Генератор импульсов. Тактовый генератор с кварцевой стабилизацией. Импульсная диаграмма работы генератора тактовых импульсов

1.2 Генератор импульсов

Генератор собран на логических элементах ИЛИ-НЕ. Для стабилизации взят распространённый кварц на 100кГц.  Для облегчения запуска используется цепочка R1=1М и C1=16п.  В соответствии с выходной частотой возьмём R2=24кОм.

Рисунок 1.2.1 Тактовый генератор с кварцевой стабилизацией

Рисунок 1.2.2 Время- импульсная диаграмма работы генератора тактовых импульсов.

1.3 Счетчик импульсов

Счетчиками называют последовательностные цифровые электронные устройства, обеспечивающие хранение двоичного кода числа и выполнение над ним микрооперации счета, которая заключается в изменении числа в счетчике на  [2].

По заданию необходимо разработать суммирующий двоично-десятичный счетчик импульсов с коэффициентом счета К=23. Информация на выходе счетчика представляется в коде 8421. Для синтеза схемы применяются JK-триггеры и логические элементы базиса ИЛИ-НЕ. Минимизация функций алгебры логики производится с помощью метода Квайна.

В связи с необходимостью повышения быстродействия всего дискретного устройства применяется синхронный счетчик с параллельным переносом.

Рассмотрим методику синтеза такого счетчика:

1.  Определяется необходимое число триггеров исходя из заданного К: ;

2.  Составляется таблица функционирования счетчика на основе заданного порядка изменений его состояний, которая отражает двоичные коды всех предыдущих и последующих состояний счетчика.;

3.  На основании таблицы производится минимизация функций входов всех триггеров, которые полностью определяют структуру синтезируемого счетчика [3].

Для данного счетчика используется триггера для счета от 0 до 9  и два триггера для второго разряда десятичного числа.

Таблица 1.3.1 Таблица функционирования счетчика

№	Текущее состояние				Последующее состояние				Сигналы на информационных входах JK триггеров.
	Qn4	Qn3	Qn2	Qn1	Qn+14	Qn+13	Qn+12	Qn+11	J4	K4	J3	K3	J2	K2	J1	K1
0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	~	0	~	0	~	1	~
1	0	0	0	1	0	0	1	0	0	~	0	~	1	~	~	1
2	0	0	1	0	0	0	1	1	0	~	0	~	~	0	1	~
3	0	0	1	1	0	1	0	0	0	~	1	~	~	1	~	1
4	0	1	0	0	0	1	0	1	0	~	~	0	0	~	1	~
5	0	1	0	1	0	1	1	0	0	~	~	0	1	~	~	1
6	0	1	1	0	0	1	1	1	0	~	~	0	~	0	1	~
7	0	1	1	1	1	0	0	0	1	~	~	1	~	1	~	1
8	1	0	0	0	1	0	0	1	~	0	0	~	0	~	1	~
9	1	0	0	1	0	0	0	0	~	0	0	~	1	~	~

Так как в данном счетчике не используются числа больше 9, следовательно, проводится минимизация неполностью заданных функций. Минимизируем функцию J4 методом Мак-Класки. Для этого составим  СДНФ функции:    f= .

Также запишем СДНФ функции учитывая неопределенные состояния ,которые могут быть приняты за “1” и участвовать в минимизации .

f1=

Запишем эти члены разложения СДНФ по группам в двоичном коде:

1 группа:1000;

2 группа:1001,1100,1010;

3 группа:1011,1101,1110,0111;

4 группа:1111.

Сравнивая соседние группы, получим члены разложения 1-го ранга:

1 группа:100_,1_00,10_0;

2 группа:10_1,101_,1_01,110_,11_0,1_10;

3 группа:1_11,11_1,111_,_111.

Теперь находим члены разложения 2 ранга:

1 группа:10__,1_0_,1__0;

2 группа:1__1,1_1_,11__.

Теперь находим члены разложения 3 ранга:

1 группа:1___.

Составим импликантную таблицу, в которую внесем члены разложения 3 ранга и те члены, которые при сравнении соседних групп не участвовали в склеивании.

Таблица 1.3.2 Импликантная таблица

.Таким образом мы получили:  J4==.

Дальнейшую минимизацию осуществим при помощи карт Карно.

Рисунок 1.3.1 Карты Карно

По картам Карно (рисунок 1.3.1) определим искомые функции:

K4=0, J3==, K3==, J2=, K2=, J1=1, K1=1.

Триггеры старшего разряда собраны по схеме T-триггера .Выход Q5 соеденен со стробирующим входом (С) триггера Т6. На входы J и K обеих триггеров подается логическая еденица. На вход С триггера Т5 должна подаваться логическая еденица когда на выходах триггеров младшего разряда число 9 (1001).Таким образом С5==.

Так как счетчик должен считать от 0 до 23 следовательно в момент, когда на выходах первых четырех триггеров будет записано число 4 (0100) и на выходах пятого и шестого триггеров – число 2 (10), на входы установки нуля (R – входы) всех триггеров должна подаваться логическая единица. Таким образом, =.

Схема счетчика (рисунок 1.3.3) строится с использованием шин для упрощения построения по полученным выражениям. Временная диаграмма работысчетчика представлена на рисунке 1.3.2.

Рисунок 1.3.2 Диаграмма работы счетчика

1.4 Разработка преобразователя кода

Преобразователь кода в схеме данного дискретного устройства  необходим для преобразования двоично-десятичного кода 8421 в код ”3а+2”. Запишем таблицу истинности преобразователя кода.

Таблица 1.4.1 Таблица истинности преобразователя кода

№	Код 8421				3a+2
	Q4	Q3	Q2	Q1	Y5	Y4	Y3	Y2	Y1
0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
1	0	0	0	1	0	0	1	0	1
2	0	0	1	0	0	1	0	0	0
3	0	0	1	1	0	1	0	1	1
4	0	1	0	0	0	1	1	1	0
5	0	1	0	1	1	0	0	0	1
6	0	1	1	0	1	0	1	0	0
7	0	1	1	1	1	0	1	1	1
8	1	0	0	0	1	1	0	1	0
9	1	0	0	1	1	1	1	0	1

Минимизируем функцию Y5 методом Мак-Класки. Для этого составим  СДНФ функции:   

f= .

Также запишем СДНФ функции учитывая неопределенные состояния ,которые могут быть приняты за “1” и участвовать в минимизации .

f1=

Запишем эти члены разложения СДНФ по группам в двоичном коде:

1 группа:1000;

2 группа:0101,0110,1001,1010,1100;

3 группа:1011,1101,1110,0111;

4 группа:1111.

Сравнивая соседние группы, получим члены разложения 1-го ранга:

1 группа:100_,1_00,10_0;

2 группа:01_1,_101,011_,_110,10_1,1_01,101_,1_10,110_,11_0;

3 группа:1_11,11_1,111_,_111.

Теперь находим члены разложения 2 ранга:

1 группа:10__,1_0_;

2 группа:1__1,1_1_,11__,_11_,_1_1.

Теперь находим члены разложения 3 ранга:

1 группа:1___.

Составим импликантную таблицу, в которую внесем члены разложения 3 ранга и те члены, которые при сравнении соседних групп не участвовали в склеивании.

Таблица 1.4.4 Импликантная таблица

	f
	0101	0110	0111	1000	1001
1___	-	-	-	v	v
_1_1	v	-	v	-	-
_11_	-	v	v	-	-
1__1	-	-	-	-	v

Таким образом получим функцию:Y5₌=.

Дальнейшую минимизацию осуществим при помощи карт Карно.

Рисунок 1.4.1 Карты Карно

По картам Карно определим искомые функции:

Y4==,

Y3==,

Y2==,

Y1=.

Для старшей декады преобразователя кода таблица истинности будет иметь вид:

Таблица 1.4.5  Таблица истинности старшей декады

№	8421		3a+2
	Q5	Q6	Y6	Y7	Y8	Y9	Y10
0	0	0	0	0	0	1	0
1	1	0	0	0	1	0	1
2	0	1	0	1	0	0	0

По таблице можно сразу записать выходные функции преобразователя  кода:

Y6=0,X7==,Y8=X10==,Y9==.

Схема преобразователя кода изображена на рисунке 1.4.2.Временная диаграмма работы преобразователя кода изображена на рисунке 1.4.3.

Рисунок 1.4.2 Схема преобразователя кодов

Рисунок 1.4.3 Диаграмма работы преобразователя кодов

1.5Преобразователь параллельной формы представления числа в последовательную(регистр сдвига).

Регистрами называют последовательностные цифровые электронные