Элементная база устройства

Для проектирования заданного дискретного устройства (ДУ) в курсовой работе используется 1561 (CD4000B) серия МИС, обзор основной элементной базы которой приведен ниже.

К155ТМ2.

Рисунок 4 – Микросхема К155ТМ2

ИМС серии К155ТМ2 (рис1) содержат два независимых D-триггера имеющих общую цепь питания

У каждого триггера есть входы D, S и R, а так же комплиментарные выходы Q и Q. Входы R и S – асинхронные, потому что они работают независимо от сигнала на тактовом входе. Напряжение питания +5В подаётся на контакт 14, а питание 0В на контакт 7.

Контакты 1, 2, 3, 4, 10, 11, 12, 13 – входы.

Контакты 5, 6, 8, 9 – выходы.

5 – общий.

14 – питание.

Таблица 2 – Таблица входных и выходных параметров микросхемы.

Для защиты схемы от электрических помех на выходы питания ставится электролитический конденсатор К–53–14-1, 6В-6, 8 мкФ. Для защиты от низкочастотных помех, между контактами питания и заземления, ставятся керамические конденсаторы типа КМ-5б-Н90-0, 047 мкФ.

Электрические характеристики конденсаторов.

К-53-14-1, 6в-6, 8мкФ

Таблица 4 - Таблица номинальных параметров

КМ-5б-Н90-0, 47мкФ

Таблица 5 – Таблица допустимых параметров.

Эти микросхемы отличаются очень малым потреблением тока в статическом режиме — 0, 1... 100 мкА, высокой надежностью и помехоустойчивостью.

Отличительной особенностью микросхем серии КР1561 является наличие буферных элементов не только на выходах сложных элементов, как в микросхемах серий К176, К561 и 564, но и на входах и выходах всех микросхем, независимо от их сложности. Кроме того, микросхемы КР1561 защищены от перегрузок как по входу, так и по выходу (в выходные цепи добавлены токоограничительные резисторы), но некоторые из элементов данной серии имеют меньший допустимый диапазон питающего напряжения.

Стандартные статические нагрузочные характеристики микросхем серии КР1561 следующие. При лог. 0 на выходе и выходном напряжении 0, 4; 0, 5; 1, 5 В выходной втекающий ток не менее 0, 44; 1, 1; 3 мА при напряжении питания 5, 10, 15 В соответственно. Те же нормы существуют и для вытекающих токов в состоянии лог. 1 при выходном напряжении 4, 6; 9, 5; 13, 5 В соответственно. Кроме того, гарантируется, что при напряжении питания 5 В, выходном напряжении 2, 5 В выходной вытекающий ток при лог. 1 составит не менее 1, 36 мА.

Реально выходные токи микросхем серии КР1561 значительно больше. При лог. 0 на выходе и выходном напряжении 0, 5 В выходной ток составляет примерно 3...5, 5...10, 6...15мА при напряжении питания 5, 10, 15 В соответственно. Аналогично вытекающий ток в состоянии лог. 1 при выходном напряжении, на 0, 5 В меньшем, чем напряжение питания, составляет при тех же напряжениях питания примерно 1, 2... 1, 5; 2...3; 3...4 мА.

При напряжении на выходе 1 В в состоянии лог. 0 выходной втекающий ток составляет 6...10, 10...20, 12...25 мА при указанных выше напряжениях питания, при напряжении, на 1 В меньшем напряжения питания, в состоянии лог. 1 вытекающий ток 2...3, 4...5, 5...7 мА соответственно.

Ток короткого замыкания при напряжении 5 В составляет около 10 мА в состоянии лог. 0 и около 6 мА в состоянии лог. 1, что позволяет подключать практически любые светодиоды к выходам микросхем этой серии без ограничительных резисторов. При напряжении питания 10 или 15 В ток короткого замыкания может достигать 20...60 мА, поэтому включение ограничительных резисторов необходимо.

Время выполнения операции

Быстродействие арифметического устройства следует оценивать по максимальной частоте тактовых импульсов, поступающих на синхронизирующий вход. Максимальная частота тактовых импульсов – это максимально допустимая частота подаваемых в дискретное устройство импульсов, не приводящих к нарушению его работы. В общем случае для расчета максимальной тактовой частоты необходимо определить минимальные длительности тактового импульса и паузы между тактовыми импульсами. Тогда частоту fmax можно определить по формуле:

.

Длительность такта для синхронных схем дискретного устройства определяется исходя из быстродействия используемого триггера. Длительность паузы между тактовыми импульсами определяется временем переходного процесса в дискретном устройстве и оценивается максимальной длиной функциональной цепи

,

где – максимальная задержка сигнала на одном элементе;

n - число уровней функциональной цепи (глубина КСх);

Вычисляем максимальную тактовую частоту дискретного устройства: