Постановка и анализ задачи

Постановка задачи

1. Формирование импульсной последовательности осуществляется как вручную (кнопочным переключателем) так и с использованием генератора импульсов с частотой F=1+(0,1∙3)кГц. В формирователе импульсов предусмотреть схему защиты от дребезга механических контактов.

2. В двоичном 4-х разрядном счётчике предусмотреть возможность установки его разрядов в ‘0’, то есть предусмотреть сброс.

3. Узел индикации выполнить с использованием светодиодов (возможен также вариант индикации с использованием 7 сегментных индикаторов).

Анализ задачи

В качестве источника импульсных сигналов выбрана схема генератора прямоугольных импульсов рисунок 1

Рисунок 1. Схема генератора прямоугольных импульсов

Она обладает следующими характеристиками:

Таблица 1. Параметры генератора прямоугольный импульсов

Экспериментальная формула	Нижняя граница R1, кОм	Высшая частота генерации, МГц	Скважность выходных импульсов
	0,56		>2

Данная схема должна вырабатывать импульсы частотой F = 1,3 Гц. Для этого необходимо подобрать номиналы конденсатора (С1) и резистора (R1). Известно, что минимальное значение сопротивление резистора R1 составляет 1кОм. Возьмём для расчётов резистор R1 номиналом 0,56 кОм и найдём необходимую ёмкость конденсатора С1, т.е. нам известно F=1,3кГц, R1=5кОм, найдём по экспериментальной формуле (из таблицы) ёмкость конденсатора С1:

;

мкФ;

Дребезг контактов - это явление многократного неконтролируемого замыкания и размыкания контактов в моменты их соприкосновения и расхождения. Это явление приводит к формированию нескольких импульсов (вместо требуемого одиночного импульса или перепада напряжения), могущих вызвать многократное непредсказуемое срабатывание схемы цифрового устройства.

Причин возникновения дребезга:

· первая связана с механической конструкцией кнопки, которая не позволяет надежно за короткое время зафиксировать контакт;

· вторая связана с самим контактом, который покрыт тончайшим слоем оксида, не проводящим электричество. В момент замыкания происходит ионизация промежутка и возникает дуга, спекающая контакты вместе. Чем больше сила тока через контакты, тем быстрее происходит "спекание"

Зашита от дребезга организована на основе RS-триггера (интегральная микросхема К155ЛА3).

Для реализации RS-триггера воспользуемся логическими элементами “2И-НЕ”. Его принципиальная схема приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема простейшего триггера на схемах "И". Входы R и S инверсные (активный уровень'0').

RS-триггер имеет следующую таблицу истинности:

Таблица 2.

R S Q(t) Q(t+1) Пояснения

0 0 0 0 Режим хранения информации R=S=0

0 0 1 1

0 1 0 1 Режим установки единицы S=1

0 1 1 1

1 0 0 0 Режим записи нуля R=1

1 0 1 0

1 1 0 * R=S=1 запрещенная комбинация

1 1 1 *

Схема зашиты от дребезга выглядит следующим образом:

Рисунок 3 Схема зашиты от дребезга

На оба входа RS-триггера через токоограничивающие резисторы подано напряжение питания. Поэтому, если контакт датчика замыкает соответствующий вход на общий провод, то на нем отсутствует напряжение, что соответствует сигналу логического нуля. При этом на втором входе благодаря резистору присутствует напряжение, соответствующее логической единице. Допустим, что в первый момент контакт находится в том положении, которое указано на схеме. Тогда на верхнем, по схеме, входе RS-триггера будет лог. 0, а на нижнем – лог. 1. На выходе схемы так же будет лог. 1. В следующий момент времени происходит переключение контакта. Контактная система должна быть устроен таким образом, что бы в процессе переключения подвижный контакт сначала отключался от верхнего, по схеме, неподвижного контакта и какое то время обязательно находился в среднем положении, не касаясь не одного контакта. И только затем замыкался с нижним, по схеме, неподвижным контактом. В результате в момент размыкания с верхним контактом и все время, подвижный пока контакт не касается не одного из неподвижных, триггер не изменяет своего состояния (вспомним, что если на обоих входах RS-триггера сигналы логической единицы, его состояние не меняется). В момент замыкания подвижного контакта с нижним, по схеме, неподвижным контактом происходит дребезг контактов. Это означает, что за короткое время происходит множество замыканий и размыканий подвижного контакта с нижним, по схеме, неподвижным контактом. Но уже при первом таком замыкании на нижний, по схеме, вход RS-триггера приходит отрицательный импульс, который переключает его в другое состояние. На выходе схемы устанавливается сигнал логического нуля. Остальные импульсы не изменят состояния триггера. На выходе схемы мы получим чистый сигнал, без дребезга контактов.

Данный счётчик реализован на микросхеме К155ЛА3.

Развёрнутая схема четырёх разрядного двоичного счётчика выглядит следующим образом (рисунок 4)

рисунок 4. Четырёх разрядный двоичный счётчик

Счётчик представляет собой Т-триггер построенный на универсальных D-триггерах. Схема счётчика, позволяющего посчитать любое количество импульсов, меньшее шестнадцати, приведена на рисунке 3. Количество поступивших на вход импульсов можно узнать, подключившись к выходам счётчика Q0 … Q3. Это число будет представлено в двоичном коде.

Работу схемы двоичного счётчика можно представить, воспользовавшись временными диаграммами сигналов на входе и выходах этой схемы, приведёна на рисунке 5.

Рисунок 6. Временная диаграмма сигналов

Пусть первоначальное состояние всех триггеров счётчика будет нулевым. Это состояние мы видим на временных диаграммах. После поступления на вход счётчика тактового импульса (который воспринимается по заднему фронту) первый триггер изменяет своё состояние на противоположное, то есть единицу. Так как по приходу первого импульса изменилось состояние первого триггера, то этот триггер содержит младший разряд двоичного числа (единицы). Подадим на вход счётчика ещё один тактовый импульс. Значение первого триггера снова изменится на прямо противоположное. На этот раз на выходе первого триггера, а значит и на входе второго триггера сформируется задний фронт. Это означает, что второй триггер тоже изменит своё состояние на противоположное. Продолжая анализировать временную диаграмму, можно определить, что на выходах приведённой схемы счётчика последовательно появляются цифры от 0 до 15. Эти цифры записаны в двоичном виде. При поступлении на счётный вход счётчика очередного импульса, содержимое его триггеров увеличивается на 1. Поэтому такие счётчики получили название суммирующих двоичных счётчиков.

Таблица 3. Изменение уровней на выходе суммирующего счётчика при поступлении на его вход импульсов

№ Q3 Q2 Q1 Q0

0 0 0 0 0

1 0 0 0 1

2 0 0 1 0

3 0 0 1 1

4 0 1 0 0

5 0 1 0 1

6 0 1 1 0

7 0 1 1 1

8 1 0 0 0

9 1 0 0 1

10 1 0 1 0

11 1 0 1 1

12 1 1 0 0

13 1 1 0 1

14 1 1 1 0

15 1 1 1 1

Для того что бы выставить в 0 необходимо подать на ножку R логический ноль.

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 7.

Рисунок 7. Блок индикации

Итогом анализа задачи стала электрическая принципиальная схема четырёхразрядного двоичного счётчика (рисунок 8)

Рисунок 8. Четырёх разрядный двоичный счётчик с зашитой от дребезга, и системой индикации

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: