Модуль двоично-десятичного реверсивного 16-ти разрядного счетчика

Принудительный насчет требует введения в схему счетчика дополнительных элементов, обеспечивающих в определенный момент занесение в счетчик числа равного количеству избыточных состояний. Примером построения счетчика по этому принципу может служить счетчик с Ксч=10, показанный на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8- Счетчик с принудительным насчетом с Ксч=10

Принцип принудительного обнуления реализован в ИМС К155ИЕ5, которая представляет собой четырехразрядный последовательный двоичный счетчик с изменяемым Ксч в пределах 16. Условное графическое обозначение счетчика К155ИЕ5 представлено на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9- Счетчик с принудительным обнулением К155ИЕ5

Рисунок 1.10- Структура счетчика с принудительным обнулением К155ИЕ5

Счетчик К155ИЕ5 состоит из четырех счетных триггеров на основе JK-триггеров, причем он содержит две независимые части с Ксч=2 (вход С1 и выход Q1) и с Ксч=8 (вход С2 и выходы Q2, Q3, Q4). С помощью внешних соединений Q1 с С2 можно получить последовательный счетчик с Ксч=2×8=16. Входы R1 и R2 служат для сброса (обнуления) счетчика, которое произойдет, если R1 = R2 = 1.

Принцип получения произвольного коэффициента счета основан на подаче единичных сигналов с выходов счетчика на входы обнуления.

Например, для получения Ксч=10 сначала определяют количество триггеров. Их должно быть четыре, т.к. 24=16, что больше, чем 10. Производят соединение Q1 с С2. Затем записывают в двоичной форме десятичное число десять: это будет Q1=0, Q2=1, Q3=0, Q4=1. При Ксч=1010 максимальный выходной код соответствует числу 910, а следующее за ним число – 010, а не 1010. Следовательно, соединив выходы Q2 и Q4, на которых единицы одновременно появляются после десятого импульса, со входами R1 и R2, получим обнуление счетчика десятым импульсом, что и будет соответствовать Ксч=1010. На рисунке 1.11 показан счетчик с Ксч=10, построенный по описанной методике.

Рисунок 1.11-Счетчик с Ксч=10 на основе ИМС К155ИЕ5

Микросхемы К155ИЕ6, К555ИЕ6, КР1533ИЕ6 представляют собой двоично-десятичный, реверсивный счетчик, работающий в коде 1-2-4-8. Его условное графическое обозначение представлено на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12-Счетчик К155ИЕ6, К555ИЕ6, КР1533ИЕ6

Назначение выходов и входов микросхемы К155ИЕ6, К555ИЕ6, КР1533ИЕ6:

- входы +1 и -1 служат для  подачи тактовых импульсов, +1 –  при прямом счете, -1 – при обратном.

- вход R служит для установки  счетчика в 0,

- вход L – для записи  в счетчик информации, поступающей  по входам D1 - D8.

Установка триггеров счетчика в 0 происходит при подаче лог. 1 вход R, при этом на входе L должна быть лог. 1. Для предварительной записи в счетчик любого числа от 0 до 9 его код следует подать на входы D1 - D8 (D1 - младший разряд, D8 - старший), при этом на входе R должен быть лог. 0, и на вход L подать импульс отрицательной полярности.

Режим предварительной записи можно использовать для построения делителей частоты с перестраиваемым коэффициентом деления. Если этот режим не используется, на входе L должен постоянно поддерживаться уровень лог. 1.

Прямой счет осуществляется при подаче импульсов отрицательной полярности на вход +1, при этом на входах -1 и L должна быть лог. 1, на входе R – лог. 0. Переключение триггеров счетчика происходит по спадам входных импульсов, одновременно с каждым десятым входным импульсом на выходе >9 формируется отрицательный выходной импульс переполнения, который может подаваться на вход +1 следующей микросхемы многоразрядного счетчика. Уровни на выходах 1-2-4-8 счетчика соответствуют состоянию счетчика в данный момент (в двоичном коде). При обратном счете входные импульсы подаются на вход -1, выходные импульсы снимаются с выхода ≤ 0.

