Таймер 99..0

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Филиал федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего образования

«Национальный исследовательский университет «МЭИ»

в г. Смоленске

Кафедра Вычислительной техники

профиль «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: «Таймер 99..0»

Смоленск 2017

.

Введение

Счетчиками называют устройства для подсчёта числа поступивших на их вход импульсов (команд), запоминания и хранения результата счёта и выдачи этого результата. Основным параметром счётчика является модуль счёта (емкость) Кс. Эта величина равна числу устойчивых состояний счётчика. После поступления импульсов Кс счётчик возвращается в исходное состояние.

Счётчики используются для построения таймеров или для выборки инструкций из ПЗУ в микропроцессорах. Они могут использоваться как делители частоты в управляемых генераторах частоты (синтезаторах). При использовании в цепи ФАП счётчики могут быть использованы для умножения частоты как в синтезаторах, так и в микропроцессорах.

Счетчики можно классифицировать:

По основанию системы - двоичные и десятичные.

По способу организации счета - асинхронные и синхронные.

По направлению переходов - суммирующие, вычитающие, реверсивные.

4. По способу построения цепей сигналов переноса - с последовательным, сквозным, групповым и частично - групповым переносом.

В суммирующем счётчике приход каждого входного импульса увеличивает результат счёта на единицу, в вычитающем - уменьшает на единицу; в реверсивных счётчиках может происходить как суммирование, так и вычитание.

Постановка и анализ задачи. Выбор технических средств.

1. За формирование импульсной последовательности осуществляется как вручную (кнопочным переключателем) так и с использованием генератора импульсов.

В двоично-десятичном реверсивном счётчике предусмотреть возможность установки его разрядов в '0', то есть предусмотреть сброс.

Узел индикации выполнить с использованием 7ми сегментных индикаторов.

счётчик четырёхразрядный индикатор

1. Описание работы генератора, счётчика и индикатора

Генератор.

В качестве источника импульсных сигналов выбрана схема генератора прямоугольных импульсов (Рис.1), на основе микросхемы NE555.

Рис.1 Микросхема таймера NE555 и его внутренняя структура

Расположение и назначение выводов NE555 и её аналоги преимущественно выпускаются в восьмивыводном корпусе типа PDIP8, TSSOP или SOIC. Расположение выводов независимо от корпуса - стандартное:

1. Общий (GND).

2. Запуск (TRIG).

3. Выход (OUT).

4. Сброс (RESET).

5. Контроль (CTRL).

6. Останов (THR).

7. Разряд (DIS).

8. Питание (VCC). Подключается к плюсу источника питания 4,5-16В.

Рис.2 Схема генератора

Помимо таймера в схеме генератора (рис. 2) имеется внешняя времязадающая цепочка в виде резистора R и конденсатора C. Таймер в режиме одновибратора использует раздельные входы для установки и сброса. Так вход SA служит для запуска, то есть для переброса таймера из исходного нулевого состояния в единичное. А вход RA, контролирующий напряжение на времязадающем конденсаторе, служит для возврата таймера через некоторое время в исходное нулевое состояние.

Основой микросхемы таймера является прецизионный триггер Шмитта, с инверсной передаточной характеристикой, который для простоты пояснений можно представить в виде асинхронного D-триггера с инверсным аналоговым входом Рабочее напряжение +5В.

Схема генератора в своей основе (рис. 2) представлена как схема мультивибратора.

Мультивибратор представляет собой генератор периодических импульсов прямоугольной формы с заданной амплитудой, длительностью или частотой, в зависимости от поставленной задачи. Его отличие от одновибратора состоит в отсутствии внешнего возмущающего воздействия для нормального функционирования устройства.. В формировании повторяющихся импульсов участвуют резисторы R1, R2 и конденсатор С1. Частоту (F) рассчитывают по формуле из таблицы 1.

Вход RA по-прежнему контролирует напряжение на времязадающем конденсаторе, разряд конденсатора обеспечивается внутренним транзистором вспомогательного выхода с открытым коллектором. Только вход SA, на который раньше подавался запускающий импульс, подключен теперь к конденсатору.

При таком включении таймер работает в режиме D-триггера и состояние обоих входов зависит от напряжения на конденсаторе. Поэтому таймер может устанавливаться и сбрасываться без внешнего запуска, то есть работать в автоколебательном режиме.

Схема обладает следующими характеристиками:

Таблица 1 Параметры генератора прямоугольных импульсов

Представленная схема должна генерировать импульсы частотой F = 700 Гц. Для этого необходимо подобрать номиналы конденсатора С1 и резисторов R1 и R2. Из предоставленной таблицы 1 было взято значение сопротивления резистора R1 = 10кОм и R2 = 100кОм.

