Кодирование внутренних состояний триггера

Для кодирования внутренних состояний табл.5 необходимы две ЭЗЯ с переменными Q¹ и Q², выражающими одновременно внутренние переменные триггерного устройства.

Известно, что когда две (или более) внутренние переменные одновременно изменяются в течение перехода из одного состояния в другое, то говорят, что имеет место состязания между изменяющимися переменными. Если желаемое состояние зависит от последовательности изменений переменных, то имеет место критическое состязание, приводящее к сбоям.

Способ кодирования, устраняющий состязания, называется противогоночным. При соседнем кодировании состояний, состязания всегда отсутствуют. Здесь любые два последовательных состояния кодируются наборами, отличающимися состояниями лишь одной ЭЗЯ.

Проведём соседнее кодирование внутренних состояний так, как показано на графе переходов (в знаменателе).

Обобщённая таблица переходов триггера во времени

Обобщённая таблица переходов составляется с использованием граф-схемы переходов (Табл. 5) имеет вид:

Таблица 5

№	С	Х1	Х2	t		t+1		hS1	hR1	hS2	hR2
				Q1	Q2	Q1	Q2
0	0	0	0	0	0	0	0	1	-	1	-
1	0	0	0	0	1	0	0	1	-	1	0
2	0	0	0	1	0	1	0	-	1	1	-
3	0	0	0	1	1	1	0	-	1	1	0
4	0	0	1	0	0	0	0	1	-	1	-
5	0	0	1	0	1	0	0	1	-	1	0
6	0	0	1	1	0	1	1	-	1	0	1
7	0	0	1	1	1	1	1	-	1	-	1
8	0	1	0	0	0	0	0	1	-	1	-
9	0	1	0	0	1	0	0	1	-	1	0
10	0	1	0	1	0	1	1	-	1	0	1
11	0	1	0	1	1	1	1	-	1	-	1
12	0	1	1	0	0	0	1	1	-	0	1
13	0	1	1	0	1	0	1	1	-	-	1
14	0	1	1	1	0	1	0	-	1	1	-
15	0	1	1	1	1	1	0	-	1	1	0
16	1	0	0	0	0	0	0	1	-	1	-
17	1	0	0	0	1	-	-	-	-	-	-
18	1	0	0	1	0	0	0	1	0	1	-
19	1	0	0	1	1	1	1	-	1	-	1
20	1	0	1	0	0	0	0	1	-	1	-
21	1	0	1	0	1	-	-	-	-	-	-
22	1	0	1	1	0	-	-	-	-	-	-
23	1	0	1	1	1	1	1	-	1	-	1
24	1	1	0	0	0	0	0	1	-	1	-
25	1	1	0	0	1	-	-	-	-	-	-
26	1	1	0	1	0	-	-	-	-	-	-
27	1	1	0	1	1	1	1	-	1	-	1
28	1	1	1	0	0	0	0	1	-	1	-
29	1	1	1	0	1	1	1	0	1	-	1
30	1	1	1	1	0	0	0	1	0	1	-
31	1	1	1	1	1	1	1	-	1	-	1
				Этап абстрактного синтеза				Этап структурного синтеза

 

Представлением триггерного устройства обобщённой таблицей переходов во времени заканчивается этап абстрактного синтеза.

Этап структурного синтеза.

Получение и минимизация функций возбуждения ЭЗЯ

Составляем карты Карно для h_S1, h_R1, h_S2, h_R2,

 

Q^1Q^2				h^2S
10	1	0	1	0	-	1	-	1
11	1	-	1	-	-	-	-	-
01	1	1	-	1	-	-	-	-
00	1	1	0	1	1	1	1	1
	000	001	011	010	110	111	101	100	cx1x2
Q^1Q^2				h^1S
10	-	-	-	-	-	1	-	1
11	-	-	-	-	-	-	-	-
01	1	1	1	1	-	0	-	-
00	1	1	1	1	1	1	1	1
	000	001	011	010	110	111	101	100	cx1x2
Q^1Q^2				h^2R
10	-	1	-	1	-	-	-	-
11	0	1	0	1	1	1	1	1
01	0	0	1	0	-	1	-	-
00	-	-	1	-	-	-	-	-
	000	001	011	010	110	111	101	100	cx1x2
Q^1Q^2				h^1R
10	1	1	1	1	-	0	-	0
11	1	1	1	1	1	1	1	1
01	-	-	-	-	-	1	-	-
00	-	-	-	-	-	-	-	-
	000	001	011	010	110	111	101	100	cx1x2

 

 

Составление функциональной схемы триггерного устройства

 

Рис. 2 Структурная схема триггера.

 

Проектирование печатной платы

Разработанный триггер реализован на микросхемах серии К564. Размеры посадочных мест под данные микросхемы зависят от габаритных и установочных размеров корпусов микросхем. Исходные размеры взяты по ГОСТ 17467-72.

