Разработка цифрового таймера

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 +50С; относительная влажность воздуха до 98% при температуре до +35С.

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.

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 10, 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

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, когда счётчик переходит в состояние S5. Это означает, что на выходе Q появляется логический 0. Следовательно, сигнал Q'=r используется для очистки триггеров счётчика. Схема запирания остаётся в состоянии Q=1 до тех пор, пока не появится шестой тактовый импульс. Этот импульс сбрасывает триггер, и значение Q'=r становится равным логической 1. Цикл работы схемы запирания завершается, когда значение AB’C становится равным логической 1.

Рис. 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.

Гольденберг Л.М. «Импульсные устройства»; Москва; Радио и связь, 1981 г.

Научно-популярный радиотехнический журнал «Радио» № 2 1976г. статья кандидата технических наук С. Бирюкова

«В помощь радиолюбителю»: Сборник. Выпуск 72 статья Р. Майзульса 1981 г.

«В помощь радиолюбителю»: Сборник. Выпуск 74 статья С. Горшкова 1981 г.

«В помощь радиолюбителю»: Сборник. Выпуск 80 статья В. Скрыпника 1983 г.

Научно-популярный радиотехнический журнал «Радио» № 5 1979г. статья С. Алексеева

Б. Голдсуорт; под ред. Директора техн. наук проф. Ю. И. Топчеева; Москва 1995 г.