Составление структурной схемы счётчика

 

Структурная схема – совокупность блоков счётчика, выполняющих какую-либо функцию и обеспечивающих нормальную работу счётчика. На рисунке 7 показана структурная схема счётчика.

 

Рис. 7 Структурная схема счётчика

 

Блок управления выполняет функцию подачи сигнала и управления триггерами.

Блок счёта предназначен для изменения состояния счетчика и сохранения этого состояния.

Блок индикации выводит информацию для зрительного восприятия.

Составление функциональной схемы счётчика

 

Функциональная схема – внутренняя структура счётчика.

Определим оптимальное количество триггеров для недвоичного счётчика с коэффициентом счёта Кс=10.

 

M = log 2 (Кс) = 4.

 

M = 4 значит для реализации двоично-десятичного счётчика необходимо 4 триггера.

 

Минимизация функций управления

 

Составление таблицы функционирования счётчика и определение функций переходов

 

Таблица функционирования отображает состояния счетчика до переключающего сигнала и после в зависимости от заданного кода(2-4-2-1), а также функции перехода, показывающие, как изменится состояние. При использовании четырёх разрядов можно закодировать 16 возможных комбинаций цифр двоичной системы счисления, для кодировки 10 цифр достаточно 10 комбинаций. Чтобы исключить некоторые комбинации (в зависимости от кода) используют разные виды кодировки. В коде 2-4-2-1 (код Айкена) исключаются такие комбинации как:

1000,1001,1010,1011,1100,1101

И остаются комбинации:

 

0000	0001	0010	0011	0100	0101	0110	0111	1110	1111
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9

 

В нижней строке указана цифра десятичной системы счисления, которой соответствует данная комбинация. Таблица функционирования для суммирующего двоично-десятичного счётчика, работающего в прямом коде 2-4-2-1, будет выглядеть так:

 

Состояние счётчика										Функции перехода
Предыдущее						Последующее
№	Qn3	Qn2	Qn1	Qn0		Qn+13	Qn+12	Qn+11	Qn+10	FQ3	FQ3	FQ3	FQ3
0	0	0	0	0		0	0	0	1	0	0	0	▲
1	0	0	0	1		0	0	1	0	0	0	▲	▼
2	0	0	1	0		0	0	1	1	0	0	1	▲
3	0	0	1	1		0	1	0	0	0	▲	▼	▼
4	0	1	0	0		0	1	0	1	0	1	0	▲
5	0	1	0	1		0	1	1	0	0	1	▲	▼
6	0	1	1	0		0	1	1	1	0	1	1	▲
7	0	1	1	1		1	1	1	0	▲	1	1	▼
8	1	1	1	0		1	1	1	1	1	1	1	▲
9	1	1	1	1		0	0	0	0	▼	▼	▼	▼

 

Где значения функций перехода:

0 – переход из LOG”0” в LOG”0”

1 – переход из LOG”1” в LOG”1”

▲ – переход из LOG”0” в LOG”1”

▼ – переход из LOG”1” в LOG”0”

№ - цифра десятичной системы счисления.

 

Составление карт функций перехода FQ

 

Эти карты показывают, какое значение принимает функция перехода для данного триггера при определенной комбинации значений на выходах всех триггеров. Карты функций перехода потребуются в дальнейшем для составления функций управления входами триггеров.

 

Карты состояний счётчика:

				Q1Q0
				00		01		10		11
Q3Q2		00		0		1		2		3
		01		4		5		6		7
		10		-		-		-		-
		11		-		-		8		9
	Q1				Q1*
Q2*	-		-		-		-		Q3
Q2	8		9		-		-
	6		7		5		4		Q3*
Q2*	2		3		1		0
	Q0*		Q0				Q0*

Карты функций перехода:

FQ3	Q1		Q1*
Q2*	-	-	-	-	Q3
Q2	1	▲	-	-
	0	▲	0	0	Q3*
Q2*	0	0	0	0
	Q0*	Q0		Q0*
FQ2	Q1		Q1*
Q2*	-	-	-	-	Q3
Q2	1	▼	-	-
	1	1	1	1	Q3*
Q2*	0	▲	0	0
	Q0*	Q0		Q0*

 

FQ0	Q1				Q1*
Q2*	-		-		-		-		Q3
Q2	▲		▼		-		-
	▲		▼		▼		▲		Q3*
Q2*	▲		▼		▼		▲
	Q0*		Q0				Q0*
FQ1		Q1				Q1*
Q2*		-		-		-		-		Q3
Q2		1		▼		-		-
		1		1		▲		0		Q3*
Q2*		1		▼		▲		0
		Q0*		Q0				Q0*

 

В левом верхнем углу каждой карты указано, для какого триггера составлялась карта.

