Среднее Заочное отделение / 5 семестр / Курсовой ЦМПУ / 6 Раздел 3

3 АНАЛИЗ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

В соответствии с заданием проанализируем и выберем микросхемы, для устройства сравнения нам понадобятся: синхронный четырехразрядный двоичный счетчик с синхронным сбросом, четыре D-триггера с общими входами управления и сброса, логические элементы «НЕ», логические элементы «2И», логические элементы «2 ИЛИ», логические элементы «4И» и «3И». Все элементы должны относиться к схемотехнике КМОП, иметь высокое быстродействие и малую потребляемую мощность.

Всем вышеперечисленным требованиям соответствуют микросхемы серии ЭКР1554 и ЭКР1564.

В качестве четырехразрядного счетчика используем микросхему IN74AC163 (1554ИЕ18). Условное графическое обозначение и цоколевка микросхемы представлены на рисунке 11.

Таблица 4 - Состояний микросхемы IN74AC163 (1554ИЕ18)
Входы					Выходы					Функция
		CEP	CET	C	Q3	Q2	Q1	Q0
0	X	X	X	Х	0	0	0	0	Сброс на «0»
1	0	X	X	↑	D3	D2	D1	D0	Предустановка
1	1	1	1	↑	Счет (увел.)					Счет
1	1	0	X	↑	Без изм.					Хранение
1	1	X	0	↑
1	X	X	X	↓

16 – питание; 8 – общий.

Рисунок 11 – Асинхронный четырехразрядный двоичный счетчик с синхронным сбросом IN74AC163 (1554ИЕ18)

Микросхема IN74AC163 представляет собой двоичный четырехразрядный счетчик с параллельным вводом-выводом данных. Предустановка со входов D0…D3 осуществляется по положительному перепаду импульса на входе С и при низком уровне на входе . Счет на увеличение выполняется при высоком уровне на входе СEP, СET и . Вход предназначен для сброса счетчика в нулевое состояние и происходит он при подаче низкого уровня на вход.

Основные статические и динамические параметры микросхемы IN74AC163 представлены в таблице 4.

В качестве регистров используем микросхему IN74AC175 (1554ТМ8). Условное графическое обозначение и цоколевка микросхемы представлены на рисунке 12.

Таблица 5 – Состояний микросхемы IN74AC175 (1554ТМ8)
Входы			Выходы			Функция
	C	D	Q
0	X	X	0	1	Сброс на «0»
1	↑	1	1	0	Установка
1	↑	0	0	1	Сброс
1	0	X	Без изм.			Хранение
1	↓	X

16 – питание; 8 – общий.

Рисунок 12 – Четыре D-триггера с общими входами управления и сброса IN74AC175 (1554ТМ8)

Микросхема имеет прямой динамический вход синхронизации С и инверсный вход сброса R. Ввод данных осуществляется на входы D₀, D₁, D₂, D₃ в параллельном коде. Выходные значения микросхемы можно снимать как с прямых, так и с инверсных выходов. Установка со входов D0…D3 осуществляется по положительному перепаду импульса на входе С и при высоком уровне на входе D, если же на входе D низкий уровень то происходит сброс. Вход предназначен для общего сброса триггера в нулевое состояние и происходит он при подаче низкого уровня на вход.

Основные статические и динамические параметры микросхемы IN74AC175 представлены в таблице 5.

Микросхема IN74AC04(1554ЛН1) представляет собой 6 логических элементов «НЕ». Условное графическое обозначение представлена на рисунке 13, а таблица истинности микросхемы представлена в таблице 6.

При подаче на входы микросхемы высоких уровней сигнала, на выходе получим низкий и наоборот.

Микросхема 1554ЛИ1 представляет собой 4 логических элемента «2И». Условное графическое обозначение представлена на рисунке 14, а таблица истинности микросхемы представлена в таблице 7.

Логический элемент, реализующий функцию конъюнкции, называется схемой совпадения. Если на все входы микросхемы мы подадим высокий уровень сигнала, то на выходе получим высокий уровень. В остальных случаях на выходе будет низкий уровень сигнала.

Таблица 6 - Таблица истинности микросхемы IN74AC08(1554ЛН1)

Вход	Выход
A	Y
0	1
1	0

14 – питание; 7 – общий.

Рисунок 13 – Шесть логических элементов «НЕ» IN74AC04(1554ЛН1)

Таблица 7 - Таблица истинности микросхемы IN74AC08(1554ЛИ1)

Входы		Выходы
A	B	Y
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

14 – питание; 7 – общий.

Рисунок 14 – Четыре логических элемента «2И» IN74AC08(1554ЛИ1)

Микросхема 1554ЛЛ1 представляет собой 4 логических элемента «2ИЛИ». Условное графическое обозначение представлена на рисунке 15, а таблица истинности микросхемы представлена в таблице 8.

Если мы подадим на все входы низкий уровень сигнала, то на выходе также получим низкий уровень. В остальных случаях мы получаем высокий уровень сигнала.

