Сделай Сам Свою Работу на 5

Изучение цифровых счетчиков





1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Целью данной работы является:

1)изучение классификации и характеристик счетчиков;

2)практическое построение некоторых видов счетчиков на микросхемах серии 155;

3)исследование построенных схем счетчиков.

 

 

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ СПРАВКА

 

Классификация и основные характеристики счетчиков

Счетчик - это узел, регистрирующий количество импульсов, поступивших на его выход. Любой счетчик преобразует время — импульсный код в позиционный код по выбранному основанию. Счетчики классифицируются:

2.1. По основанию системы счисления:

а) двоичные;

б) со смешанным основанием счета(двоично-десятичные и т. д. ).

2.2. По организации цепей связи между каскадами счетчика:

а) с последовательным переносом;

б) со сквозным переносом;

в) с групповым переносом;

г) с одновременным переносом.

2.3. По возможности учета знака операции при счете:

а) без учета знака: либо суммирующие, либо вычитающие;

б) с учетом знака - реверсивные.

2.4. По типу элементов, используемых для построения счетчика:

а) на импульсно-потенциальных элементах;

б) на потенциальных элементах;



в) на импульсных элементах.

2.5. По типу организации счетного элемента:

а) на триггерах со счетным входом;

б) с запоминающими элементами и с использованием логических схем.

Основные характеристики счетчика, по которым сравниваются разные схемы:

— разрешающая способность tР— минимальное время следование между импульсами, при котором счетчик работает надежно;

— время регистрации ТРег— интервал времени между моментом поступления входного сигнала и моментом окончания самого длительного переходного процесса в счетчике. Эту характеристику счетчика иногда называют временем схема результата;

— емкость счетчика N — максимальное число импульсов, которое может быть зафиксировано на счетчике. Эта характеристика связана с числом каскадов и основанием счета. Емкость двоичного n-разрядного счетчика:

N=2n -1;

— количество аппаратуры, необходимое для реализации одного каскада;

— надежность.

 

 

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УСТАНОВКИ УМ11.

 

Установка УМ11 предназначена для изучения методов построения логических схема потенциальных элементах интегрального комплекса 155 и применяется для проведения лабораторных работ по курсу “Основы теории и проектирования электронных ЦВМ в высших учебных заведениях”.



Установка УМ11 настольного типа состоит из корпуса с блоком питания и лицевой панели. В задней стенке корпуса имеется окно для доступа к предохранителю, тумблеру цепи питания микросхем и контрольным гнездам напряжения 5В. На лицевой панели размещены элементы управления и печатные платы. Для доступа к ним необходимо отвернуть четыре винта на дне установки и снять лицевую панель. Блок питания собран на отдельном шасси и крепится к корпусу прибора винтами, связь блока питания с лицевой панелью осуществляется через разъем. Набор элементов, предусмотренный в установке УМ11, выполнен на микросхемах серии К155. Он содержит 43 элемента. Каждому элементу набора соответствует условное графическое изображение на лицевой панели. Входы и выходы элементов выведены на гнезда рядом с обозначениями. Гнезда крепятся на печатных платах с распаянными микросхемами. Коммутация элементов осуществляется специальными соединительными проводами, входящими в комплект поставки.

 

 

3. ПОДГОТОВКА И ПОРЯДОК РАБОТЫ

 

3.1. Использование установки УМ11 при проведении лабораторных работ не требует специально подготовленного обслуживающего персонала.

3.2. При работе с установкой следует применять приборы:

— ампервольтметр класса точности не ниже 2,5;

— осциллограф.

Рекомендуемые типы осциллографов С1-49, С1-55, С1-65, С1-70.

3.3. Перед включением установки в сеть убедиться, что предохранитель вставлен в держатель, укрепленный на задней стенке корпуса.



3.4. Вставить вилку в сеть, включить тумблер “сеть” на лицевой панели прибора. При этом должен загореться индикатор сети.

3.5. Вольтметром проверить наличие напряжения (5В) на контрольных гнездах, расположенных на задней стенке прибора. Включить тумблер “5” на задней стенке прибора.

3.6. Произвести необходимые соединения элементов установки в соответствии с заданной схемой и описанием лабораторной работы.

3.7. При осуществлении коммутации необходимо следить за правильностью подключения расширителя к расширяемому элементу.

Запрещается выходы элементов подсоединять к гнездам “ + ” и “ ”.

3.8. Необходимо следить за правильностью нагружения элементов наборного поля, выходов генераторов и элемента задержки. Допустимая нагрузка на выходы:

— генераторов — 30;

— элемента задержки — 10.

