90470

Разработка устройства «будильник»

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Анализ поставленной задачи Разработка структурной схемы. Расчет основных параметров устройства Разработка функциональной схемы Выбор элементной базы. Разработка принципиальной схемы устройства. Расчет временных параметров Построение временных диаграмм...

Русский

2015-06-06

115 KB

3 чел.

Содержание

Введение………………………………………………………………………………

  1.  Анализ поставленной задачи……………………………………………………
  2.  Разработка структурной схемы. Расчет основных параметров устройства ..
  3.  Разработка функциональной схемы ………………….………………………
  4.  Выбор элементной базы. Разработка принципиальной схемы устройства.

Расчет временных параметров ………………………………………………..

  1.  Построение временных диаграмм ……………………………………………

Заключение………………………………………………………………………….

Список использованной литературы ………………………………………………

Приложение …………………………………………………………………………


Введение

В разрабатываемом курсовом проекте будет разработано устройство «будильник» - схема, осуществляющая счет времени и формирование определенного сигнала в заранее определенное время. Текущее время и время срабатывания определяется пользователем.

Для проектируемого устройства должна быть разработана его структурная, функциональная и принципиальная схемы, произведен расчет временных параметров и разработаны временные диаграммы работы.

  1.  
    Анализ поставленной задачи

В общем случае будильник представляет собой счетчик времени с возможностью установки текущего времени и времени выработки какого-либо внешнего сигнала. Как правило, достаточно индикации только часов и минут текущего и установленного времени.

Следовательно, разрабатываемое должно выполнять следующие функции:

  1.  Позволять производить установку текущего времени в формате ЧЧ.ММ;
  2.  Вести счет времени в секундах с учетом того, что в минуте 60 секунд, в часе 60 минут, а в сутках 24 часа с индикацией текущего времени в формате ЧЧ.ММ;
  3.  Позволять производить установку времени срабатывания будильника в формате ЧЧ.ММ;
  4.  Вырабатывать внешний сигнал при равенстве текущего времени и установленного (ЧЧ тек = ЧЧ уст, ММ тек = ММ уст).

В устройстве удобнее всего использовать двоично-десятичный код, в котором для представления одного разряда числа в десятичной системе счисления используется четыре разряда двоичного кода, это позволит исключить проблему перевода двоичного или шестнадцатиричного кода в десятичный для его индикации.

Установку текущего времени и времени срабатывания должен производить пользователь, поэтому должен быть предусмотрен блок установки времени. Счет времени целесообразно вести по сигналам опорного генератора с заданной частотой, например, 1Гц или 10Гц. В зависимости от выбранной частоты формировать счетчик секунд либо до 60 либо до 600. Так как секунды индицироваться не будут, то счет секунд можно вести как в двоично-десятичной, так и в двоичной системах счисления, но использование двоичной системы позволит уменьшить необходимую разрядность счетчика, так как в двоично-десятичной системе счисления в восьми разрядах можно представить максимум число 99, а в двоичной системе счисление при восьми разрядах максимальное число равно 256.

Достижение счетчиком секунд максимального значения должно приводить к увеличению счетчика минут и сбросу счетчика секунд. Достижение счетчиком минут значения 60 должно приводить к увеличению счетчика часов и сбросу счетчика минут. Достижение счетчиком часов значения 24 должно приводить к сбросу счетчика часов. Так как и минуты и часы будут индицироваться, то счет необходимо вести в двоично-десятичной системе счисления, то есть значение младшего разряда изменяется только в пределах от 0 до 9, значение старшего разряда минут от 0 до 5, а старшего разряда часов от 0 до 2.

Для проверки равенства текущего времени и времени срабатывания проще всего использовать две схемы сравнения – часов и минут, по два разряда в каждом из параметров. При равенстве обоих параметров устройство должно сформировать какой-либо выходной внешний сигнал.

Индикацию текущего и установленного времени производить на четырех двухразрядных индикаторах десятичного кода в формате ЧЧ.ММ для каждого из времен.

  1.  
    Разработка структурной схемы. Расчет основных параметров устройства

В соответствии с проведенным анализом определяем, что разрабатываемое устройство должно выполнять следующие функции:

  1.  Формировать сигналы опорной частоты с заданными параметрами;
  2.  Позволять производить установку текущего времени в формате ЧЧ.ММ;
  3.  Вести счет времени в секундах по сигналам опорной частоты с учетом того, что в минуте 60 секунд, в часе 60 минут, а в сутках 24 часа с индикацией текущего времени в формате ЧЧ.ММ;
  4.  Позволять производить установку времени срабатывания будильника в формате ЧЧ.ММ;
  5.  Вырабатывать внешний сигнал при равенстве текущего времени и установленного (ЧЧ тек = ЧЧ уст, ММ тек = ММ уст).

