Реверсивный счетчик

Функциональная  схема счетчика в соответствии с рисунком 12.

 

 

 

 

 

 

 

Для осуществления  прямого счета на вход «-1» подается высокий уровень напряжения, а на вход «+1» - положительный импульс. Для

обратного счета  – наоборот.

Режимы  работы реверсивного счетчика приведены в таблице 6.

Таблица 6

Режим работы	Вход				Выход
	R	С	+1	-1	CR	BR
Установка в состояние «логический 0»	1	X	X	X	X	X
Запись  информации	0	0	X	X	X	X
Неактивное  состояние	0	1	1	1	0	0
Счет  прямой	0	1	∏	1	1	0
Счет  обратный	0	1	1	∏	0	1
Примечания 1 Х – сигнал высокого или низкого уровня 2 ∏   – импульсный сигнал

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Разработка  электрической принципиальной схемы  устройства

В соответствии с разработанной структурной  схемой и выбранной элементной базой  разрабатывается электрическая  принципиальная схема устройства.

2.3.1 ГТИ построен  на трех элементах 2И-НЕ по  схеме автоколебательного мультивибратора, он также содержит  резистор и конденсатор. Резистор R1 служит для обеспечения заряда и разряда конденсатора C1,   которые обеспечивают переключение логических элементов. Схема ГТИ в соответствии с рисунком 13.

Рисунок 13

2.3.2 Устройство запуска построено на двух элементах 2И, двух элементах 2ИЛИ и одном элементе НЕ. Устройство запуска состоит из двух блоков – узел разрешения подачи кода запуска и узел запрещения подачи импульса. Для построения устройства запуска необходимо выполнить логический расчет.

Блок разрешения подачи кода запуска должен обеспечивать работу счетчика в прямом направлении  при подаче двоичного кода 10 и  в обратном направлении при подаче двоичного кода 11. На основании этого составляется таблица истинности. Состояние входов  и выходов блока разрешения подачи кода запуска приведено в таблице 11.

Таблица 11

Вход		Выход
D2	D1	Y2	Y1
0	0	0	0
0	1	0	0
1	0	1	0
1	1	0	1

 

По таблице 11 записываются СДНФ выходных сигналов в соответствии с формулами:

Y2=D2 D1                                                   (1)

Y1=D2 D1                                                  (2)

Данные функции  реализуют на логических элементах  в соответствии с рисунком 14.

Так как узел разрешения подачи кода запуска имеет  два выхода, то и блок запрещения подачи импульса тоже будет иметь два выхода, следовательно, функцию реализуют на логических элементах для двух выводов узла.

Узел запрещения подачи импульса должен запрещать подачу импульса при единичном сигнале с выхода блока разрешения подачи кода запуска и разрешать при нулевом сигнале. На основании и этого составляется таблица истинности. Состояние входов и выходов узла запрещения подачи импульса приведено в таблице 12.

Таблица 12

Вход		Выход
Dг	Y	K
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

 

По таблице 12 записывается СКНФ выходного сигнала в соответствии с формулой:

K=Dг + Y                                                     (3)

На основании  полученных функций (1) (2) (3) строится схема  узла запуска в соответствие с  рисунком 14

 

Рисунок 14

2.3.3 Счетный  узел построен на двух микросхемах  КР1533ИЕ7. Так как один счетчик  считает до шестнадцати, а в  соответствии с заданием требуется  построить реверсивный счетчик  с коэффициентом счета 21, поэтому используется два четырехразрядных счетчика.

Для построения счетного узла необходимо выполнить  логический расчет. При записи кода предустановки на вход  C первого счетчика необходимо подать сигнал низкого уровня, а при окончании цикла счета - единичного и счетчики должны устанавливаться в первоначальное состояние. На основании этого составляется таблица истинности. Состояние входов и выходов счетного узла приведено в таблице 13.

 

Таблица 13

Вход		Выход
Q5	Q6	C	R
0	0	1	0
0	1	1	1
1	0	0	0
1	1	0	0

 

По таблице 13 записывается СДНФ и СКНФ выходных функций по формулам

R= ,                                         (4)

C=                                 (5)

Полученные  функции реализуются на логических элементах в соответствие с рисунком 15.

У второго счетчика используются только два выхода – Q5 и Q6 для обеспечения подачи низкого уровня сигнала при записи кода предустановки и сброса счетчиков в первоначальное состояние. Входы предустановки второго счетчика не используются, поэтому на них подается уровень логического 0, а на вход стробирования предварительной записи подается 1.

Рисунок 15

Электрическая принципиальная схема  устройства приведена в графической части, лист КП. 10. 00. 00. Э3.

2.4 Расчет элементов  устройства

2.4.1 Расчет элементов  генератора тактовых импульсов.

Данные для  расчета берутся из таблицы 1.

