Цифровые устройства и микропроцессоры

8.
Частота следования импульсов на выходе второго триггера счётчика – 256 кГц. Сколько триггеров должен иметь счётчик, чтобы на его выходе получить импульс с частотой 32 кГц, 4 кГц

Т – триггеры, в отличие от D и JK – триггеров, выпускаются в интегральной форме не в виде отдельных микросхем, а виде двоичных счётчиков, например: К555ИЕ19 – два 4-х разрядных двоичных счётчика
. Ёмкость счётчика 28=4*7. При этом 710
=1112
.

Ниже приведена схема счётчика:

9.
Разработать логическую схему таймера с прямым отсчётом времени и выдачей звукового сигнала. Частота генератора – 1700 герц. Предусмотреть кнопки пуска, остановки и сброса.

Указание

: для сравнения заданного времени, следует использовать микросхему сравнения (типа К531СП1)

Частота 1,7 кГц является не стандартной частотой (в большинстве случаев применяются генераторы с кварцевым резонатором частоты, например: 100 кГц, либо с синхронизацией от сети 50 Гц). Если таймер должен отсчитывать время в секундах (в задании это не оговорено), то входную последовательность импульсов необходимо разделить на 1700=17*10*10, что легко может быть реализовано с применением микросхем К555ИЕ19 и К555ИЕ20.

Микросхема К555СП1 позволяет сравнивать без приращения разрядности 4-х разрядные двоичные коды. Так как в задании не оговорен предел измерений таймера, то мы можем ограничиться пределом 16 секунд.

Функциональная и принципиальная схемы таймера представлены ниже
:

10.
Найти по справочнику микросхему К555ИР9
. Нарисовать её условное изображение и выписать параметры (с учётом обозначения):

а) типоразмер и изображение корпуса; б) напряжение питания и выводы, на которые оно подаётся; в) напряжения логических нуля и единицы; г) ток потребления (потребляемая мощность); д)диапазон рабочих частот; е) интервал рабочих температур; ж)время задержки включения (выключения); з) коэффициент объединения по входу; и) коэффициент разветвления по входу.

Условное изображение ИМС К555ИР9:

Корпус 2103-16.2 (старое обозначение 238.16-1):

- шаг выводов 2,5 мм (изображение корпуса приведено на рисунке ниже);

- напряжение питания 5±5% В на 16 вывод, 0 В на 8 вывод;

- L – не более 0,4 В; Н – не менее 2,5 В, не более 5,5 В;

- ток потребления не более 3 мА;

- диапазон рабочих частот не более 25 МГц;

- интервал рабочих температур от 100
С до 700
С;

- время задержки включения/выключения 20 нс (Сн
=15 пФ);

- коэффициент объединения по входу – 1;

- коэффициент разветвления по входу – 10.

11.
Что означают сокращения: ТТЛ, ДТЛ,
n
-МОП? Указать их основные отличительные характеристики.

ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика
, ДТЛ – диодно-транзисторная логика
, n-МОП – логика на униполярных транзисторах с
n-каналом
. Все эти сокращения обозначают тип схемотехники и конструкции цифровых микросхем.

В настоящее время ДТЛ не применяется, ТТЛ вытеснены совместимыми с ними по уровням питания и сигналов сериями ТТЛШ (ТТЛ с диодами и транзисторами Шоттки (К555, К1531 и т.д.)), а n-МОП логика вытеснена КМОП (К564, К1564, К1554).

Основными параметрами, которые позволяют производить сравнение базовых ЛЭ различных серий, являются:

- напряжение источника питания
– определяется величиной напряжения и величиной его изменения. ТТЛ
– рассчитаны на напряжение источника питания равное 5 В ± 5%. Большая часть микросхем на КНОП
структурах устойчиво работает при напряжении питания от 3 до 15 В, некоторые – при напряжении 9 В ± 10%;

- уровень напряжения логического нуля и логической единицы
– это уровни напряжения, при которых гарантируется устойчивое различение логических сигналов, как нуля, так и единицы. Различают пороговое напряжение логического нуля (U0
пор
) и логической единицы (U1
пор
). Напряжение низкого и высокого уровня на выходе микросхем ТТЛ
U0
пор
<2,4 В; U1
пор
>0,4 В. Для микросхем на КНОП
структурах U0
пор
<0,3*Uпит
; U1
пор
>0,7*Uпит
. В тоже время отклонение выходных напряжений от нулевого значения и напряжения питания, достигают всего нескольких милливольт;

- нагрузочная способность
– характеризуется количеством элементов той же серии, которые можно подключить к выходу элемента без дополнительных устройств согласования и называется коэффициентом разветвления по выходу. Для большинства логических элементов серии ТТЛ
составляет 10, а для серии КМОП
– до 100;

- помехоустойчивость
– характеризуется уровнем логического сигнала помехи, которая не вызывает изменения логических уровней сигнала на выходе элемента. Для элементов ТТЛ
статическая помехоустойчивость составляет не менее 0,4 В, а для серии КНОП
– не менее 30% напряжения питания;

- быстродействие
– определяется скорость переключения логического элемента при поступлении на его вход прямоугольного управляющего сигнала требуемой величины. Предельная рабочая частота микросхем серии ТТЛ
составляет 10 МГц, а микросхем на КНОП
структурах – лишь 1 МГц. Быстродействие определяется так же, как и среднее время задержки распространения сигнала: , где и - времена задержки распространения сигнала при включении и выключении. Для микросхем ТТЛ
составляет около 20 нс, а для микросхем на КНОП
структурах – 200 нс;

- потребляемая микросхемой
от источника питания мощность
– зависит от режима работы (статистический и динамический). Статистическая средняя мощность потребления базовых элементов ТТЛ
составляет несколько десятков милливатт, а у элементов на КНОП
структурах она более чем в тысячу раз меньше. Следует учитывать, что в динамическом режиме, мощность, потребляемая логическими элементами, возрастает;

- надёжность
– характеризуется интенсивностью частоты отказов. Средняя частота отказов микросхем со средним со средним уровнем интеграции составляет: 1/час.

Для согласования уровня сигналов ТТЛ и КНОП применяют специальные ИМС (например, К564ПУ4).

12.
Назначение и основные функции микропроцессора?

Процессор

предназначен для выполнения арифметической и логической обработки информации. Арифметические и логические операции можно выполнять как на дискретных элементах и на основе микросхем малой и средней степени интеграции, что приводит к росту размеров процессора, так и на БИС. В последнем случае говорят о микропроцессоре

(МП).

К функциям микропроцессора можно отнести
:

- выбор из программной памяти ЭВМ команд, дешифрация и выполнение их;

- организация обращения к памяти и устройствам ввода-вывода;

- выполнение запросов на прерывание;

- подача сигналов ожидания для синхронизации работы с медленно действующими устройствами памяти и ввода-вывода информации;

- подача сигналов прямого доступа к памяти и другие сигналы;

- формирование сигналов управления для обращения к периферийным устройствам.

Работа МП организуется по командам, записанным в памяти и поступающим в МП в порядке возрастания номеров ячеек, в которые они записаны.

13.
Используя команды типового МП К1804, составить программу в машинных кодах:

- выполнить загрузку числа 12 в ячейку

Q

, а 9 в РОН с адресом 3;

- из первого числа вычесть число 8 из шины данных, результат разместить в РОН с адресом первого числа;

- третье число сдвинуть на один разряд вправо и сложить с суммой первых двух чисел. Результат разместить в РОН с адресом 9.

14.
Использованная литература

1. «Цифровые интегральные микросхемы устройств охранно-пожарной сигнализации», В. Болгов - Воронеж 1997 г.

2. «Основы микропроцессорной техники», В. Болгов, С. Скрыль, С Алексеенко – Воронеж 1997 г.

3. «Цифровые устройства и микропроцессоры», учебно-методическое пособие, Болгов В.В. – Воронеж 1998 г.