В экспериментальной формуле для расчёта частоты (табл.1) используются следующие единицы измерения: F-Гц, Rl,2-Ом, С1-Ф.

Найдём по экспериментальной формуле ёмкость конденсатора С1:

Выбираем ближайшее значение по номиналу равное 0,01 мкФ

Счетчик.

Счётчик реализован на 2-х микросхемах К155ИЕ6, содержащих по 4 D-триггера.

Развёрнутая схема двоично-десятичного реверсивного счётчика выглядит следующим образом:

Рисунок 3 Двоично-десятичный реверсивный счётчик и его распиновка выходов

Реверсивные счетчики могут работать как на суммирование, так и на вычитание. Режим суммирования обеспечивается, как уже показано, путем соединения прямого выхода триггера со счетным входом. А режим вычитания получается, если использовать для счета инверсные выходы цепочки триггеров. В реверсивных счетчиках для смены направления счета используют, как и в реверсивных регистрах сдвига, коммутаторы на входе триггеров. На один из входов коммутатора поступает прямой выход предыдущего триггера, используемый в режиме суммирования. На другой - инверсный выход, обеспечивающий режим вычитания. Но при смене направления счета в асинхронном реверсивном счетчике происходит неинформационное изменение кода. Поэтому реверсивные счетчики строятся только по синхронному принципу.

В нашем варианте используется микросхема К155ИЕ6 где приведен 4-разрядный вариант счетчика с использованием JK-триггеров. На информационные входы триггеров поданы непоказанные единичные сигналы, разрешающие переброс в противоположное состояние при наличии разрешающего перепада синхроимпульса управляемого цепью анализа.

Двухканальный коммутатор на входах каждого триггера выполнен на элементах «И-ИЛИ, логические элементы «И» которого одновременно используются для анализа состояния предыдущих триггеров (условия переброса триггера), как для прямых, так и инверсных выходов.

Управляющие сигналы коммутатора (+1, -1) в то же время являются счетными, то есть импульсы поступают на синхровходы триггеров почти одновременно, поскольку быстродействие коммутаторов несколько различается. Поэтому синхронность данной схемы в определенной степени условная, но с этим мирятся.

При увеличении разрядности счетчика число входов логических элементов «И» увеличивается, поэтому в этом случае, как и ранее, используют разделение счетчика на отдельные каскады. Для каскадирования предназначены элементы «И», показанные на рисунке пунктиром. Их инверсные выходные сигналы Р+ и Р- выделяют два состояния счетчика. Первое состояние, когда инверсный сигнал Р+ активен (все триггеры установлены в «1» - код равен 15) разрешает работу старшей группе счетчика при суммировании. Второе состояние, когда активен Р- (единичны все инверсные выходы - код равен нулю), разрешает работу при вычитании. Счетчик имеет входы D0..D3 для параллельного занесения кода в триггеры, как в регистре памяти. Поэтому коммутаторы на входах триггеров выполнены трехканальными, причем третий канал управляется инверсным входным сигналом WR, который действует независимо от счетных входов и в режиме счета должен быть пассивным.

Кроме того микросхема имеет вход R для общего сброса всех триггеров.

Если на вход «-1» подается импульсный перепад от низкого уровня к высокому (дается команда на уменьшение -- down), от содержимого счетчика вычитается 1. Аналогичный перепад, поданный на входе «+1», увеличивает (up)счет на 1. Если для счета используется один из этих входов, на другом тактовом входе следует зафиксировать напряжение высокого логического уровня. Первый триггер счетчика не может переключиться, если на его тактовом входе зафиксировано напряжение низкого уровня. Во избежание ошибок менять направление счета следует в моменты, когда запускающий, тактовый импульс перешел на высокий уровень, т. е. во время плоской вершины импульса.

На выходах «=9» (окончание счета на увеличение, вывод 12) и «=0» (окончание счета на уменьшение, вывод 13) нормальный уровень вывод 13) нормальный уровень - высокий. Если счет достиг максимума (цифра 9 для К155ИЕ6), с приходом следующего тактового перепада на вход «+1» от высокого уровня к низкому (более 9 или более 15) на выходе «=9» появится низкое напряжение. После возврата напряжения на тактовом входе «+1» к высокому уровне Напряжение на выходе «=0» останется низким еще на время соответствующее двойной задержке переключения логического элемента.