Среднее падение  напряжения(U_ср, В) на резисторе R1, определяется по формуле:

 

,                                           (6)

 В

 

Сопротивление резистора R1, Ом, определяется по формуле:

,                                            (7)

где – выходной ток единичного уровня, мА.

 Ом

 

Из стандартного ряда номиналов резисторов Е24 выбирают сопротивление резистора R1, равное 16 кОм.

Мощность P_R1, Вт, рассеиваемую на резисторе R1, определяют по формуле:

,                                                  (8)

 Вт

Из справочника [4] по ГОСТ 2825-67 выбирают резистор R1 типа     МЛТ-0,125-10Б-16кОм ± 5%.

Период следования импульсов определяют по формуле:

,                                                        (9)

где f – частота ГТИ, Гц.

Постоянную времени  заряда конденсатора С1 определяют по следующим формулам:

,                                                        (10)

,                                                  (11)

Подставив в формулу (10) формулу (11) и формулу (9) выражают емкость конденсатора C1, Ф, которая определяется по формуле:

,                                                (12)

 Ф

Из стандартного ряда номиналов  емкостей Е6 выбирается емкость  C1, равная 0,65 мкФ. Рабочее напряжение конденсатора U_раб, В, определяется по формуле:

                                                 (13)

 В

 Из справочника [4] по ГОСТ 2519-67 выбирают конденсатор C1 марки К10-23 16В-0,65 мкФ ± 5%.

2.4.2 Мощность, потребляемую каждой  микросхемой, P_i, Вт, определяют по формуле:

,                                                  (14)

где I_порт. – ток потребления каждой микросхемой, мА.

Мощность P1, Вт, потребляемая микросхемой КР1533ЛА3, равна:

 Вт

Мощность P2, Вт, потребляемая микросхемой КР1533ЛН1, равна:

 Вт

Мощность P3, Вт, потребляемая микросхемой КР1533ЛИ1, равна:

 Вт

Мощность P4, Вт, потребляемая микросхемой КР1533ЛЛ1, равна:

 Вт

Мощность P5, Вт, потребляемая микросхемой КР1533ИЕ7, равна:

 Вт

Общую мощность P_общ, Вт, потребляемую всем устройством, определяют по формуле:

,                          (15)

 Вт

2.5 Описание  работы электрической принципиальной схемы

При подаче напряжения питания начинается работа схемы. На входы устройства запуска с линии поступает код, разрешающий работу счетчика в прямом или обратном направлении.

Для запуска  счетчика в режиме прямого счета  на вход «-1» подается высокий уровень напряжения, а на вход «+1» - положительный импульс. Счет начинается с нуля. Досчитав до шестнадцати, на выходе прямого переноса CR счетчика DD5 образуется 0 (так как выходы прямого и обратного переносов инверсные). Этим сигналом запускается второй счетчик DD6. На выходе первого разряда Q5 счетчика DD6 образуется 1 (так как код шестнадцати - 10000), а на выходе второго разряда Q6 –      нулевой сигнал. Этими сигналами обеспечивается подача низкого уровня сигнала на вход предварительной записи С счетчика DD5 и запись кода предустановки–   кода одиннадцати (1011) на входы предустановки счетчика DD5, так как он должен продолжать счет с одиннадцати. Досчитав опять до шестнадцати, на выходе Q5 счетчика DD6 образуется сигнал нулевого уровня, а на выходе Q6 – единичного уровня. Этими сигналами происходит сброс счетчиков в первоначальное состояние после окончания цикла счета. Полную работу счетчика в прямом направлении поясняет временная диаграмма в соответствии с рисунком 16.

Рисунок 16

Для запуска  счетчика в режиме обратного счета  на вход «+1» подается уровень логической единицы напряжения, а на вход «-1» - положительный импульс. Начальное состояние выходов счетчика DD5 – код пятнадцати (1111), а счетчика DD6 – код нуля. Счетчик DD5, досчитав до 0 (0000), формирует на выходе обратного переноса BR сигнал 0, который приводит в действие счетчик DD6. На выходах Q5 и Q6 счетчика DD6     образуются единичные сигналы. Этими сигналами обеспечивается подача низкого уровня сигнала на вход предварительной записи Со счетчика DD5 и запись кода предустановки – кода четверки (0100) на входы предустановки счетчика DD5. Досчитав до нуля, на выходе Q5 счетчика DD6 образуется сигнал нулевого уровня, а на выходе Q6 – единичного уровня. Этими сигналами происходит сброс счетчиков в первоначальное состояние после окончания цикла счета. Полную работу счетчика в обратном направлении поясняет временная диаграмма в соответствии с рисунком 17.

Рисунок 17

2.6 Разработка  чертежа печатной платы устройства

Для определения площади печатной платы определяется площадь проекций каждого элемента на поверхность платы.