Синтез и разработка принципиальной схемы, выбор типов микросхем. Задающий генератор. Формирователь опорных импульсов

2 СИНТЕЗ И РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ. ВЫБОР ТИПОВ МИКРОСХЕМ.

Одной из важнейших задач синтеза принципиальных схем  на ИМС является минимизация количества микросхем и числа их  соединений. Не менее важным условием синтеза является максимальное использование элементов с одинаковыми функциями. Синтез может проводится в логическом базисе элементов И, ИЛИ, НЕ. В состав серий обычно входят логические микросхемы, содержащие элементы с разным числом входов, с различной нагрузочной способностью, допускающие увеличение числа входов, имеющие возможность объединения по выходу с другими элементами и т.д. Такое разнообразие логических элементов в составе серии позволяет выбрать из них наиболее подходящие для конкретного цифрового устройства и тем самым обеспечить наилучшие электрические и конструктивно-технологические показатели. В техническом задании дана КМОП логика. Микросхемы КМОП характеризуются: 1)возможностью работы в широком диапазоне напряжения питания от 3 до 18В; 2) повышенной помехоустойчивостью; 3) В статическом режиме потребляет мощность, которая не превышает 1мкВт; 4) высоким коэффициентом разветвления (50-100); 5) низкой стоимостью по сравнению с ТТЛ. Не смотря на все достоинства, у данной логики есть свои недостатки: 1) Ограниченное быстродействие; 2) Низкая нагрузочная способность по току; 3) высокое выходное напряжение, что не позволяет работать на высокую емкостную нагрузку; 4) подверженность влиянию статического электричества. В соответствии с вышеизложенным, и опираясь на структурную схему проектируемого устройства, перейдем к синтезу и разработке его принципиальной схемы.

2.1 ЗАДАЮЩИЙ ГЕНЕРАТОР.

Электрическим импульсом называют ток или напряжение, действующее в течении ограниченного промежутка времени меньшего или соизмеримого с длительностью пере-ходных процессов в электрических цепях. В радиотехнике и технике связи используют импульсы различной формы. Прямоугольные импульсы более развились и на практике чаще применяют именно импульсные последовательности. 

Генераторы – это специальные элементы цифровых устройств, предназначенные для формирования последовательности электрических сигналов различной формы. Генератор импульсов ‑ автогенератор, вырабатывающий импульсы прямоугольной формы. Гене-раторы обеспечивают работу цифрового устройства во времени по закону, определяемому внутренней структурой устройства, и характеризуются частотой сигнала, стабильностью частоты, возможностью управления частотой, формой сигнала, скважностью, видом последовательности сигнала и другими параметрами.

В задании не оговорено требование к определенной стабильности частоты, поэтому можно применить в качестве задающего генератора схему на логических элементах без специальной стабилизации частоты. Принцип действия  генератора основан на зарядно-разрядных процессах в RC цепочке, а также на пороговых свойствах самих логических элементов. Автогенератор можно построить на основе усилителя, охваченного поло-жительной обратной связью (ПОС). Функцию усилителя может выполнять любой логический элемент. На схеме, приведенной в приложении  D.D11Е, D.D11.С – основные элементы генератора. D.D11.F переведен в усилительный режим за счет подключения сопротивления R₁. Элемент D.D11.D – буферный элемент для уменьшения влияния нагрузки на зарядно-разрядные процессы. Данные элементы входят в состав серии К561ЛН1. Емкость С₁ – это элемент цепи ПОС, R₂ – защитный резистор, его значение соответствует значению резистора R₁.  Период следования импульсов определяется выражением:           

где R и С ‑ элементы внешней цепи.

В техническом задании дана КМОП логика, в соответствии с этим зададимся значением сопротивления R₁R₂=10кОм и зная, что тактовая частота f=8МГц, то  значение емкости С определяется следующим образом:

Промежуток времени, на который задерживается напряжение высокого уровня с момента включения питания определяется по формуле:

,                              

где постоянная времени находится по формуле:

Подставив все известные и найденные величины найдем время задержки

2.2 ФОРМИРОВАТЕЛЬ ОПОРНЫХ ИМПУЛЬСОВ.

Формирователь сигналов с приходом  последующего импульса с задающего гене-ратора формирует определенные комбинации таким образом, что через каждые 25 тактов комбинации будут повторяться. Эта задача легко решается с использованием двоичного счетчика, у которого коэффициент счета N=2ⁿ >25, где n ‑ разрядность счетчика. Счетчиком называется цифровое устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов. В процессе работы счетчик последовательно изменяет свое состояние в определенном порядке. Одно из возможных состояний счетчика принимается за начальное. Последовательность внутренних состояний счетчика кодируется