Аналогично на выходе «=0» появляется напряжение низкого уровня, если на вход «-1» пришел счетный перепад низкого уровня. Импульсные перепады от выходов «=9» «=0» служат, таким образом, как тактовые для последующих входов «+1»и «-1» при конструировании счетчиков более высокого порядка. Такие многокаскадные соединения счетчиков К155ИЕ6 не полностью синхронные, поскольку на последующую микросхему тактовый импульс передается с двойной задержкой переключения.

Если на вход разрешения параллельной загрузки PE (вывод 11) подать напряжение низкого уровня, то код, зафиксированный ранее на параллельных входах D0 -- D3 (выводы 15, 1, 10 и 9), загружается в счетчик и появляется на его выходах Q0 -- Q3 (выводы 3, 2, 6 и 7) независимо от сигналов на тактовых входах. Следовательно, операция параллельной загрузки -- асинхронная.

Параллельный запуск триггеров запрещается, если на вход сброса R (вывод 14) подано напряжение высокого уровня. На всех выходах Q установится низкий уровень. Если во время (и после) операций сброса и загрузки придет тактовый перепад, микросхема примет его как счётный.

На Рис.4 показана диаграмма работы десятичного счётчика К155ИЕ6, где обозначены логические переходы сигналов при счете на увеличение и уменьшение. Кольцевой счет возможен в пределах 0...9, остальные шесть состояний триггерам запрещены.

Рис.4 Диаграмма работы десятичного счётчика К155ИЕ6

После включения питания, генератор вырабатывает импульсы с частотой 700 Гц. Эти импульсы после замыкания кнопки S1 поступают на вход «-1» микросхемы DD4 для реверсивного счета. При включении питания на выходе присутствует уровень логической «1».

С выходов DD4 код, соответствующий секунде, подается на дешифратор DD3 и индикатор HL2. Перезапись информации в дешифраторы DD2, DD3 происходит по спаду импульсов с микросхемы DD2.

Блок индикации.

Для вывода информации на индикатор, используется дешифратор К514ИД2 цифрового 4-разрядного двоичного кода в сигналы 7-сегментного кода.

Развёрнутая схема преобразователя выглядит следующим образом:

Рис 5 Функциональная схема и условное графическое обозначение микросхемы К514ИД2

Дешифрирование входных сигналов при установлении высокого логического уровня на входе Е. При этом входной информации (на входах D1, D2, D3, D0) будет соответствовать выходная (на выходах A, B, C, D, E, F, G) информации на индикатор:

Рисунок 6 Преобразования двоичного кода для индикатора

Для отображения результата счёта были использованы 7-ми сегментные индикаторы АЛС324Б.

Это индикатор цифровой одноразрядный полупроводниковый предназначен для отображения информации в виде цифр от 0 до 9 и десятичного знака; АЛС324В - для отображения информации в виде «1», математических знаков « + », «-» и десятичного знака в средствах отображения информации индивидуального пользования.

Развёрнутая структура индикатора выглядит следующим образом:

Рисунок 7 7-ми сегментный индикатор АЛС324Б

Выбранные индикаторы (HL1- HL2) необходимо включать с токоограничивающими резисторами т.к. номинальный ток них не должен превышать 20мА, то сопротивление резисторов необходимо выбрать исходя из

,

следовательно, должно быть не меньше 250 Ом.

Выберем сопротивления этих резисторов равным 300 Ом с номинальной мощностью 0,125 Вт (т.к. P=U*I=5B*20mA=0,125 Вт).

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы была разработана электрическая принципиальная, структурные схемы четырёхразрядного двоично-десятичного счётчика. Был осуществлен выбор соответствующей элементной базы с заданными характеристиками и номиналом.

С помощью системы DipTrace была составлена принципиальная схема, на которой реализован счётчик. Разработанная схема полностью соответствующее техническим требованиям и способна вести подсчёт с шагом +1 отображая текущее состояние счётчика посредством семи-сегментного индикатора.

В результате курсового проектирования были закреплены навыки, полученные в курсе изучения «Схемотехника».

Список использованной литературы

1. Аверченков О.Е. Схемотехника: аппаратура и программы. ДМК, 2012.

2. Зорин Л.Ю. Условные графические обозначения на электрических схемах. МЭИ, 2007.

3. Методические указания по выполнению дипломного проекта по специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» /Сост.: Е.А. Панкратова, М.В. Пряжевская, О.В. Семенова / Под ред. А.С. Федулова - Смоленск, 2004.

4. ГОСТы в выданных файлах.

Размещено на Allbest.ru