|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Структура генератора чисел (ГЧ), как «чёрного ящика».Стр 1 из 15Следующая ⇒
Структура генератора чисел (ГЧ), как «чёрного ящика».
Генератор чисел (ГЧ) – это функциональный узел при подаче на вход которого серий синхроимпульсов на выходах формируется циклическая последовательность n-разрядных двоичных чисел. Структура ГЧ как «черного ящика» показана на рис.1.
Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 R Z10
Рис.1. Структура генератора чисел.
ГЧ – генератор чисел; G – генератор тактовых импульсов; С – синхроимпульсы; R – сигнал начальной установки; Z1-10 – выходы ГЧ.
Временная диаграмма работы ГЧ, как «чёрного ящика». Рис.2. Временная диаграмма работы генератора чисел.
Обозначения: С – синхроимпульсы; Z1-10 – выходы ГЧ.
Проанализировав полученную диаграмму, можно представить последовательность чисел, которую нужно реализовать при построении ГЧ. Эта последовательность имеет вид, представленный в таблице 2. Таблица 2.
Методы и способы построения ГЧ.
Генератор чисел на базе счетчика Джонсона. Варианты построения счетчика Джонсона и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации. В основе ГЧ должен лежать счетчик Джонсона, модуль пересчета которого равен длине последовательности чисел, т.е. 24. 2*n=N => n=12 где n – разрядность счётчика Джонсона, N – количество считываемых значений счётчика (модуль пересчёта). Таблица 3.
Упрощенная схема счетчика Джонсона на базе триггеров, использующих сдвиг вправо на рис.3.
Рис.3. Упрощенная схема счетчика Джонсона на базе триггеров. Счетчик Джонсона на базе D-триггеров.
Для реализации понадобится 12 триггеров. При выборе микросхемы триггера, используемого для реализации в качестве базы, будем руководствоваться минимальными аппаратными затратами, необходимыми для удовлетворения ограничений ТЗ. Поэтому рассмотрим следующие микросхемы триггеров: КР1533ТМ7, КР1533ТМ8, КР1533ТМ9. Выбираем мс КР1533ТМ8, т.к. у неё присутствуют инверсные выходы, что облегчит нам построение ПК (преобразователя кода) тем самым уменьшит аппаратные затраты, также присутствует вход начального сброса R что избавит нас от лишних аппаратных затрат, и также требуется меньший входной ток высокого уровня на вход С, чем у входа Е в мс КР1533ТМ7. Для реализации счетчика нам понадобится 3 мс КР1533ТМ8. Рассчитаем потребляемую мощность: Р (КР1533ТМ8)=Ucc*(3*Icc(КР1533ТМ8) ) =5, 5*(3*14)= 231мВт. Как видно, потребляемая мощность, без сложения с потребляемой мощностью других микросхем, которые понадобятся для построения ПК, не будет превышать заданное ограничение ТЗ. Схема полученного счетчика представлена на рис.4. Рис.4. Счетчик Джонсона на базе D-триггеров. Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала начальной установки: IiH( R ) = 0, 02*3 = 0, 06мА, IiL( R ) = 0, 1*3 = 0, 3мА. Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала синхроимпульса: IiH( С ) = 0, 02*3 = 0, 06мА, IiL( С ) = 0, 1*3 = 0, 3мА. По входным сигналам данная схема не удовлетворяет условиям ТЗ. Для того, что бы нагрузка по току на входные сигналы ГЧ удовлетворяла ТЗ, пропустим входные сигналы через ИМС КР1533ЛП16, которая представляет собой шесть буферных элементов с повышенной нагрузочной способностью. Полученная в результате схема представлена на рис.5. Рис.5. Счетчик Джонсона на базе D-триггеров, согласованный по входному току. Вычислим потребляемую мощность с учетом мс КР1533ЛП16: Р = Ucc*(3*Icc(КР1533ТМ8) + Icc(КР1533ТМ8) ) = 5, 5*(3*14+10, 6) = 289, 3мВт Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала начальной установки: IiH( R ) = 0, 02мА, IiL( R ) = 0, 1мА. Нагрузка по току со стороны источника входного сигнала синхроимпульса: IiH( С ) = 0, 02мА, IiL( С ) = 0, 1мА. Задержка переключения счетчика (Тпер.С) по входу «С» равна tзд.(КР1533ЛП16) + tзд.(КР1533ТМ8) по входу «С» + время опережения установки информации по входу «D» относительно положительного фронта сигнала на входе «С» = 8+17+10 (нс) = 35нс. Время формирования выходных сигналов счетчика (Тформ.С) по входу «С» равна tзд.(КР1533ЛП16) + tзд.(КР1533ТМ8) по входу «С» = 8+17 (нс) = 25нс. Задержка переключения счетчика (Тпер.R) по входу «R» равна tзд.(КР1533ЛП16) + tзд.(КР1533ТМ8) по входу «R» + время опережения установки информации по входу «D» относительно положительного фронта сигнала на входе «С» = 8+23+10 нс = 41нс. Время формирования выходных сигналов счетчика (Тформ.R) по входу «R» равна tзд(КР1533ЛП16) + tзд(КР1533ТМ8) по входу «R» = 8+23 нс = 31нс.