Таблица 8- Таблица истинности

микросхемы IN74AC08(1554ЛЛ1)

Входы		Выходы
A	B	Y
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

14 – питание; 7 – общий.

Рисунок 15 – Четыре логических элемента «2 ИЛИ» IN74AC32 (1554ЛЛ1)

Для четырех входов возьмем микросхему IN74AC21 (1554ЛИ6) представленную в таблице 9. Условное графическое микросхемы представлены на рисунке 16.

14 – питание; 7 – общий.

Таблица 9 - Таблица истинности микросхемы IN74AC08(1554ЛИ6)

Входы					Выходы
A	B	С	D	Y
0	X	X	X	0
X	0	X	X	0
X	X	0	X	0
X	X	X	0	0
1	1	1	1	1

Рисунок 16 – Два логических элемента «4И» IN74AC21 (1554ЛИ6)

Данная схема представляет собой 2 логических элемента «4И» и работает аналогично IN74AC08, т.е. если на все входы микросхем мы подадим высокий уровень сигнала, то на выходе получим высокий уровень, а в остальных случаях на выходе будет низкий уровень сигнала.

Схема IN74AC11 представляет собой 3 логических элемента «3И». Условное графическое обозначение представлена на рисунке 17, а таблица истинности микросхемы представлена в таблице 10.

Таблица 10 - Таблица истинности микросхемы IN74AC08(1554ЛИ3)

Входы			Выходы
A	B	С	Y
0	X	X	0
X	0	X	0
X	X	0	0
1	1	1	1

14 – питание; 7 – общий.

Рисунок 17 – Три логических элемента «3И» IN74AC11(1554ЛИ3)

При подаче на все входы логические «1», на выходах получаем также логические «1». Если хотя на одном из входов имеется логический «0», то на соответствующем выходе будет логический «0».

Основные параметры микросхем IN74AC04, IN74AC08, IN74AC32, IN74AC21, IN74AC11, IN74AC163 и IN74AC175 представлены в таблице 11.

Таблица 11- Основные электрические параметры выбранных микросхем

Обозначение микросхемы	), не более	(), не менее	(), не более	(IIH), не более	(IOL), не более	(IOH), не более	(IСС), не более	(tPLH), не более	(tPHL), не более
	В	В	мкА	мкА	мА	мА	мкА	нс	нс
IN74AC163 (ЭКР1554ИЕ18)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	80	9,5	10,0
IN74AC175 (ЭКР 1554ТМ8)	0,1	4,9	–1,0	+1,0	+24	-24	80	9,5	10,5
IN74AC04 (ЭКР 1554ЛН1)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	40	7,5	7,0
IN74AC08 (ЭКР 1554ЛИ1)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	40	8,5	7,5
IN74AC32 (ЭКР1554ЛЛ1)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	40	8,5	7,5
IN74AC21 (ЭКР1554ЛИ6)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	40	6,5	7,0

Окончание таблицы 11

IN74AC11 (ЭКР1554ЛИ3)	0,1	4,9	– 1,0	+ 1,0	+ 24	– 24	40	8,5	7,5
Примечания Напряжение питания – 5,0 В ± 10%. Диапазон рабочих температур – от -45 до +85°С. Максимальный потребляемый ток Iпот указан для выходного тока = 0 мкА. Уровни выходных напряжений и указаны для выходного тока ≤ 50 мкА.

Рассчитаем R_огр для светодиода 3Л365А, рабочие параметры которого приведены в таблице 12.

Таблица 12 – Рабочие параметры светодиода 3Л365А

Тип прибора	Значения параметров при T = 25 ºC					Предельные значения при T = 25 ºC
	Iν, мккд (мВт/ср)	Iпр, мА	Uпр, В	λмакс, мкм	Iпр.макс, мА		Iпр.и.макс, мА	tи, мс	Uобр. макс, В
3Л365А	0,1	20	2	0,65…0,675	30		100	20	-

Расчет будем проводить по формуле:

(9)

R_огр = (U_S - U_L) / I,

где U_S – напряжение питания;

U_L– прямое напряжение, расчётное для каждого типа диодов (как правило от 2 до 4 вольт);

I – ток светодиода, это значение должно быть меньше максимально допустимого.

R_огр = (4,9 - 2) / 24 = 120,8 (Ом)

Согласно расчётам, номинальное сопротивление R_огр должно быть не меньше 120,8 Ом. Для нашей схемы возьмем ограничительное сопротивление равным 150 Ом. Для этих целей нам подойдет резистор МЛТ-2-150ОМ±5% ОЖО467180ТУ. Рабочие характеристики резистора ОЖО467180ТУ приведены в таблице 13.

Таблица 13 – Рабочие характеристики резистора ОЖО467180ТУ

Тип прибора	Rном, Ом	Точность, %	Pном, Вт	Uраб.макс, В	tрабочее, °С
ОЖО467180ТУ	150	5	0,04	750	-55…155

6