Итак, в устройстве должны быть выделены отдельные блоки, позволяющие задавать текущее время и время события, блок хранения заданного времени события, счетчики секунд, минут, часов в заданном формате и системе счисления, схемы определения наступления времени события, индикаторы текущего времени и заданного времени события, генератор опорной частоты с заданными параметрами.

В схеме выделены следующие блоки:

- блок ввода текущего времени – предназначен для возможности установки оператором с последующей с записью в счетчики часов и минут текущего времени;

- блок ввода времени события – предназначен для возможности установки оператором с последующей записи в регистр хранения времени будильника (события);

- регистр хранения времени события – регистр, предназначенный для хранения последнего записанного оператором времени события. Позволяет оператору устанавливать новое время события без изменения последнего заданного времени;

- генератор опорной частоты (ГОЧ) – генератор тактовых сигналов опорной частоты, на основании поступления которых производится подсчет секунд. Частоту выходного сигнала примем равной 1Гц, то есть в 1 секунду формируется 1 сигнал;

- счетчик часов 0-24 – счетчик, предназначенный для подсчета часов текущего времени, при значении равном 24 обнуляется и начинает счет заново. Увеличение значения счетчика производится при достижении счетчиком минут значения 60. Исходное значение записывается с выходов блока ввода текущего времени. Счетчик использует двоично-десятичную систему счисления;

- счетчик минут 0-60 – счетчик, предназначенный для подсчета минут текущего времени, при значении равном 60 обнуляется и начинает счет заново. Увеличение значение счетчика происходит при достижении счетчиком секунд значения 60. Исходное значение записывается с выходов блока ввода текущего времени. Счетчик использует двоично-десятичную систему счисления;

- счетчик секунд 0-60 – счетчик, предназначенный для подсчета поступивших импульсов опорной частоты 1 Гц, при значении равном 60 обнуляется и начинает счет заново. Исходное значение равно нулю. Счетчик использует двоичную систему счисления, поэтому для представления числа 60 ему требуется 6 разрядов;

- схема сравнения часов – схема сравнения, производящая сравнение значений часов у текущего времени и заданного времени события. На выходе А=В сигнал высокого уровня сформируется при равенстве этих значений;

- схема сравнения минут – схема сравнения, производящая сравнение значений минут у текущего времени и заданного времени события. На выходе А=В сигнал высокого уровня сформируется при равенстве этих значений;

- индикатор текущего времени – служит для индикации значений часов и минут текущего времени. Данные поступают поразрядно (десятки часов, единицы часов, десятки минут, единицы минут) на соответствующие входы индикатора с выходов счетчика часов и счетчика минут;

- индикатор времени события – служит для индикации значений часов и минут заданного времени события. Данные поступают поразрядно (десятки часов, единицы часов, десятки минут, единицы минут) на соответствующие входы индикатора с выходов регистра хранения времени события;

- элемент И – принимает на свои входы состояния выходов А=В обеих схем сравнения и выдаст на своем выходе сигнал высокого уровня только в случае равенства и часов и минут. Является выходом устройства.

Генератор опорной частоты (ГОЧ) начинает вырабатывать на своем выходе прямоугольные импульсы с частотой 1Гц с момента поступления сигнала «Пуск», необходимого для запуска автогенератора.

Запись текущего времени и времени события может быть произведена оператором в любое время. Для этого в каждый из блоков ввода входит по 16 переключателей разрядов (по 4 на каждый разряд часов и минут) и кнопка записи данных.

После нажатия кнопки «Запись» в блоке ввода текущего времени состояние переключателей записывается в счетчики часов и минут текущего времени, изменяя их текущее состояние. Счетчик секунд начинает отсчет с момента поступления сигнала «Пуск», то есть с момента запуска ГОЧ.

Счетчик секунд отсчитывает 60 поступивших импульсов опорной частоты и на выходе «=60» формируется сигнал высокого уровня, который сбрасывает значение счетчика секунд и является счетным импульсом для счетчика минут. Следовательно, значение счетчика минут увеличивается. Как только его значение достигает 60 на его выходе «=60» формируется сигнал высокого уровня, который сбрасывает его состояние и является счетным импульсом для счетчика часов. Следовательно, значение счетчика часов увеличивается. Как только его значение достигает 24 на его выходе «=24» формируется сигнал высокого уровня, который сбрасывает его состояние.

Таким образом расширенная разрядность счетчиков, связанная с обнулением значения в этих счетчиках, позволяет формировать счет времени в принятом формате часов, минут, секунд.

Данные с блока ввода времени события записываются в регистр хранения времени события только после нажатия на кнопку «Запись» этого блока. С выходов этого регистра они побайтно, совместно с выходами счетчика часов (выходы 1-8) и счетчика минут  (выходы 9-16), поступают на входы В и А схем сравнения часов и минут соответственно. Схемы сравнения производят сравнения полученных значений и формируют высокий уровень сигнала на выходе А=В только в случае совпадения этих значений. Элемент И на своем выходе сформирует сигнал высокого уровня только в том случае, если на выходах обоих схем сравнения будет сигнал высокого уровня.

На входы индикаторов текущего времени и времени события данные поступают потетрадно – по 4 разряда, то есть раздельно десятки часов, единицы часов, десятки минут, единицы минут. На входы индикатора текущего времени данные поступают с выходов счетчиков часов и минут, на входы индикаторов времени события с выходов регистра хранения времени события.


2  Разработка функциональной схемы

Разрабатываемое устройство должно выполнять следующие функции:

  1.  Формировать сигналы тактовые импульсы частотой 1Гц;
  2.  Позволять производить установку текущего времени в формате ЧЧ.ММ;
  3.  Вести счет времени тактовых импульсов с учетом того, что в минуте 60 тактовых импульсов, в часе 60 минут, а в сутках 24 часа с индикацией текущего времени в формате ЧЧ.ММ;
  4.  Позволять производить установку времени срабатывания будильника в формате ЧЧ.ММ;
  5.  Вырабатывать внешний сигнал при равенстве текущего времени и установленного (ЧЧ тек = ЧЧ уст, ММ тек = ММ уст).

Установка текущего времени и времени будильника будет производиться двумя блоками переключателей по 16 переключателей в каждом, в которые, кроме того входят по одной кнопке – кнопке записи данных.

Счетчики часов и минут будут функционально реализовываться двумя счетчиками каждый: один – счетчик единиц, другой – счетчик десятков. Счетчик десятков минут построен по принципу счетчик по модулю 6, для этого на выходе счетчика десятков минут необходима схема сравнения с 6, которая бы ограничивала счет, так как двоично-десятичный счетчик, который будет использован, считает до 9, а нам необходимо ограничить его счет количеством десятков минут. Выход счетчика десятков часов может не иметь отдельной схемы сравнения, но в целом оба счетчика единиц и десятков часов должны сравнивать свои значения с числом 24 – количеством часов в сутках, то есть можно сказать, что составной счетчик часов построен по модулю 24. Отдельное обнуление потребуется счетчикам единиц и десятков часов, так как обнуление единиц и десятков минут, при достижении значения 24, будет происходить автоматически, совместно с формированием сигнала «Перенос».

Функционально в устройство будильника входят:

- блок переключателей 1;

- блок переключателей 2;

- регистр хранения;

- счетчики СчЧ10, СчЧ1, СчМ10, СчМ1;

- счетчик секунд;

- схема сравнения 24;

- схема сравнения 6;

- схема сравнения 600;

- схема сравнения часов;

- схема сравнения минут;

- генератор 1Гц;

- RS-триггер;

- индикаторы индЧ10, индЧ1, индМ10, индМ1;

- индикаторы индБЧ10, индБЧ1, индБМ10, индБМ1.

Функциональное назначение отдельных элементов.

Блок переключателей 1 содержит 16 переключателей и 1 кнопку, служит для установки текущего времени. Значение текущего времени устанавливается следующим образом: разряды 1-4 – значение десятков часов, разряды 5-8 – значение единиц часов, разряды  9-12 – значение десятков минут, разряды 13-16 – значение единиц минут. Нажатие на кнопку формирует единичный сигнал, который записывает установленное на переключателях время в счетчики.

