна повинна призвести до переходу тригера Т2 у стан 1. Однак цього не відбувається з наступних причин. У момент вхідний сигнал J2 тригера Т2 дорівнює D '= 0 і, отже, тригер Т2 залишається в стані скидання. У цей же момент в стані скидання необхідно встановити і тригер Т4. Так як J4 = BC = 0 і K4 = 1, то коли в момент закінчення імпульсу S9 тригер Т1 здійснює перехід 1 ® 0, тригер Т4 встановлюється в стан Т4 = 0. Тепер всі тригери встановлені в нульовий стан і готові для прийому першого імпульсу та початку наступного циклу. Десятковий лічильник є так само схемою, що виробляє поділ на10, оскільки у відповідь на кожні десять імпульсів, що подаються на вхід тригера Т1, на виході тригера Т4 з'являється один імпульс.
Стани лічильника
Xвх
Q 1
Q 2
Q 3
Синхро- імпульси S0 S1 S1 S2 S2 S3 S3 S4 S4 S5 S5 S6 S6 S7 S7 S8 S8 S9 S9 S0 |
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
Асинхронний лічильник з автоматичним скиданням (розподіл на п'ять)
У лічильнику з автоматичним скиданням використовується дещо інші методи рахунку. Лічильник за модулем 5 виробляє рахунок від 0 до 5, причому логічний сигнал, що представляє число 5, використовується для очищення всіх тригерів лічильника. На рис.5. показана діаграма станів лічильника з автоматичним скиданням по модулю 5.SHAPE \ * MERGEFORMAT
CBA 000 |
001 |
010 |
101 |
100 |
011 |
Лічильник залишається в кожному з перших п'яти станів протягом інтервалу часу, рівного періоду тактового сигналу. Але при записі шостого стану (101) елемент І-НІ виробляє сигнал скидання r = (Т1 Т1 'Т3)'. Як це робиться, показано на рис.2.2. На рис.6. зображені тимчасові діаграми, що характеризують роботу схеми лічильника.
Рис.6
Час скидання для різних тригерів, що утворюють лічильник, буває різним.
1 |
Тактові імпульси |
P1 |
P2 |
P3 |
Наприклад, в такій схемі рис. 7. тригер Р1 може скидатися швидше, ніж тригер Р3.
У попередній схемі (Рис.7.) На виході елемента 3 з'являється логічна <<1>>, коли лічильник переходить в стан S5. Це означає, що на виході Q з'являється логічний <<0>>. Отже, сигнал Q '= r використовується для очищення тригерів лічильника. Схема замикання залишається в стані Q = 1 до тих пір, поки не з'явиться шостий тактовий імпульс. Цей імпульс скидає тригер, і значення Q '= r стає рівним логічної <<1>>. Цикл роботи схеми замикання завершується, коли значення AB'C стає рівним логічної <<1>>.
Рис. 8.
Дешифратор, з коефіцієнтом перерахунку 10 (включаючи 0), схема якого показана на Рис 8., Має чотири входи і один вихід і виконує таку функцію: кожному вхідному слову (m-розрядного коду), відповідає сигнал 1 (або в інших випадках - сигнал 0) на виході. Таким чином, для побудови дешифратора можна використовувати елементи І, на входи яких подаються вхідні сигнали і їх інверсні значення.
Дешифратор перетворює надходить на нього двійковий код в десятковий.
Аналогічно будується дешифратор з коефіцієнтом перерахунку 6 (включаючи 0) Рис.10.
Рис.10.
З виходів дешифратора десяткові імпульси надходять на індикатор Рис.11.
Принцип синтезу цифр у семисегментний коді ілюструється Рис.11. На Рис.11. наведена семисегментний матриця.
Рис. 11
Її окремі сегменти, які відповідають певним виходів дешифраторів, D1-D7, позначені послідовністю великих літер латинського алфавіту (AG). На рис.12. наведена конфігурація цифр 0 ... 9, виражена в семисегментний коді.
Рис.12.
Таке уявлення цифр є найбільш поширеним, хоча використовуються і інші начерки.
Виходячи з того, що світиться сегменту індикатора відповідає рівень 1 на виході дешифратора, а не світяться - рівень 0, можна розглянути приклади формування окремих цифр. Для формування цифри 5 необхідно забезпечити рівень 0 на виходах «b» і «e», а на інших - рівень 1.
Висновки
Виконуючи курсову роботу, можна зробити висновок, що за допомогою електронного середовища «Electronics Workbench» ефективно моделюються і конструюються різні цифрові пристрої на логічних елементах.За допомогою даного середовища можна моделювати схеми до початку їх виготовлення, так що можна з самого початку бути впевненим в адекватності їх архітектури. Вона детально показує, з яких елементів складається схема і як вона функціонує, тому розробники можуть використовувати її як ескіз або креслення створюваного пристрою. За допомогою готової моделі недоліки проекту легко виявити на стадії, коли їх виправлення не потребує ще значних витрат.
Література
1. Гольденберг Л.М. «Імпульсні пристрої»; Москва; Радіо і зв'язок, 1981р.
2. Науково-популярний радіотехнічний журнал «Радіо» № 2 1976р. стаття кандидата технічних наук С. Бірюкова
3. «На допомогу радіоаматорові»: Збірник. Випуск 72 стаття Р. Майзульса 1981р.
4. «На допомогу радіоаматорові»: Збірник. Випуск 74 стаття С. Горшкова 1981р.
5. «На допомогу радіоаматорові»: Збірник. Випуск 80 стаття В. Скрипника 1983р.
6. Науково-популярний радіотехнічний журнал «Радіо» № 5 1979р. стаття С. Алексєєва
7. Б. Голдсуорт; під ред. Директора техн. наук проф. Ю.І. Топчеева; Москва 1995р.