Варианты построение кольцевого счетчика и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации. Заключение.
В ходе работы над проектом была рассмотрена задача разработки генератора чисел. На основе анализа технического задания из множества вариантов был выбран оптимальный вариант её решения, который отвечает всем условиям технического задания. Была проведена детальная проработка большинства вариантов проектирования генератора чисел. В ходе работы производился расчет всех необходимых для анализа параметров. Все схемы проходили проверку на работоспособность в виде модели в системе проектирования Altera Quartus II 9.0 Web Edition.
Список использованной литературы.
1. П.П. Мальцев, Н.С. Долидзе, М.И. Критенко др. Справочник. Цифровые интегральные микросхемы. «Радио и связь», Москва, 1994 г. 2. В.Л. Шило. Популярные микросхемы КМОП серии К176, К561, К564, КР1561, К1554, К1564, К1594. «Массовая радио библиотека», Москва, 2001 г. 3. Т.М. Рахимов. Справочник по микросхемам серии К155. «Техническая библиотека инженера», Новосибирск, 1991 г. 4. Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Под ред. Б.В.Тарабрина. Интегральные микросхемы. Справочник. «Радио и связь», Москва, 1983 г. 5. И.И. Петровский, А.В. Прибыльский, А.В. Троян, В.С. Чувелев. Логические ИС КР1533, КР1554. Справочник в двух частях. Часть 1, 2. «Бином», Москва, 1993 г.
1. Техническое задание......................................................................................................................................2 2. Структура ГЧ, как «черного ящика»............................................................................................................3 3. Временная диаграмма работы ГЧ, как «черного ящика»...........................................................................3 4. Методы и способы построения ГЧ...............................................................................................................4 4.1. Генератор чисел на базе счетчика Джонсона...........................................................................................4 4.1.1. Варианты построения счетчика Джонсона и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации.......................................................................................................................................................4 4.1.1.1. Счетчик Джонсона на базе D-триггеров.............................................................................................4 4.1.1.2. Счетчик Джонсона на базе JK-триггеров……………………………………………………….…...7 4.1.1.3. Счетчик Джонсона на базе СИС сдвигового регистра………………………………......................7 4.1.1.4. Выбор способа построения счетчика Джонсона…………………………………………………....7 4.1.2. Построение генератора чисел на базе счетчика Джонсона и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации……………………………………………………………………………………..7 4.1.2.1. Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода на элементах «И-НЕ»…7 4.1.2.2. Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода на «монтажном ИЛИ».12 4.1.2.3. Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода на элементах «И-ИЛИ-НЕ»…………………………………………………………………………………………………………….14 4.1.2.4. Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода на мультиплексорах….16 4.1.2.5. Генератор чисел на базе счетчика Джонсона с преобразователем кода на мультиплексорах и на элементах «И-ИЛИ-НЕ»………………………………………….…………………………………………..20 4.1.2.6. Выбор способа построения ГЧ на базе счетчика Джонсона……………………………………...22 4.2. Генератор чисел на базе двоичного счетчика………………………………………………………….22 4.2.1. Способы построения двоичного счетчика и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации…………………………………………………………………………………………………..22 4.2.1.1. Построение параллельного двоичного счетчика на базе D-триггера…………………………….22 4.2.1.2. Построение параллельного двоичного счетчика на базе JK-триггера…………………………...26 4.2.1.3. Построение двоичного счетчика с модулем пересчета 24 на базе СИС КР1533ИЕ18……….…29 4.2.1.4. Построение двоичного счетчика с модулем пересчета 24 на базе последовательного счётчика……………………………………………………………………………………………………….31 4.2.1.5. Выбор способа построения двоичного счетчика………………………………………………..