 

Составление карты Карно функций управления входов для каждого триггера счётчика

 

Карты Карно составляются в соответствие со словарём перехода триггера. Для данного счётчика я буду использовать JK-триггеры, т. К. они самые универсальные. Словарь перехода для JK-триггера выглядит следующим образом:

 

FQ	J-вход	K-вход
0	0	X
1	X	0
▲	1	X
▼	X	1

 

Используя этот словарь, получим:

для триггера T3:

J3	Q1		Q1*
Q2*	-	-	-	-	Q3
Q2	X	X	-	-
	0	1	0	0	Q3*
Q2*	0	0	0	0
	Q0*	Q0		Q0*

K3	Q1		Q1*
Q2*	-	-	-	-	Q3
Q2	0	1	-	-
	X	X	X	X	Q3*
Q2*	X	X	X	X
	Q0*	Q0		Q0*

 

для триггера T2:

J2	Q1				Q1*
Q2*	-		-		-		-		Q3
Q2	X		X		-		-
	X		X		X		X		Q3*
Q2*	0		1		0		0
	Q0*		Q0				Q0*
K2	Q1			Q1*
Q2*	-	-		-		-		Q3
Q2	0	1		-		-
	0	0		0		0		Q3*
Q2*	X	X		X		X
	Q0*	Q0				Q0*

для триггера T1:

J1	Q1		Q1*
Q2*	-	-	-	-	Q3
Q2	X	X	-	-
	X	X	1	0	Q3*
Q2*	X	X	1	0
	Q0*	Q0		Q0*
K1	Q1		Q1*
Q2*	-	-	-	-	Q3
Q2	0	1	-	-
	0	0	X	X	Q3*
Q2*	0	1	X	X
	Q0*	Q0		Q0*

 

для триггера T0:

J0	Q1		Q1*
Q2*	-	-	-	-	Q3
Q2	1	X	-	-
	1	X	X	1	Q3*
Q2*	1	X	X	1
	Q0*	Q0		Q0*
K0	Q1		Q1*
Q2*	-	-	-	-	Q3
Q2	X	1	-	-
	X	1	1	X	Q3*
Q2*	X	1	1	X
	Q0*	Q0		Q0*

 

Составление минимизированных логических уравнений

 

В картах Карно выделены клетки, которые описываются наиболее простыми логическими уравнениями, и охватывающие все единичные состояния триггеров. Исходя из этого, составим минимизированные логические уравнения функций управления:

J3 = Q0Q1Q2 K3 = Q0Q1                       Q – прямое значение (LOG”1”)

J2 = Q0Q1      K2 = Q0Q1Q3                            ‘Q – инверсное значение (LOG”0”)

 

J1 = Q0’Q1              K1 = Q0Q1Q3 + Q0’Q2

J0 = 1             K0 = 1

 

Преобразуем функцию K1 = Q0Q1Q3 + Q0’Q2 по теореме Де-Моргана:

 

K1 = [‘(Q0Q1Q3)] [‘(Q0’Q2)]

K1 = ‘{[‘(Q0Q1Q3)] [‘(Q0’Q2)]}

 

После преобразований получим такие уравнения:

 

J3 = Q0Q1Q2 K3 = Q0Q1                       Q – прямое значение

J2 = Q0Q1      K2 = Q0Q1Q3                            ‘Q – инверсное значение

J1 = Q0’Q1              K1 = ‘{[‘(Q0Q1Q3)] [‘(Q0’Q2)]}

J0 = 1             K0 = 1

 

Выбор элементной базы

 

Для разработки принципиальной схемы необходимо выбрать тип логики, на которой будет реализован счётчик. Заданные параметры и параметры микросхем подходящей серии показаны в таблице:

 

Параметр	В задании	Серия К555
U1, В	2,7	>=2.5
U0, В	0,5	<=0.5
Iпотр, мА	30	7*2=14
fmax, МГц	20	20

 

Из таблицы видно, что для таких заданных параметров подходит серия К555 ТТЛШ логики.

 

Разработка принципиальной схемы

Формирователь импульсов

 

Формирователь импульсов – устройство, необходимое для устранения дребезга контактов, возникающего при замыкании механических контактов, который может привести к неправильной работе схемы.

На рисунке 9 приведены схемы формирователей импульсов от механических контактов.

 

Рис. 9 Формирователи импульсов от механических контактов.

 

Выберем схему 9.а) из-за простоты исполнения.

 

Блок индикации

 

Для отображения результата счёта необходимо использовать светодиоды. Чтобы осуществить такой вывод информации можно воспользоваться простейшей схемой. Схема блока индикации на светодиодах приведена на рисунке 10.

Рис. 10 Блок индикации на светодиодах.