Блок переключателей 2 содержит 16 переключателей и 1 кнопку, служит для установки времени будильника. Значение времени будильника устанавливается следующим образом: разряды 1-4 – значение десятков часов, разряды 5-8 – значение единиц часов, разряды  9-12 – значение десятков минут, разряды 13-16 – значение единиц минут. Нажатие на кнопку формирует единичный сигнал, который записывает установленное на переключателях время в регистр хранения.

Регистр хранения служит для хранения записанного времени будильника независимо от текущего положения переключателей в блоке переключателей 2. Запись производится по положительному перепаду сигнала на входе «Зп».

Счетчики часов и минут служат для возрастающего счета текущего времени. СчЧ10 (2-10) – счетчик десятков часов, СчЧ1 (2-10) – счетчик единиц часов, СчМ10 (mod 6)– счетчик десятков минут, СчМ1 (2-10) – счетчик единиц минут. Все счетчики, кроме СчМ10, построены на основе двоично-десятичных счетчиков, то есть максимум счета равен 9, после чего счетчик принимает значение 0 и формирует сигнал «Перенос», который является счетным импульсом для счетчика более высокого разряда. СчМ10 построен по принципу mod6 за счет использования на выходе дополнительной схемы сравнения с 6. Производит счет от 0 до 5, после чего формирует сигнал перенос и обнуляется.

Счетчик секунд – шестиразрядный двоичный счетчик, построенный по принципу mod 60, ведет подсчет поступивших импульсов частотой 1Гц. Обнуление счетчика возможно с выхода схемы сравнения с 60 (обеспечивает заданный принцип работы) либо сигналом с кнопки «Пуск».

Схема сравнения 24 принимает на вход значения с выходов счетчиков десятков и единиц часов, сигнал высокого уровня, который сбросит оба этих счетчика, сформируется при равенстве поступившего кода 24-м.

Схема сравнения 6 служит для построения счетчика по mod 6, принимает на вход значение с выхода счетчика десятков минут. Единичный сигнал, который сформируется при равенстве поступившего кода шести, сбросит счетчик десятков минут и послужит счетным импульсом для счетчика единиц часов.

Схема сравнения 60 служит для построения счетчика по mod60, принимает на свой вход значение с выхода счетчика секунд. Сигнал высокого уровня сформируется на выходе схемы сравнения, если поступивший десятиразрядный двоичный код равен 600 (111100), обнуляет счетчик секунд и служит счетным импульсом для счетчика единиц минут.

Схема сравнения часов принимает на один свой вход значение часов текущего времени, на второй – установленное значение часов будильника. Единичный сигнал сформирует на выходе А=В в том случае, если значения равны.

Схема сравнения минут принимает на один свой вход значение минут текущего времени, на второй – установленное значение минут будильника. Единичный сигнал сформирует на выходе А=В в том случае, если значения равны.

Генератор 1Гц формирует импульсы с частотой 1Гц после того, как ему будет разрешено формирование выходных импульсов сигналом с выхода RS-триггера. Нажатие на кнопку «Стоп» запретит генератору выдачу тактовых импульсов на свой выход.

RS-триггер принимает на свои входы выходы кнопок «Пуск» и «Стоп», которые переводят его в противоположные состояния. Выход RS-триггера разрешает либо запрещает генератору 1Гц формировать тактовые импульсы на своем выходе.

Индикаторы служат для отображения текущего времени либо времени будильника по разрядам, то есть десятки часов, единицы часов, десятки минут, единицы минут. Для индикаторов приняты следующие обозначения: индЧ10 – индикатор десятков часов текущего времени, индЧ1 – индикатор единиц часов текущего времени, индМ10 – индикатор десятков минут текущего времени, индМ1 – индикатор единиц минут текущего времени, индБЧ10 – индикатор десятков часов будильника, индБЧ1 – индикатор единиц часов будильника, индБМ10 – индикатор десятков минут будильника, индБМ1 – индикатор единиц минут будильника.

Принцип функционирования устройства.

До нажатия на кнопку «Пуск» счетчики минут и часов обнулены, в регистре хранения записано нулевое значение, следовательно, все счетчики отображают нулевые значения. Генератору 1Гц запрещена выдача импульсов на свой выход, поэтому счет времени не ведется. Устройство находится в исходном состоянии.

Установленные оператором с помощью блоков переключателей 1 и 2 значения текущего времени и времени будильника по нажатиям на кнопки «Запись» каждого из блоков записываются в соответствующие счетчики текущего времени и регистр хранения соответственно.