 

 

1.6 Принцип работы  микросхемы КР1553ИЕ6

На вход счетчика +1 подают тактовые импульсы при прямом счете, а на вход счетчика –1 - при обратном. Вход С служит для предварительной записи в счетчик информации, поступающей по входам D1, D2, D4, D8. Установка триггеров счетчика в нулевое состояние происходит при подаче положительного импульса на вход R0, при этом на входе С должна быть логическая единица. Счетчик позволяет производить предварительную запись в него любого числа от 0 до 9. Для записи двоичный эквивалент числа подается на входы D1, D2, D4, D8 (1 – младший разряд, 8 – старший), на вход С – отрицательный импульс, на входе R0 при этом должен быть логический "0".

Режим предварительной записи может использоваться для построения делителей частоты с переменным коэффициентом деления. Если этот режим не используется, на вход С должна быть постоянно подана логическая единица.  происходит при подаче отрицательных импульсов на вход +1, при этом на входах –1 и С должна быть логическая "1", а на входе R0 – логический "0". Переключение триггеров счетчика происходит по спадам входных импульсов. Одновременно с каждым десятым входным импульсом на выходе ³ 9 появляется отрицательный импульс, который может подаваться на вход +1 следующей микросхемы многоразрядного счетчика.

При обратном счете входные импульсы подают на вход –1, а выходные импульсы снимают с выхода £ 0.

 

 

 

 

 

2 Описание работы  модуля счетчика

2.1 Описание принципиальной схемы модуля счетчика

Модуль счетчика предназначен для счета входных импульсов. Модуль счетчика может быть как суммирующий, так и вычитающий. При этом каждое переполнение счетчика сопровождается выходом импульса переноса, являющееся тактовым входом следующей ИС счетчика. Для уменьшения помехоустойчивости на всех входах предусмотрены триггеры Шмита. Триггеры Шмита собраны на ИС D1…D8 типа КР1533ТЛ2.

При работе модуля счетчика с меньшим коэффициентом счета предусмотрен вход управления предустановкой. Положительный импульс поступает на контакт 5А разъема XI по которому осуществляется запись. Сброс счетчика R производится при подаче на контакт 4А положительного импульса. В модуле имеется четыре десятичных разряда, следовательно, емкость счетчика ограничивается десятичным 9999 импульсом N=104-1=9999.

Для реализации выхода информации на семисегментный  индикатор собрана схема на ИС DC13…DC16, типа К555ИД18. Она имеет четыре входа, на которые подается двоично-десятичный код и сем выходов. Выходы ИМС К555ИД18 имеют третье состояние и активный сигнал логический «0». Данная схема служит для преобразования двоичного кода в сигналы управления семисегментным индикатором, имеет выходы с открытым коллектором и предназначена для управления полупроводниковыми индикаторами с общим анодом, которые подключаются к выходам микросхемы через ограничительные резисторы (порядка 300 Ом). Особенностью микросхемы является возможность гашения левых незначащих нулей при индикации многоразрядных чисел и возможность одновременного включения всех сегментов индикатора для контроля его исправности. Для обеспечения указанных режимов используют два входа – Е0, К и двунаправленный вывод Е.

Таким образом, данные с выходов ИС D9…D12 подаются на соответствующие входы ИС D13…D16, далее на HG1…HG4 через резисторы. На рис.1 приведено стандартное обозначение сегментов индикаторов.

Рисунок 1 Обозначение семисегментного индикатора

В табл. 1 приведена логическая зависимость сегментов индикатора от двоичного кода.