 

 

4. ВИДЫ ЦИФРОВЫХ СЧЕТЧИКОВ

 

4.1. АСИНХРОННЫЙ ДВОИЧНЫЙ СЧЕТЧИК С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ПЕРЕНОСОМ

На рис. 4.1 изображена схема 4-х разрядного суммирующего счетчика JК-триггерах. Таблица 1 показывает состояния, в которых находятся триггеры после воздействия серии входных сигналов.

 

 

Таблица 1.

XСЧ Q4 Q3 Q2 Q1

 

Здесь на выходы J и К - триггеров подаются “1”. Выход каждого предыдущего триггера Qn-1 заводится на вход синхронизации Сn каждого последующего триггера. В этой схеме длительность переходного процесса зависит от разрядности счетчика. Каждый J - К триггер обладает конечной величиной задержки сигнала, значит с ростом разрядности возрастает величина задержки поступления сигнала на вход С некоторого j-го разряда относительно времени поступления входного сигнала XСЧ на вход С младшего разряда счетчика. Из временной диаграммы видно, что такая задержка может привести к искажению информации в счетчике (моменты 4 и 8 отмечены пунктиром).

Обычно счетчик имеет цепь установки в “0-е” состояние, но это необязательно. Начальное состояние может устанавливаться передачей в счетчик некоторого числа и с него уже начинается операция счета единиц.

В двоичном счетчике единичный входной сигнал изменяет состояние триггера младшего разряда счетчика на противоположное (т. е. реализует сложение modl ”2” в этом разряде). В последующих разрядах аналогичное действие производит сигнал переноса. Если вход каждого следующего разряда соединить с инверсным выходом предыдущего триггера, то получим вычитающий счетчик.

 

4.2. СИНХРОННЫЙ ДВОИЧНЫЙ СЧЕТЧИК С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПЕРЕНОСОМ

 

Отличительной особенностью данной схемы является то, что выходы всех предыдущих Qj-k разрядов подаются на информационные входы J и К j-го триггера. Длительность переходного процесса в таком счетчике равна длительности переходного процесса одного разряда. Разрядность таких счетчиков обычно не велика и равна четырем. Поэтому при числе разрядов счетчика, большем максимального числа входов J и К , счетчик разбивают на группы и внутри группы строят цепи параллельного переноса. Перенос между группами реализуется методом сквозного переноса. Счетчики с параллельными и групповыми переносами являются наиболее быстродействующими.

 

 

4.3. АСИНХРОННЫЙ РЕВЕРСИВНЫЙ СЧЕТЧИК

 

Это схема реверсивного счетчика с цепями параллельного (счетчика) приема информации для задания начального состояния

счетчика, отличного от состояния “все нули”. Реверсивным этот счетчик является потому, что в цепях межразрядных связей возможно осуществление передачи сигнала переноса с прямых выходов триггеров Qj, либо сигнала заема с инверсных выходов Qj. Выбор знака операции. Счет определяется значениями сигналов на управляющих шинах:

Вычитание. Суммирование. Для приема информации используются синхронные установочные входы Sj. Подача Sj стробируется за пределами схемы счетчика. При этом необходимо, чтобы во время действия установочного сигнала S на входах JК - триггеров присутствовали нулевые потенциалы с тем, чтобы исключить ложные входные сигналы, вызванные переходными процессами в триггерах. Временная диаграмма отображает работу счетчика в режиме вычитания из предварительно записанного двоичного числа 101.

 

4.4. ДЕСЯТИЧНЫЙ СЧЕТЧИК

 

Нарисуем схему синхронного десятичного счетчика.

Табл.2 состояний десятичного счетчика.

Таблица 2.

XСЧ Q4 Q3 Q2 Q1

 

Десятичные счетчики получаются, вводом в схему двоичных счетчиков обратных связей, управляющих переходом из 1001 в 0000.

 

4.5. СИНХРОННЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ СЧЕТЧИК

Это схема простейшего 4-х разрядного кодового кольца с модулем пересчета равным восьми. В отличии от схем на Т и JК триггерах такое кольцо осуществляет пересчет входных сигналов с модулем 2n, n - разрядность счетчика. Здесь инверсный выход Q4 старшего разряда подается на информационный вход D1 младшего разряда.

Таблица 3.

XСЧ Q4 Q3 Q2 Q1

 

Если предположить, что исходное состояние счетчика, “все нули”, то под воздействием первого нулевого сигнала XСЧ (t) Q4=D1=1 запишется в младшем разряде счетчика. По окончании входного сигнала, когда XСЧ (t) станет равным “1”, сигнал Q1

на выходе первого разряда станет равным “1”. Под воздействием каждого очередного сигнала XСЧ (t) происходит циклический сдвиг информации в счетчике до исходного состояния “все нули” в соответствии с таблицей, приведенной выше.