Счет текущего времени начнется после нажатия на кнопку «Пуск». Единичный импульс с ее выхода переключает RS-триггер в состояние, в котором он разрешает генератору 1Гц выдавать импульсы на свой выход, и обнуляет счетчик секунд.

Счетчик секунд начинает вести счет поступивших импульсов частотой 1Гц. Как только значение в счетчике секунд достигнет 60, на выходе схемы сравнения 60 сформируется единичный сигнал, который увеличит значение счетчика единиц минут на единицу и сбросит значение счетчика секунд. Таким образом, счет секунд начнется заново.

Если счетчик единиц минут, при равенстве его значения 9, получает очередной счетный импульс, то его значение делается равным нулю, а на выходе «п» формируется сигнал высокого уровня, который увеличивает значение счетчика СчМ10 на единицу.

Счетчик десятков минут ведет счет поступивших с выхода СчМ1 сигналов «Перенос». Как только его значение достигнет шести, на схеме сравнения 6 сформируется единичный сигнал, который увеличит значение СчЧ1 на единицу и сбросит значение счетчика десятков минут – таким образом будет отсчитан один час текущего времени.

Счетчик единиц часов, так же, как и счетчик единиц минут, при переходе через 9 в 0, будет формировать сигнал «перенос», который будет увеличивать значение счетчика десятков часов. Как только на выходе счетчика десятков часов будет цифра 2, а на выходе единиц часов цифра 4, на выходе схемы сравнения 24 сформируется единичный сигнал, который сбросит значения обоих счетчиков часов. Сбрасывать значения остальных счетчиков времени необходимости нет, так как, если увеличилось состояние счетчика единиц часов, то счетчики минут и счетчик секунд обнулены. Таким образом, будут отсчитаны сутки текущего времени.

Разряды текущего времени постоянно поступают на входы схем сравнения часов и минут, совместно с данными с соответствующих выходов регистра хранения, в котором записано время будильника. Если данные на обоих входах какой-либо схемы сравнения совпадают, то на ее выходе формируется сигнал высокого уровня. Однако, будильник сработает только в том случае, если на выходе обеих схем сравнения будут сформированы единичные сигналы, так как на выход схемы их выходы подаются  через элемент И.

Данные для отображения на индикаторы текущего времени подаются с выходов соответствующих счетчиков текущего времени, а на индикаторы отображения времени будильника с соответствующих выходов регистра хранения.

В дальнейшем в работе устройства можно переустановить время будильника и текущее время с помощью блоков переключателей, а с помощью кнопки «Пуск» можно обнулить значение секунд. Остановка счета времени произойдет при нажатии на кнопку «Стоп», единичный сигнал с выхода которой переведет RS-триггер в режим, в котором он запрещает генератору 1Гц выдачу выходных сигналов.


4 Выбор элементной базы. Разработка принципиальной схемы устройства. Расчет временных параметров

Входной RS-триггер реализован микросхемой К1533ТР2, представляющей собой четыре RS-триггера. В соответствии с принципом работы RS-триггера на входы подаются единичные сигналы, а нажатие на кнопку SB3 или SB4 замыкает соответствующий вход триггера на землю, тем самым на вход поступает нулевой сигнал и триггер переходит в соответствующее состояние. Время задержки прохождения сигнала составляет 23нс.

Генератор 1Гц реализуется с помощью счетчика-генератора секундных импульсов К176ИЕ5, к которому подключается кварцевый резонатор частотой 16384Гц, тогда с выхода 214 счетчика-генератора будет формироваться сигнал частотой 1Гц, а с выхода 215  - сигнал с частотой 1/2Гц. На выходе 28 формируется сигнал с частотой 64Гц. Сброс производится единичным сигналом на вход R. Пока этот сигнал установлен импульсы на выходах не формируются.

Счетчики минут и часов реализованы микросхемами К1533ИЕ9, представляющей собой двоично-десятичный счетчик с входами предустановки, разрешения счета, разрешения переноса и выходом переноса. Для увеличения разрядности счетчиков выход перенос счетчика младших разрядов подается на вход разрешения переноса счетчика старших разрядов. Тогда прием счетного импульса счетчику старших разрядов будет разрешен.

Для счетчика десятков минут, который должен быть построен по модулю 6, и составного счетчика часов, построенного по модулю 24, для каждого дополнительно используется элемент 2И (микросхема К1533ЛИ1), который формирует сигнал высокого уровня на своем выходе при равенстве выходного кода заданному модулю построения счетчика, и инвертор (микросхема К1533ЛН1), осуществляющая сброс счетчика при получении счетчиком модульного значения.

Счетчик секунд реализован микросхемой К176ИЕ2, представляющей собой пятиразрядный счетчик с асинхронным сбросом и режимами работы в 10СС или в 2СС. В схеме он используется в режиме работы с 2СС. Схема ограничения счета реализована элементом 4И (микросхема TC74HC21P).

Составная схема сравнения реализована четырьмя четырехвходовыми схемами сравнения – микросхема К1533СП1, имеющая входы и выходы для расширения разрядности. Единичный сигнал на выходе х=у сформируется при равенстве данных на входах х0-х3 и у0-у3.

Хранение времени срабатывания хранится в регистрах, реализованных микросхемами К1533ИР23, представляющими собой восьмиразрядные буферные регистры с импульсным управлением.

Индикация производится с помощью микросхем HDSP-0760, представляющими собой индикаторы двоично-десятичного кода с импульсной записью и управлением гашением точки, расположенной справа от цифры. Точка будет включена только для индикаторов единиц часов.

Построение электрической принципиальной схемы устройства.

Задание кода текущего времени производится с помощью переключателей SA1-SA16 поразрядно – каждый разряд времени задается двоично-десятичным кодом на выходах переключателей. Переключатели SA1-SA4 – установка десятков часов, SA5-SA8 – единиц часов, SA9-SA12 – десятков минут, SA13-SA16 – единицы минут. Код с выходов переключателей поступает на входы предустановки составного счетчика времени DD7-DD10. Запись в счетчики производится сигналом низкого уровня с выхода кнопки SB1. Инверсию выходного сигнала производит инвертор DD5.1. Все время, пока кнопка записи SB1 нажата, счет счетчикам запрещен.

Время срабатывания будильника поразрядно устанавливается переключателями SA17-SA32. Запись установленного времени в составной регистр хранения DD1-DD2 производится положительным перепадом с выхода кнопки SB2. Выходы регистров в третье состояние не переводятся.

Кнопка «Пуск» SB3 подключена к входу R RS-триггера DD3.1, кнопка «Стоп» SB4 – к входу S. Следовательно, при нажатии на кнопку SB3 на выходе триггера будет сигнал низкого уровня, а при нажатии на кнопку SB4 – высокого. Выход триггера управляет работой счетчика-генератора DD4. Если на выходе триггера и, как следствие, на входе сброса счетчика, будет сигнал низкого уровня, то ему разрешено формирование выходных импульсов, если же на входе счетчика сигнал высокого уровня, то генерации выходных импульсов счетчиком-генератором производиться не будет.

Счетчик секунд DD11 принимает на свой счетный вход импульсы с выхода 215 счетчика-генератора, то есть увеличение его состояния происходит каждые две секунды. Следовательно, для измерения времени в одну минуту он должен пропустить 30 импульсов с входа счетчика-генератора. Обеспечения счета по модулю 30 ведет элемент DD13.1, который при получении на выходах счетчика DD11 кода 11110 производит формирование импульса разрешения переноса для счетчика DD10 (счетчика единиц минут) и импульс сброса для себя самого. Поэтому значение единиц минут увеличивается, а сам счетчик секунд обнуляется и начинает счет заново. Увеличение значения счетчиков десятков минут происходит при формировании счетчиком единиц минут DD10 сигнала переполнение, который поступает на вход разрешения переноса счетчика десятков минут DD11, который, получив сигнал разрешения переноса, увеличивает свое состояние. Максимальное значение счетчика десятков минут ограничено числом 6 элементом И DD12.2, который формирует работу счетчика DD9 по принципу «по модулю 6».

Единичный сигнал с выхода DD12.2 разрешает перенос в счетчик единиц часов DD8 и сбрасывает счетчик десятков минут через инвертор DD5.2.

Счетчик единиц часов связан с счетчиком десятков часов DD7, выдавая ему сигнал разрешения переноса при достижении значения 9.

Счет составного счетчика часов DD7-DD8 ограничен элементами DD12.1  и DD3.3, первый из которых определяет работу составного счетчика по принципу «модуль 24» (принимает на свои входы выход «2» счетчика DD7 и выход «4» счетчика DD8), а второй обеспечивает сброс этих счетчиков. Тем самым обеспечивается счет до 24 часов и сброс счета в ноль – начало новых суток.

Определение факта наступления события обеспечивает составная схема сравнения DD14-DD17, на вход Х составляющих которую микросхем поступает заданное время наступления события, а на входы Y – текущее время, поразрядно, то есть на входы DD14 поступают десятки часов заданного и текущего времени, на входы DD15 – единицы часов заданного и текущего времени, на входы DD16 – десятки минут заданного и текущего времени, на входы DD17 – единицы минут заданного и текущего времени. Единичный сигнал на выходе DD17 сформируется только в том случае, если данные на входах всех элементов сравнения DD14-DD17 будут равны.

Отображение текущего времени ведется индикаторами DA1-DA4, на информационные входы которых поступают поразрядно данные с выходов счетчиков DD7-DD10, запись данных в индикаторы производится сигналом частотой 64Гц с выхода счетчика-генератора.

Отображение заданного времени события ведется индикаторами DA5-DA8, на информационные входы которых поступают поразрядно данные с выходов регистров DD1-DD2, запись данных в индикаторы производится сигналом частотой 64Гц с выхода счетчика-генератора.

Принцип работы устройства.

Для перехода в исходное состояние необходимо нажать кнопку «Стоп». Тогда RS-триггер DD3.1 будет установлен, соответственно на его выходе будет установлен сигнал высокого уровня, который запрещает счетчику-генератору DD4 формировать на своих выходах импульсы.

Для установки текущего времени двоично-десятичный код, соответствующий текущему времени, устанавливается с помощью переключателей SA1-SA16 и записывается в счетчики текущего времени DD7-DD10 нажатием на кнопку SB1.

Время события устанавливается с помощью переключателей SA17-SA32 и записывается в составной регистр хранения времени срабатывания DD1-DD2 нажатием на кнопку SB2. Данные с выходов составного регистра DD1-DD2 поразрядно относительно представления времени в 2-10СС подаются на входы схем сравнения DD14-DD17 и на входы индикаторов установленного времени события DA5-DA8.

Счет времени начинается после нажатия на кнопку SB3, которая сбрасывает RS-триггер DD3.1, на выходе которого формируется сигнал низкого уровня, разрешающий счетчику-генератору DD4 формирование на своих выходах синхросигналов.

Синхросигналы с выхода «215» счетчика-генератора DD4 поступают на счетный вход счетчика секунд DD11. На этом выходе выходной сигнал формируется с частотой ½ Гц, то есть один импульс каждые две секунды. Как только значение в счетчике секунд достигнет 30 (111102), что определяется элементом 4И DD13.1, будет разрешен прием синхросигнала частотой 1Гц счетчиком единиц минут DD10. Этот же сигнал сбрасывает состояние счетчика секунд и он начинает счет заново. Переполнение счетчика единиц минут разрешает прием синхроимпульсов счетчиком десятков минут DD9. Максимальное значение в счетчике десятков минут ограничено элементом 2И DD12.2, который формирует единичный сигнал на своем выходе, разрешающий прием синхроимпульсов счетчиком единиц часов DD8 и производит сброс состояния счетчика десятков минут. Переполнение счетчика единиц часов разрешает прием синхроимпульсов счетчиком десятков часов DD7.

Счет составного счетчика часов DD7-DD8 ограничен элементами DD12.1, DD3.3, единичный сигнал с выхода последнего сбрасывает состояние счетчиков часов, то есть обеспечивается переход в новые сутки.

Код текущего времени поразрядно поступает на входы Y микросхем сравнения DD14-DD17 и сравнивается на них с кодом времени события. Как только данные на всех схемах сравнения станут равны, на выходе DD17 «х=у» сформируется сигнал высокого уровня и светодиод VD1 загорится.

Отображение текущего времени производится индикаторами DA1-DA4, на которые поступают данные с выходов счетчиков. На индикаторе DA1 отображаются десятки часов, на индикаторе DA4 единицы минут. Отображение времени события производится индикаторами DA5-DA8, на которые поступают данные с выходов регистров. На DA5 отображаются десятки часов, на DA8 – единицы минут. Запись данных в индикаторы производится с выхода «28» счетчика-генератора DD4 с частотой 64Гц. Использование такой частоты позволяет гарантировано записать в индикаторы текущее время.

5 Построение временных диаграмм

Временные диаграммы строятся для принципиальной схемы усройства «будильник».

На временной диаграмме приведен пример, в котором в значение текущего времени записано 23.59.

