2 Разработка функциональной схемы двоичного счетчика
2.1 Функциональная схема двоичного счетчика и ее описание
Функциональная схема счетчика разработана в соответствии с техническим заданием и требованиями, предъявляемыми к счетчику, и изображена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Функциональная схема разрабатываемого счетчика
Первый разряд счётчика переключается с приходом каждого входного импульса. На каждые два входных импульса триггер формирует один выходной импульс. Второй разряд переключается в состояние «1» после прихода каждого 2-го импульса. Третий разряд — после прихода каждого 4-го импульса. Четвёртый разряд — после прихода каждого 8-го импульса. Таким образом, единичные значения сигналов на выходах появляются с приходом 1, 2, 4, 8 импульсов, что соответствует весовым коэффициентам двоичного кода. С целью большей автоматизации счетчика, переключатель также можно выполнить с помощью логического элемента «Исключающее ИЛИ».
2.2 Таблица истинности двоичного счетчика
Таблица истинности счетчика имеет свои особенности, отличающие ее от таблиц истинности других элементов. Так как состояние выходов счетчика зависит не от состояния входа, а от того, сколько импульсов было подано на вход, то первая колонка таблицы будет содержать не различные варианты состояния входа, а число, указывающее, сколько импульсов логической единицы было подано на вход. Таблица истинности четырехразрядного двоичного счетчика представлена в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Таблица истинности четырехразрядного двоичного счетчика
Вход |
Q1 |
Q2 |
Q3 |
Q4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
... |
... |
... |
... |
... |
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2.3 Выбор элементов и интегральных микросхем
Для реализации четырехразрядного счетчика в соответствии с техническим заданием, как было описано выше, понадобится несколько ИМС, каждая из которых будет выполнять свою собственную роль.
Генератор прямоугольных импульсов будет разработан на базе таймера NE555. Это зарубежная ИМС, имеющая 14 выводов и работающая в широком температурном диапазоне. Выбор был сделан в пользу данной ИМС, так как она входит в состав набора NS047, который представляет собой готовый генератор импульсов, соответствующий требованиям разрабатываемого счетчика.
Ручной формирователь импульсов в целом представляет собой обычную кнопку. Однако ИМС требуется для реализации схемы защиты от дребезга. Такая схема представляет собой обычный RS-триггер на базе логических элементов «И-НЕ». Учитывая это, для реализации схемы защиты от дребезга будет использована микросхема К561ЛА7. Эта ИМС представляет собой набор из 4-х независимых элементов «И-НЕ», расположенных на одном кристалле. Она была выбрана, так как является наиболее универсальной и позволяет выполнить схему защиты от дребезга всего на оной микросхеме.
Схема индикации будет выполнена с использованием обычных светодиодов, поэтому для данного узла ИМС не нужна.
И последняя ИМС, представляющая собой самую важную часть разрабатываемого устройства – триггер, называется 74HC107. Данная ИМС представляет собой совокупность 2-х JK-триггеров, объединенных в одном корпусе и выполненных на общем кристалле. На рисунке 2.2 изображена схема триггеров в ИМС.
Рисунок 2.2 – Триггеры внутри ИМС 74НС107
Данная ИМС была выбрана по ряду причин. Во-первых, JK-триггер является самым универсальным триггером и как нельзя лучше подойдет для реализации счетчика. Причиной тому является его состояние, при котором на оба его входа подаются логические «1» и он имитирует работу Т-триггера. А именно Т-триггер необходим для реализации счетчика. Однако, второй причиной, почему была выбрана именно эта ИМС, является наличие в ней входа принудительного сброса. Данный сброс предусмотрен в техническом задании, и с использованием данной ИМС, сброс будет реализован наиболее простым путем. На рисунке 2.3 изображено УГО данной ИМС с наглядным отображением назначения выводов.
Рисунок 2.3 – УГО ИМС 74НС107