Все использованные микросхемы реализованы в корпусах типа 301ПЛ14, имеющих следующие размеры:

 

А	L	a	k	t
6,5	19,5	5,0	3,2	2,5

 

Счетчик реализован в корпусе типа 201.16-6

 

А	L	a	k	t
6,5	19,5	5,0	3,5	2,5

 

Параметры сопряжения микросхем серии К564:

 

Параметр	ИС
	К564 (UCC=5В)
UOL,В	0,01
UOH,В	4,99
IIL,мА	5*10-5
IIH,мкА	0,05
IOL,мА	0,01…3
IOH,мкА	0,01…1,6
UCC,В	3…15
UIL,В	1,5
UIH	3,5

Технологическая часть

 

Общие сведения о системе P-CAD

 

Система P-CAD представляет собой интегрированный пакет программ, предназначенный для проектирования многослойных печатных плат (ПП) радиоэлектронных средств (РЭС). Она адаптирована к операционной среде Windows и использует все настройки и возможности последней.

P-CAD включает в себя следующие программные модули: P-CAD Library Executive, P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Autorouters, Symbol Editor, Pattern Editor, InterPlace PCS, Relay, Signal Integrity.

Утилита Library Executive (Администратор библиотек) состоит из программы Library Manager (Менеджер библиотек), редактора символов элементов Symbol Editor и редактора посадочных мест Pattern Editor электрорадиоэлементов (ЭРЭ) на ПП.

P-CAD Schematic — графический редактор электрических схем. Он предназначен для разработки электрических принципиальных схем и может применяться для создания условных графических обозначений (УГО) отдельных ЭРЭ (файлы с расширением.sch).

P-CAD PCB — графический редактор ПП. Предназначен для проектирования конструкторско-технологических параметров ПП. К ним относятся: задание размеров ПП, ширина проводников, величина зазоров, размер контактных площадок, диаметр переходных отверстий (ПО), задание экранных слоев, маркировка, размещения ЭРЭ, неавтоматическая трассировка проводников и формирование управляющих файлов технологическим оборудованием.

P-CAD Autorouters предназначен для автоматической трассировки проводников ПП. Включает два автотрассировщика: программу Quick Route для проектирования рисунка ПП не очень сложных электрических схем и бессеточный трассировщик Shape-Rased Router, предназначенный для проектирования многослойных ПП с высокой плотностью расположения ЭРЭ.

Symbol Editor — редактор символов элементов (файлы с расширением.sym). Предназначен для создания условных графических обозначений символов ЭРЭ электрических схем.

Pattern Editor — редактор посадочных мест (файлы с расширением.pat). Предназначен для разработки посадочных мест для конструктивных ЭРЭ на ПП.

 

Создание условно-графического обозначения элементов

 

Создание условно-графического обозначения элементов производится в соответствие с ГОСТ. Для автоматизации данного этапа разработки используется редактор Symbol Editor, входящий в пакет программ P-Cad 2002.

Для реализации спроектированного триггера были созданы следующие компоненты:

- 6ИЛИ – для К564ЛН3:

 

Рис 3. УГО элемента К564ЛН3.

- 2И-НЕ – для К564ЛА7:

Рис 4. УГО элемента К564ЛА7.

 

- 3И-НЕ для К564ЛА9:

Рис 5. УГО элемента К564ЛА9.

 

- 4И-НЕ для К564ЛА8:

Рис 6. УГО элемента К564ЛА8.

 

- 6НЕ для К564ЛН2:

Рис 7. УГО элемента К564ЛН2.

Разработка посадочного места элемента

 

Графический редактор P-CAD Pattern Editorимеет набор команд, позволяющих создавать и редактировать посадочные места для установки ЭРЭ на печатных платах. Программа работает с файлами отдельных посадочных мест (.pat) и библиотек (.lib).

Посадочное место (ПМ) — это комплект конструктивных элементов печатной платы, предназначенный для монтажа отдельного ЭРЭ. В него входят в различных сочетаниях контактные площадки (КП), металлизированные отверстия, печатные проводники на наружных слоях и гладкие крепежные отверстия. Кроме этого ПМ может включать в себя параметры защитной и паяльной масок, элементы маркировки и графические элементы сборочного чертежа.

Каждый из этих элементов должен располагаться в специальном слое. Для этого в Pattern Editor предусмотрена возможность смены текущего слоя печатной платы. На этом этапе были созданы посадочные места для микросхем К564 со штыревыми выводами. Посадочные места для микросхем имеют следующий вид:

 

Рис 8. Пример штыревого посадочного места.

 

Создание библиотеки компонентов

 

При проектировании печатных плат необходимы сведения о схемных образах ЭРЭ и посадочных местах для них. Программы размещения и трассировки должны иметь информацию о соответствии каждого конкретного вывода условного графического обозначения выводу в корпусе элемента. В версии P-CAD 2001 эта работа выполняется автоматически программой Library Executive(Администратор библиотек). Для этого соответствующие данные заносятся в так называемые упаковочные таблицы, указывающие основные характеристики используемых ЭРЭ. В программе предусмотрены эффективные приемы работы, аналогичные приемам программных продуктов Microsoft Office. Эта программа не является графическим редактором. Она лишь сводит введенную ранее графическую информацию в единую систему — библиотечный элемент, в котором сочетаются несколько образов представления элемента: образ на схеме, посадочное место и упаковочная информация.