В начальный момент работы необходимо нажать на кнопку «Стоп» для приведения RS-триггера в установленное состояние.

Счет времени начнется после нажатия на кнопку «Пуск», которая сбросит состояние RS-триггера, низкий уровень сигнала с выхода которого разрешит, в свою очередь, формирование счетчиком-генератором на своем выход последовательности импульсов частотой ½ Гц. Счетчик секунд начинает подсчет поступивших импульсов. Как только значение в нем достигнет 11110, на выходе элемента 4И формируется сигнал высокого уровня, который увеличивает значение в счетчике единиц минут и сбрасывает счетчик секунд. Счетчик единиц минут, имея состояние 1001 и, приняв очередной счетный импульс, принимает нулевое значение и формирует сигнал на вход счетчика десятков минут. Счетчик десятков минут имеет значение 0101 и приняв очередной импульс принимает значение 0110. Элемент DD12.2 формирует на своем выходе единичный сигнал, который увеличивает значение счетчика единиц часов и сбрасывает счетчик десятков минут. Счетчик единиц часов имеет значение 0011 и, приняв очередной импульс, становится равным 0100. Так как состояние счетчика часов 0010, то на выходе элемента DD12.1 сформируется единичный сигнал, который сбросит оба счетчика часов. Тем самым будет выполнен переход в новые сутки.


Заключение

 

В курсовой работе разработано устройство сигнализации о наступлении времени события – будильник, имеющий возможность установки текущего времени и времени события. Часы могут быть запущены или остановлены.

Разработаны структурная и функциональная схемы устройства. На основании функциональной схемы и с использованием выбранной элементной базы разработана принципиальная схема. Для принципиальной схемы разработаны временные диаграммы работы устройства.


Список использованной литературы

  1.  Угрюмов У.П. «Цифровая схемотехника», СПб.: БХВ-Петербург, 2012г.
  2.  Справочник: Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике. – М.:Радио и связь, 2007.
  3.  Конспект лекций по дисциплине «Схемотехника ЭВМ и МПК».


Приложение

Поз. обозначение

Наименование

Кол

Микросхемы

DD1, DD2 

К1533ИР23

2

DD3

К1533ТР2

1

DD4

К176ИЕ5

1

DD5

К1533ЛН1

1

DD6

К1533ЛЛ1

1

DD7-DD10

К1533ИЕ9

4

DD11

К176ИЕ2

1

DD12

К1533ЛИ1

1

DD13

TC74HC21P

1

DD14-DD17

К1533СП1

4

DA1-DA8

HDSP-0760

8


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

72850. Взаимоотношения природы и общества. Парниковые газы и парниковый эффект. Возможные последствия (глобальное изменение климата). Киотский протокол 63 KB
  Взаимодействие общества и природы как естественный и объективный процесс необходимое условие существования человека проявляется в двух основных формах. Использование природных ресурсов выступая одной из форм взаимодействия общества и природы обеспечивает экономические интересы общества.
72852. Понятия ареала, заказника, заповедника, национального парка, ботанического сада. Правовой режим особо охраняемых природных территорий (ООПТ). Правовой режим экологически неблагополучных территорий (зоны чрезвычайной экологической ситуации и зоны экологиче 65.5 KB
  Заповедник - особо охраняемая территория или акватория полностью или частично исключённая из хозяйственного использования в целях сохранения природных комплексов охраны видов животных и растений а также наблюдения за природными процессами;...
72853. Ресурсы окружающей среды. Классификация ресурсов. Законодательство об охране земельных ресурсов, флоры и фауны 66 KB
  Природные ресурсы (естественные ресурсы) - элементы природы, часть всей совокупности природных условий и важнейшие составляющие природной среды, которые употребляются (или могут быть использованы) при данном уровне развития производительных сил для ублажения разнообразных...
72854. Государственные органы охраны окружающей среды 60.5 KB
  Государственные органы охраны окружающей среды Государственные органы управления контроля и надзора в области охраны окружающей среды подразделяются на две категории: органы общей и специальной компетенции.
72856. Понятия «природопользование» и «охрана природы». Принципы рационального природопользования и охраны природы. Виды природопользования 61.5 KB
  Природопользованием можно считать особый вид человеческой деятельности, прямо или косвенно связанный с преобразованием природной среды в различных ее проявлениях. При этом выделяют следующие виды природопользования: основной (сельское, лесное, водное хозяйство, гидроэнергетика и т.д.)...