Входной сигнал				Выходной сигнал							Индикация
1	2	4	8	A	B	C	D	E	F	G
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
0	0	0	1	1	0	0	1	1	1	1	1
0	0	1	0	0	0	1	0	0	1	0	2
0	0	1	1	0	0	0	0	1	1	0	3
0	1	0	0	1	0	0	1	1	0	0	4
0	1	0	1	0	1	0	0	1	0	0	5
0	1	1	0	0	1	0	0	0	0	0	6
0	1	1	1	0	0	0	1	1	1	1	7
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	8
1	0	0	1	0	0	0	0	1	0	0	9

 

Принципиальная схема изображена в Приложении А, перечень элементов схемы электрической принципиальной изображен в Приложении Б.

 

 

2.2 Расчет динамических параметров

Динамические параметры используемых ИС сведены в таблицу 2.2

 

Таблица 2.2 Динамические параметры используемых ИС

Типы ИС	tp, нС, не более	tu, нС, не менее	tp(d-c), нС, не менее	tp(c-d), нС, не менее
КР1533ТЛ2	22	-	-	-
КР1533ИЕ6	28	25	25	5
КР1533ИД18	30	-	-	-

 

Значение tp выбрано большее из двух tplh и tphl.

tp(d-c) – время опережения установки информации действующего перепада по входам, относительно управляющего сигнала записи;

tp(c-d) – время удержания информации по входам, относительно действующего перепада сигнала записи;

tu – время минимального импульса на входе тактовой частоты;

tp1 – задержка на триггерах Шмитта КР1533ТЛ2;

tp2 – задержка на входах счетчиков относительно входных импульсов КР1533ИЕ6;

tp3 – задержка выхода переноса относительно входа тактовой частоты;

Задержка выхода относительно входа при счете входных импульсов и выводе их в двоичном коде при выводе информации:

tpΣ = tp1+4*tp2+tp3;

tpΣ = 22+4*28+20 = 154 нС;

тогда tpΣ можно считать равной не более tu+154нС.

 

 

 

 

2.3 Расчет потребляемой мощности

Общая потребляемая мощность рассчитывается по формуле:

Pcc ∑ = n1 * Pcc1 + n2 * Pcc2 + … + nk * Pcck

Pcck – мощность, потребляемая ИС k-типа

nk — количество ИС k-типа

Pcc ∑ - потребляемая мощность модуля

Потребляемая мощность каждого типа ИС определяется по формуле:

Pcc = Ucc * Icc

Ucc – максимальное напряжение питания

Icc – ток, потребляемый ИС данного типа

По техническим требованиям на ИС типа КР1533 максимальное напряжение

питания = 5В ± 10%, поэтому максимальное значение питания будет 5,5В.

В режиме хранения Ucc = 5В + 10%

Тип ИС	Потребляемое напряжение [B]	Потребляемый ток [мA]	Количество ИС	Потребляемая мощность
				Для 1 эл-та [мBT]	Для всех эл-ов [мBT]
КР1533 ТЛ2	5,5	17	8	93	748
КР1533 ИЕ6	5,5	22	4	121	484
КР1533 ИД18	5,5	13	4	71	286

 

Можно считать, что общая потребляемая мощность не более 1,5[мВТ]

 

 

 

 

 

2.4 Расчет надежности модуля

Надежность — это свойство устройств выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в допустимых пределах, соотвествующих режимам и условиям эксплуатации.

К основным показателям надежности относятся:

1. вероятность безотказной работы
2. интенсивность отказов
3. среднее время наработки на отказ

Вероятность безотказной работы — вероятность того, что в заданный интервал времени не произойдет отказа.

Вероятность безотказной работы определяется по формуле:

P(t) = e-l*t

e – основание натурального алгоритма

l — интенсивность отказов

t — время работы системы

Величина P(t) показывает какая часть элементов, по отношению к общему количеству исправно работающих элементов, в среднем выходит из строя за единицу времени. Интенсивность отказов определяется по формуле:

l = 1/Tcp

Tcp — средняя наработка на отказ

При нормальной работе, когда закончена проработка изделия интенсивность отказов можно принять за константу. Окончательный расчет надежности производится с учетом эксплуатационных коэффициентов, показывающих каким образом изменяется интенсивность отказов при изменении каждого из воздействующих факторов: