МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

Одеський національний університет ім. І.І.Мечникова

Миколаївський навчально-науковий центр 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсова робота

по дисципліні «Прикладна теорія цифрових автоматів»

на тему «Розробка цифрового таймера»

Керівник: К.т.н., доцент

Мельник В.А.

Виконавець: Студент групи К- 220

Кiнаш Олексiй Анатолiйович 
 
 
 
 
 
 

Миколаїв 2001

 

Опись документов: 

Техническое задание на цифровое устройство

Введение

Функциональная схема

Применение устройства

Общая часть и выбор триггера

Структурная схема

Таблица состояний и граф-схема

Кодирование таблицы переходов

Выводы

Литература 

 

      Техническое задание на цифровое устройство

     Цель разработки

     Синтезировать цифровое устройство, подсчитывающее число секунд. Результат представить с помощью дешифратора. Счётчик замкнуть по модулю 60.

     Основное назначение

     При необходимости цифровой таймер можно использовать не только для подачи звукового сигнала в определённоё время, но и для включения или выключения какой-нибудь внешней нагрузки, например осветительной лампы, телевизора, радиоприёмника, магнитофона.

     Общая характеристика устройства

     Данное устройство обеспечивает отсчёт времени от 0 до 60 секунд с автоматическим сбросом. Пуск и остановку секундомера, возможно, осуществлять вручную в любой момент времени. Точность хода секундомера обуславливается стабильностью частоты задающего генератора.

     Условия эксплуатации устройства

     Рабочая температура окружающего воздуха от минус 30 до +50°С; относительная влажность воздуха до 98% при температуре до +35°С.

     Устройство устойчиво к циклическому изменению температуры окружающего воздуха от предельной положительной до предельной отрицательной.

     Комплектующие элементы

     В данной схеме используются универсальные JK триггеры, элементы И-НЕ, И, ИЛИ. 

 

     

Введение 

     В быту нередко бывает нужен прибор для отсчёта интервалов времени. Необходимость в нём возникает, например, при проявке фотоплёнок, приготовлении растворов, требующих дозировки времени, приготовлении пищи и во многих других случаях. Большую помощь здесь окажет цифровой таймер, позволяющий отсчитывать и индицировать время через 1с. Максимальная продолжительность отсчёта составляет 59 секунд.

     Функциональная схема таймера изображена рис.1. 

     Рис.1.

     

        

     Основой прибора является генератор тактовых импульсов, вырабатывающий последовательность импульсов с частотой 1 Гц. С генератора тактовых импульсов, импульсы попадают на счётчик секунд (единиц). Счётчик вырабатывает последовательность импульсов с периодом следования 1с. Счётчик содержит два сдвигающих регистра, выполняющих функции собственно счётчиков, два дешифратора, расшифровывающих их состояния, и управляющих сегментами индикаторов. Импульсы поступают на дешифратор. К выходам дешифратора подключается индикатор. (Рис.2.) Цифры на индикаторах такого типа формируются из семи сегментов высвечиваемых в определённых сочетаниях. 

     Рис. 2

       

     Объект "Семисегментный индикатор" служит для отображения поступающих на него данных в числовом виде.

     Применение цифрового устройства

 

     В настоящее время всё более широко применяются в качестве базового элемента устройств формирования и преобразования импульсов так называемые таймеры, непосредственно предназначенные для формирования стабильных временных интервалов. Схемы интегральных таймеров обычно содержат помимо элементов времязадающего моста и ряд других - триггеры, формирователи, ключи и другие, позволяющие реализовать на основе таймера различные импульсные устройства.

     При необходимости цифровой таймер можно использовать не только для подачи звукового сигнала в определённое время, но и для включения или выключения какой-нибудь внешней нагрузки, например осветительной лампы, телевизора, радиоприёмника, магнитофона.  

 

      Общая часть и выбор триггера

     Асинхронный десятичный счётчик.

     Так как десятичный счётчик имеет десять состояний, то для его реализации необходимо четыре триггера. На рисунке 3. показана схема счётчика, а на рисунке 4. - его временные диаграммы.

 

     Рис. 3.

 

     Первоначально все триггеры установлены в состояние 0.Счёт осуществляется в соответствии с нормальной двоичной последовательностью чисел, включая число 8. В момент появления отрицательного фронта десятого тактового импульса первый триггер перебрасывается из состояния 1 в состояние 0. Поскольку сигнал с выхода триггера Т1 является тактовым для триггера Т2, то его изменение должно привести к переходу триггера Т2 в состояние 1. Однако этого не происходит по следующей причине. В момент входной сигнал J2 триггера Т2 равен D'=0 и, следовательно, триггер Т2 остаётся в состоянии сброса. В этот же момент в состоянии сброса необходимо установить и триггер Т4. Так как J4=BC=0 и K4=1, то когда в момент окончания импульса S9 триггер Т1 осуществляет переход 1®0, триггер Т4 устанавливается в состояние Т4=0. Теперь все триггеры установлены в нулевое состояние и готовы для приёма первого импульса и начала следующего цикла. Десятичный счётчик является так же схемой, производящей деление на10, поскольку в ответ на каждые десять импульсов, подаваемых на вход триггера Т1, на выходе триггера Т4 появляется один импульс.

     Состояния счётчика

     Xвх

     Q1

     Q2

     Q3

      Q4

     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

     Асинхронный счётчик с автоматическим сбросом (деление на пять)

 

     В счётчике с автоматическим сбросом используется несколько иные методы счёта. Счётчик по модулю 5 производит счёт от 0 до 5, причём логический сигнал, представляющий число 5, используется для очистки всех триггеров счётчика. На рис.5. показана диаграмма состояний счётчика с автоматическим сбросом по модулю 5.  

       

     Счетчик остаётся в каждом из первых пяти состояний в течение интервала времени, равного периоду тактового сигнала. Но при записи шестого состояния (101) элемент И-НЕ вырабатывает сигнал сброса r = (Т1 Т1' Т3)' . Как это делается, показано на рис.2.2. На рис.6. изображены временные диаграммы, характеризующие работу схемы счётчика. 

     Рис.6

       S5  

     Время сброса для разных триггеров, образующих счётчик, бывает разным.

 

      Рис. 7.

       

      

        

     Например, в следующей схеме рис. 7. триггер Р1 может сбрасываться быстрее, чем триггер Р3 .

     В предыдущей схеме (Рис.7.) на выходе элемента 3 появляется логическая <<1>>, êîãäà ñ÷¸ò÷èê ïåðåõîäèò â ñîñòîÿíèå S5 . Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî íà âûõîäå Q ïîÿâëÿåòñÿ ëîãè÷åñêèé <<0>>.Ñëåäîâàòåëüíî, ñèãíàë Q'=r èñïîëüçóåòñÿ äëÿ î÷èñòêè òðèããåðîâ ñ÷¸ò÷èêà. Ñõåìà çàïèðàíèÿ îñòà¸òñÿ â ñîñòîÿíèè Q=1 äî òåõ ïîð, ïîêà íå ïîÿâèòñÿ øåñòîé òàêòîâûé èìïóëüñ. Ýòîò èìïóëüñ ñáðàñûâàåò òðèããåð, è çíà÷åíèå Q'=r ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì ëîãè÷åñêîé <<1>>. Öèêë ðàáîòû ñõåìû çàïèðàíèÿ çàâåðøàåòñÿ, êîãäà çíà÷åíèå AB'C ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì ëîãè÷åñêîé <<1>>.  

     Ðèñ. 8.

 

      Дешифратор, с коэффициентом пересчёта 10 (включая 0), схема которого показана на Рис 8., имеет четыре входа и один выход и выполняет следующую функцию: каждому входному слову (m-разрядному коду), соответствует сигнал 1 (или в других случаях - сигнал 0) на выходе. Таким образом, для построения дешифратора можно использовать элементы И, на входы которых подаются входные сигналы и их инверсные значения.

     Дешифратор преобразует поступающий на него двоичный код в десятичный.

     Аналогично строится дешифратор с коэффициентом пересчёта 6 (включая 0)Рис.10. 

     Рис.10.

 

     С выходов дешифратора десятичные импульсы поступают на индикатор Рис.11.

     Принцип синтеза цифр в семисегментном коде иллюстрируется Рис.11. На Рис.11. приведена семисегментная матрица. 

     Рис. 11

      

 

      Её отдельные сегменты, соответствующие определённым выходам дешифраторов, D1-D7, обозначены последовательностью прописных букв латинского алфавита (A-G). На рис.12. приведена конфигурация цифр 0…9, выраженная в семисегментном коде.  

     Рис.12.

       

     Такое представление цифр является наиболее распространённым, хотя используются и другие начертания.

     Исходя из того, что светящемуся сегменту индикатора соответствует уровень 1 на выходе дешифратора, а несветящемуся - уровень 0, можно рассмотреть примеры формирования отдельных цифр. Для формирования цифры 5 необходимо обеспечить уровень 0 на выходах «b» и «e», а на остальных - уровень 1.

 

      Выводы

 

     Выполняя курсовую работу, можно сделать вывод, что с помощью электронной среды «Electronics Workbench» эффективно моделируются и конструируются различные цифровые устройства на логических элементах.

     С помощью данной среды можно моделировать схемы до начала их изготовления, так что можно с самого начала быть уверенным в адекватности их архитектуры. Она детально показывает, из каких элементов состоит схема и как она функционирует, поэтому разработчики могут использовать ее в качестве эскиза или чертежа создаваемого устройства. С помощью готовой модели недостатки проекта легко обнаружить на стадии, когда их исправление не требует еще значительных затрат.  

 

      Литература 

1. Гольденберг Л.М. «Импульсные устройства»; Москва; Радио и связь, 1981г.
2. Научно-популярный радиотехнический журнал «Радио» №2 1976г. статья кандидата технических наук С. Бирюкова
3. «В помощь радиолюбителю»: Сборник. Выпуск 72 статья Р. Майзульса 1981г.
4. «В помощь радиолюбителю»: Сборник. Выпуск 74 статья С. Горшкова 1981г.
5. «В помощь радиолюбителю»: Сборник. Выпуск 80 статья В. Скрыпника 1983г.
6. Научно-популярный радиотехнический журнал «Радио» №5 1979г. статья С. Алексеева
7. Б. Голдсуорт; под ред. Директора техн. наук проф. Ю.И. Топчеева; Москва 1995г.