…33 4.2.2. Построение генератора чисел на базе двоичного счетчика и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации……………………………………………………………………………………34 4.2.2.1. Генератор чисел на базе двоичного счетчика с преобразователем кодов на элементах «И-НЕ»………………………………………………………………………………………………………...34 4.2.2.2. Генератор чисел на базе двоичного счетчика с преобразователем кодов на «монтажном ИЛИ»…………………………………………………………………………………………………………..37 4.2.2.3. Генератор чисел на базе двоичного счетчика с преобразователем кодов на элементах «И-ИЛИ-НЕ»…………………………………………………………………………………………………………….38 4.2.2.4. Генератор чисел на базе двоичного счетчика с преобразователем кодов на мультиплексорах……………………………………………………………………………………………...38 4.2.2.5. Генератор чисел на базе двоичного счетчика с преобразователем кодов на мультиплексорах и на микросхемах КР1533ЛИ6 и КР1533ЛА2………………………………………………………………...41 4.2.2.6. Выбор способа построения ГЧ на базе двоичного счетчика……………………………………...42 4.3. Генератор чисел на базе кольцевого счетчика…………………………………………………………43 4.3.1. Варианты построение кольцевого счетчика и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации…………………………………………………………………………………………………..43 4.3.1.1. Построение кольцевого счетчика на базе сдвигового регистра, в качестве которого использована СИС……………………………………………………………………………………………43 4.3.1.2. Построение кольцевого счетчика на базе на D-триггеров…………………………………….…..44 4.3.1.3. Построение кольцевого счетчика на базе счетчика Джонсона с дешифратором кода Джонсона……………………………………………………………………………………………………...46 4.3.1.4. Построение кольцевого счетчика на базе двоичного счетчика и дешифраторов-демультиплексоров с инверсными выходами……………………………………………………………....48 4.3.1.5. Выбор способа построения кольцевого счетчика………………………………………………….50 4.3.2. Построение генератора чисел на базе кольцевого счетчика и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации……………………………………………………………………………………50 4.3.2.1. Генератор чисел на базе кольцевого счетчика с преобразователем кодов на элементах «И-НЕ»…………………………………………………………………………………………………………….50 4.3.2.2. Генератор чисел на базе кольцевого счетчика с преобразователем кодов на элементах «ИЛИ»…………………………………………………………………………………………………………52 4.3.2.3. Генератор чисел на базе кольцевого счетчика с преобразователем кодов на «монтажном ИЛИ»…………………………………………………………………………………………………………..55 4.3.2.4. Генератор чисел на базе кольцевого счетчика с преобразователем кодов на элементах «И-ИЛИ-НЕ»…………………………………………………………………………………………………………….55 4.3.2.5. Генератор чисел на базе кольцевого счетчика с преобразователем кодов на мультиплексорах……………………………………………………………………………………………...55 4.3.2.6. Выбор способа построения ГЧ на базе кольцевого счетчика……………………………………..55 4.4. Генератор чисел на основе сдвигового регистра и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации…………………………………………………………………………………………………..55 4.4.1. Генератор чисел на основе сдвигового регистра, построенного на СИС………………………….55 4.4.2. Генератор чисел на основе сдвигового регистра, построенного на триггерах…………………….56 4.4.3. Выбор способа построения ГЧ на основе сдвигового регистра………………………………….....56 4.5. Параллельный генератор чисел на базе триггеров и выбор оптимального в соответствии с критерием оптимизации……………………………………………………………………………………...57 4.5.1. Параллельный генератор чисел на базе D-триггеров………………………………………………..57 4.5.2. Параллельный генератор чисел на базе JK-триггеров………………………………………………60 4.5.3. Выбор способа построения параллельного генератора чисел на базе триггеров………………….60 5. Сравнительный анализ рассмотренных способов построения ГЧ……………………………………...61 6. Техническое описание генератора чисел…………………………………………………………………61 7. Заключение…………………………………………………………………………………………………61 8. Список использованной литературы……………………………………………………………………..61 9. Содержание………………………………………………………………………………………………...62 Приложение 1. Схема электрическая принципиальная с перечнем элементов..........................................64 Приложение 2. Временная диаграмма принципиальной электрической схемы во временном и функциональном режимах...............................................................................................................................66 Приложение 3. Описание принципов работы и технические характеристики микросхем, использованных в принципиальной электрической схеме ГЧ и при выборе оптимального способа построения ГЧ...................................................................................................................................................67
Приложение 2. Временная диаграмма принципиальной электрической схемы во временном и функциональном режимах.
Временная диаграмма во временном режиме:
Временная диаграмма в функциональном режиме:
Приложение 3. Описание принципов работы и технические характеристики микросхем, использованных в принципиальной электрической схеме ГЧ и при выборе оптимального способа построения ГЧ.
Структура генератора чисел (ГЧ), как «чёрного ящика».
Генератор чисел (ГЧ) – это функциональный узел при подаче на вход которого серий синхроимпульсов на выходах формируется циклическая последовательность n-разрядных двоичных чисел. Структура ГЧ как «черного ящика» показана на рис.1.
Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 R Z10
Рис.1. Структура генератора чисел.
ГЧ – генератор чисел; G – генератор тактовых импульсов; С – синхроимпульсы; R – сигнал начальной установки; Z1-10 – выходы ГЧ.
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 764; Нарушение авторского права страницы