Как известно, регистр, состоящий из n двоичных разрядов, может находиться в 2n различных состояниях. Следовательно, простейщий кольцевой счетчик на D триггерах, считающий по модулю 8, не использует всех возможных комбинаций состояний четырех триггеров.

Модифицированные кодовые кольца увеличивают модуль пересчета входных сигналов до 15.

 

4.6. ДВОИЧНО — ДЕСЯТИЧНЫЙ СЧЕТЧИК

 

Нарисуем схему двоично-десятичного счетчика на основе J-К триггера с конъюнкторами на управляющих входах.

Двоично-десятичный счетчик вырабатывает последовательность двоичных эквивалентов десятичных чисел от 0 до 9. Уравнения для Вn+1, С n+1, Dn+1 отвечают Т-типу. Уравнение для не обладает признаками D или Т-типа, для его реализации наиболее удобен JК базис.

Составим табл.4 состояний:

Таблица 4.

N A B C D A B C D
a
a b
b
a b b
a
a b
a
a b b b
a
b b
X X X X
X X X X
X X X X
X X X X
X X X X
X X X X

 

a — переход из “0” в “1”.

b — переход из “1” в “0”.

Х — неопределенное состояние.

 

 

5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ РАССМОТРЕННЫХ СЧЕТЧИКОВ

 

4.1.; 4.1.а; 4.1.б; 4.1.в. Асинхронный двоичный суммирующий счетчик с последовательным переносом.

5.1.а; 5.1.б. Синхронный двоичный счетчик с параллельным переносом.

6.1.а; 6.1.б; 6.1.в. Асинхронный двоичный реверсивный счетчик с последовательным переносом.

7.1.а; 7.1.б. Двоично-десятичный синхронный счетчик с блокировкой разрядов.

8.1.а; 8.1.б; 8.1.в. Синхронный кольцевой счетчик на D — триггерах.

9.1.а; 9.1.б. Двоично-десятичный синхронный счетчик со схемами совпадения.

10.8. Кольцевой синхронный счетчик на JК-триггерах.

10.9. Двоично-десятичный асинхронный счетчик с блокировкой разрядов.

Все выходы рассмотренных схем (с приводом к УМ11) идут на индикацию. Если где в схеме надо подать на вход триггера “1”, то этот вход соединяется с “+” на пульте. На вход счетчиков идут импульсы с генератора синхроимпульсов. Чтобы обнулить триггера - надо падать на R вход “1”. Синхроимпульсы подаются на триггер на вход (JК-триггер) и на вход 3 (D-триггер) Q1Q4 — выходы счетчиков.

 

6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Собрать схемы счетчиков указанных в пункте 10 настоящей

инструкции.

2. Подключить выход каждого разряда исследуемой схемы к световым индикаторам.

3. Подключить вход счетчика к источнику одиночных импульсов.

4. Составить таблицу состояний исследуемой схемы.

 

7. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

В отчете должны быть представлены схемы исследованных счетчиков с временными диаграммами и таблицами состояний.

 

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Какой счетчик лучше по быстродействию?

2. По каким признакам идет классификация счетчиков?

3. Какое соотношение существует между разрешающей способностью счетчика tР и максимальной частотой поступления регистрируемых импульсов?

4. От чего зависит длительность переходного процесса в счетчике с последовательным переносом?

5. Как выражается зависимость числа различных состояний в кольцевом счетчике по его разрядности?

6. Какой счетчик называется реверсивным счетчиком?

7. Какое состояние счетчика называется нештатным?

8. Нарисовать схему счетчика на любое число состояний.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Преснухин Л. Н., Воробьёв В. Н., Шишкевич А. А. Расчёт элементов цифровых устройств. -М. : Высшая школа 1991. -529 с.

2. Микроэлектронные устройства автоматики. Под ред. А. А. Сазонова. -М. : Энергоатомиздат, 1991.-384 с.

3. Алексеенко А. Г. Основы микросхемотехники. -М.: Советское радио, 1977.

4. Преснухин Л. Н. , Нестеров П. В. Цифровые вычислительные машины. -М.: ВШ, 1974.

5. Шигин А. Г. Цифровые вычислительные машины. -М.: 1971.

6. Каган, Каневский. Цифровые вычислительные машины и системы. -М.: 1974.

7. Курс лекций по вычислительной технике и “Электронным устройствам автоматики и импульсной технике”.


ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 4.1. в

Рис.4.1.б

Рис.4.1. а

Рис.5.1. в

Рис.5.1.б

 

Рис.5.1. а

 

Рис.6.1.б

 

Рис.6.1. а

 

Рис.6.1. в

Рис.7.1.б

Рис.7.1. а

Рис.8.1.б

 

Рис.8.1. в

 

Рис.8.1. а

Рис.9.1.б

 

Рис.9.1. а

Рис.10.8.

 

Рис.10.9.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.