(32.)     

В связи с необходимостью применения элемента 3И-НЕ, в схеме сброса счётчиков, и в целях уменьшения количества корпусов микросхем и как следствие уменьшения энергопотребления, целесообразно использовать такие же элементы (3И-НЕ) в схеме ФЛУ+ЦА. Поэтому функцию (32) реализуема на 3-х элементах 3-И-НЕ и двух инверторах. Функциональная схема приведена на рисунке 7.

Рисунок 7.Схема цифрового автомата

3.3.     Определение мощности и тока, потребляемых цифровым автоматом.

Мощность потребления микросхемы DD3 (К561ЛА9) равна 20мВт на каждый логический элемент. Учтём потребление мощности инверторов применённых в ФЛУ и выполненных на микросхеме DD2 (К561ЛА9).

       (33.)     

4.       Разработка двоично-десятичного счетчика.

4.1.     Обоснование и выбор типа интегральной микросхемы двоично-десятичного счетчика.

В интегральном исполнении выпускаются асинхронные и синхронные импульсные счетчики. По способу кодирования внутренних состояний указанные счетчики делятся на двоичные, двоично-десятичные (декадные) и др. Кроме того, следует различать суммирующие (UP – counter), вычитающие (Down–counter) и реверсивные (Up – down – counter) счетчики.

Для решения поставленной задачи целесообразно использовать синхронные двоично-десятичные счетчики в интегральном исполнении. Возможен выбор реверсивного, хотя для простого счета предметов достаточным является использование суммирующего. Общим недостатком асинхронных импульсных счетчиков является последовательное срабатывание триггеров, а значит, большое время реакции на поступивший входной сигнал. Переключение триггеров в синхронных счетчиках происходит одновременно в течении времени задержки распространения. Последнее обстоятельство исключает появление помех (сигналов малой длительности и нестандартной амплитуды) особенно на выходе дешифраторов, фиксирующих достижение счетчиком определенного состояния.

Для счёта предметов в нашем случае и для согласования корпусов микросхем по входам, выделим из КМОП – серии реверсивный программируемый счётчик 561ИЕ14. На рисунке 8 приведено УГО микросхем К564ИЕ14.

 Рисунок 8. УГО микросхем К564ИЕ14

D0, D1, D2, D3 – информационные входы; Q0, Q1, Q2, Q3 – выходы; L – вход записи информации, установленной на входах D0, D1, D2, D3 путем подачи высокого уровня напряжения; Р0 – разрешение счета при низком уровне сигнала; С – тактовый (счетный) вход; U – при высоком уровне суммирующий режим, при низком уровне напряжения вычитающий режим работы; ML – высокий уровень сигнала на входе определяет счет в двоичном формате, при низком счет ведется в двоично-десятичном формате; Р4 – выход конца счета (переполнение).

4.2.     Проектирование счетчика предметов на заданное число.

На рисунке 9 показана схема соединения трех микросхем в быстрый синхронный 12-разрядный счетчик до максимального десятичного числа 999.

Рисунок 9. Схема соединения трех микросхем

На вход Р0 (вывод 5) микросхемы DD1 подается низкий уровень, постоянно разрешая счет. Декада DD1 является младшей (единиц), декада DD3 - старшей (сотен). По входу 1 происходит счёт импульсов с выхода ЦА. Сигналом высокого уровня по входу 2 счетчик сбрасывается - ”обнуляется”. так как на все информационные входы D0, D1, D2, D3 поданы “нули”. Низкий уровень на входе ML определяет счёт в десятичной форме, Высокий уровень на входе U задаёт суммирующий режим.

4.3.     Разработка дешифратора конца счета.

Программа сортировки предметов должна подать сигнал при достижении в контейнере предметов в количестве 789 шт. Разработаем дешифратора для окончания счёта. Счёт ведётся в десятичной форме, составим таблицу истинности для выходов счётчика представленного на рисунке 9:

Таблица 7.Таблица истинности дешифратора конца счёта

Функция дешифратора конца счёта имеет вид:

       (34.)     

Реализуем эту функцию на 9-ти входовом элементе КМОП – серии 9И-НЕ. Функциональная схема конца дешифратора счета примет вид:

Рисунок 10. Схема дешифратора конца счёта

4.4.     Разработка схемы установки счетчика в исходное (нулевое) состояние

Необходимо решить четыре задачи:

– формирование логического сигнала от дешифратора на число N;

– формирование кратковременного логического сигнала при включении прибора в сеть;

– формирование логического сигнала при нажатии кнопки “Сброс”;

– логическое объединение в один сигнал для управления счетчиком.

Счётчик обнуляется положительным перепадом напряжения, что бы наиболее просто обеспечить реализацию всех поставленных задач, выполним схему на элементе 3И-НЕ как показано на рисунке 11.

Рисунок 11. Схема сброса счётчика в исходное состояние

Время заряда конденсатора С6 до напряжения Uпит является временем автоматического сброса счетчика.

 – определяет время в течении которого будет заряжаться конденсатор С6.

R26 для элементов КМОП-серий выбирают до (100) кОм. Время “обнуления” τ не следует выбирать большим, так как это приведет к необходимости выбора конденсатора большой емкости. Время не должно превышать значения 0,001 с. Выберем τ = 1×10-4 (сек), и сопротивление резистора R26 = 510 (Ом).

Определим ёмкость конденсатора С6 по формуле 35:

.

Активным уровнем, определяющим процесс “обнуления” счётчика является высокий. Для ручного управления сбросом используем кнопку S2 подключённую к клемме “^“ источника питания. Сопротивление R27 для КМОП-серий выберем равным 4,7 кОм. Повышенные значения сопротивлений для КМОП-серий не рекомендуются из-за условия ухудшения коммутации кнопкой S2 малых токов.

Активным уровнем дешифратора конца счёта является низкий. С учетом принятых схемных решений таблица истинности объединяющего логического узла (ЛУ) имеет вид таблицы 8.

Таблица 8. Выход ЛУ

4.5.     Определение мощности и тока, потребляемых счетчиком.

Мощность потребляемая схемой двоично – десятичного счётчика (PСЧ) будет определяться суммой потребляемых мощностей схемы счёта (P1), дешифратора (P2)и схемой обнуления (P3).

       (35.)     

,

,

       (36.)     

Мощность резисторов R26 R27рассчитаем по формуле (38):

       (37.)      ,

,

Произведём подбор мощностей резисторов R26 и R27 по ГОСТ с учётом,

,

.

Мощность R26=0,5 Вт, R27=0,125 Вт.

Элемент DD3.3 (3И – НЕ) входит в состав микросхемы К561ЛА9 применённой в схеме ФЛУ и мощность этого элемента уже учтена. Из этого следует, что мощность потребляемая схемой обнуления будет определяться только мощностью потребляемой резисторами R26 и R27:

,

.

5.       Проектирование схемы индикации в десятичной форме.

5.1.     Выбор типа дешифраторов и семисегментных индикаторов.

В качестве индикаторных устройств наибольшее применение находят полупроводниковые и жидкокристаллические семисегментные индикаторы (рисунок12).

При пропускании прямого тока через светодиод полоска (сегмент) начинает излучать свет красного, зеленого или желто-зеленого цвета. Определенное сочетание светящихся сегментов индицирует цифру или букву и при применении специальных дешифраторов создается возможность вывода цифровой и буквенной информации, отражающей состояние управляющих и вычислительных устройств.

Рисунок 12. УГО семисегментного индикатора АЛС321А

Наиболее удобочитаемым, является индикатор АЛС321А с общим катодом. Высота знака у этого индикатора 7,5 мм, цвет свечения жёлто–зелёный.Ток потребления каждого сегмента равен 0,02 (А), напряжение питания одного сегмента 3,6 (В)

Специальные дешифраторы предназначены для преобразования двоичного кода в семисегментный код и управления полупроводниковыми семисегментными и жидкокристаллическими индикаторами. Рассмотрим дешифратор К176ИД2 (рисунок 13)

Рисунок 13. УГО дешифратора К176ИД2

Входы D0 – D3 информационные входы, a-g – выходы на семисегментный индикатор. При подаче на вход S высокого уровня – разрешение преобразования двоичного кода в семисегментный код, при подаче низкого уровня – “защёлка”. Высокий уровень на входе М определяет подключение семисегментного индикатора с общим анодом, низкий уровень – с общим катодом. При наличии “единицы” на входе К все сегменты индикатора гаснут, низкий уровень разрешает индикацию. Таблица истинности дешифратора представлена в таблице 9.

Таблица 9. Таблица истинности дешифратора К176ИД2

Страницы: 1, 2, 3, 4