Для создания нового компонента необходимо запустить программу и выполнить команду Component New, а затем выбрать нужную библиотеку, в которую ранее были записаны УГО и ПМ. В появившемся окне необходимо указать всю требуемую информацию по создаваемому компоненту. Далее нужно выбрать посадочное место для создаваемого компонента и указать УГО, которое будет использоваться для обозначения на схемах вентилей данного компонента. Кнопки «Pins View», «Pattern View» и «Symbol View» используются для открытия окон редактирования соответствующих параметров компонентов. Число вентилей в данной микросхеме указывается в поле «Number of Gates», а префикс нумерации компонента – в поле «Refdes Prefix». Для создания таблицы выводов «Pins View» необходимо заполнить таблицу информацией, взятой из технической документации для текущего компонента.

Расшифровка таблицы:

1. В столбцы Pad# (номера контактных площадок корпуса компонента) и Pin Des (позиционные номера выводов компонентов на схеме) вносится одна и та же информация о порядке их нумерации.

2. В столбце Sym Pin# указывается номер вывода символа в соответствующей секции символа компонента.

3. В столбец Pin Name вводят имена выводов в каждой секции.

4. В столбцы Gate Eq и Pin Eq вводят данные о логической эквивалентности секций и выводов соответственно.

5. В столбце Gate # указывается номер секции (вентиля), в которую назначен вывод символа.

6. В столбце Elec Type указывается тип вывода, используемый при поиске ошибок в схемах электрических принципиальных:

· Unknown — вывод, не имеющий определенного типа;

· Passive — пассивный вывод;

· Input — входной вывод;

· Output – выходной вывод;

· Power — вывод питания или «земли».

После выполнения всех указанных выше операций для создания интегрированного образа компонента необходимо выполнить команду Component/Validate для проверки согласованности всех данных компонента и, в случае отсутствия ошибок, сохранить компонент в текущей библиотеке командой Component Save As.

 

Рис.9 Пример окна создания компонента.

 

Для функционирования триггера были созданы библиотечные элементы микросхем и других необходимых элементов для схемы включения, которые были рассчитаны и выбраны в зависимости от количества микросхем нашего триггерного устройства.

 

Моделирование триггера. Временная диаграмма работы

 

Для моделирования работы триггера необходимо:

1. Создать библиотеку компонентов.

2. Создать и добавить в нее моделируемые компоненты.

3. В меню «Edit» программы «Library Executive» выбрать пункт Component Attr».

 

Рис 10. Пример описания свойств элемента.

 

4. Последовательно добавить и заполнить поля таблицы.

5. Поле SimType должно содержать значение SIMCODE(A) для цифровых устройств.

6. Поле SimModel должно содержать название модели устройства.

7. Поле SimFile содержит путь к файлу модели. Его можно указать с использованием макроса {model_path}, это позволит сделать путь относительным.

8. Поле SimPins содержит информацию о ножках компонента. Она вводится в таком формате:

9. <номер_вентиля1>:[<пин1> <пин2><пин3>…<>]…<номер_вентиляN>:[<пин1> <пин2> <пин3>…<>]

10. Поле SimNetlist может содержать ключи: %D – описатель устройства (Device designator);

11. %M – имя модели. Между ними вставляется две пары квадратных скобок, в которых указываются номера ножек, указанных в поле SimPins по порядку. Во второй паре квадратных скобок указываются те же ножки, но пропускается вторая и добавляются номера ножек выходов.

12. Затем последовательно добавляются поля с именами SimField1, 2, 3 и т.д. В них указываются следующие данные:

13. Propagation = - время распространения сигнала;

14. Loading и Drive = - нагрузочная способность ножек компонента;

15. Current = - потребляемый ток;

16. PWR Value = - напряжение питания;

17. GND VALUE = - напряжение «нуля»;

18. VIL Value = - входное напряжение уровня «нуля»;

19. VIH Value = - входное напряжение уровня «единицы»;

20. VOL Value = - выходное напряжение уровня «нуля»;

21. VOH Value = - выходное напряжение уровня «единицы».

Для работы модели компонента необходимо создать два файла. Первый файл (с расширением txt) содержит в себе текст модели компонента, второй – реквизиты модели.

Для запуска симуляции необходимо создать принципиальную схему моделируемого устройства:

 

Рис 11. Принципиальная электрическая схема моделируемого триггера.

 

подключить к входам источники сигналов (для каждой цепи задать порт), в пункте меню Simulate выбрать Setup. После этого запустится симулятор и откроется окно настроек моделирования. Для начала симуляции необходимо задать необходимые настройки и нажать кнопку Run Analisys.

Рис 12. Окно настроек моделирования.

 

После чего модуль Mixed Signal Circuit S imulator выполнит компиляцию схемы и, если не будет обнаружено ошибок, на экран будет выведена временная диаграмма:

 

Рис 13. Временная диаграмма работы триггера.