Последовательность выполнения работы

Описание лабораторной установки.

Подготовка к выполнению работы.

Содержание работы

Цель работы

1.1. Углубить знания студентов по структуре и принципам работы суммирующих и вычитающих счётчиков.

1.2. Приобрести практические навыки и освоить методику экспериментального исследования работы счётчиков с различными коэффициентами пересчёта.

2.1. Экспериментальное исследование работы суммирующих счётчиков и получение их временных диаграмм.

2.2. Экспериментальное исследование способов изменения направления счёта и получение временных диаграмм вычитающих счётчиков.

2.3. Исследование способов изменения коэффициентов пересчёта счётчиков.

2.4. Исследование регистров Джонсона, реализованных на D – или УК – триггерах.

При подготовке к работе студент должен

3.1. Изучить тему «Счётчики импульсов» ((1), с. 588-589; (2) с. 364-369) и при самоконтроле ответить на контрольные вопросы настоящих методических указаний.

3.2. Изучить данные методические указания, усвоить последовательность выполнения работы. Ознакомиться с описанием программы схемотехнического моделирования ELECTRONICS WORKBENCH ((3) с.17-66)

3.3. Подготовить бланк отчёта, в котором привести цель работы, принципиальные электрические схемы, исследуемых триггеров, таблицы для записи результатов.

Лабораторная работа выполняется в компьютерном классе кафедры «Электротехника» на персональных компьютерах, в программном обеспечении которых имеется система схемотехнического моделирования ELECTRONICS WORKBENCH (EWB). При проведении компьютерного варианта исследований счётчиков используется манипулятор типа «мышь».

Счётчиком называют последовательностное цифровое устройство, предназначенное для счёта входных импульсов. Счётчики строятся на основе N однородных связанных между собой разрядных схем, каждая из которых состоит из триггера и некоторой комбинационной схемы, формирующей сигнал управления триггером. Наиболее простые счётчики – двоичные.

По направлению счёта счётчики подразделяются на суммирующие (каждый входной импульс увеличивает число на выходе на единицу); вычитающие (выполняющие операцию декремента над выходным сигналом); реверсивные (выполняющие в зависимости от управляющего сигнала либо микрооперацию инкремента, либо декремента над хранящимся кодовым словом).

5.1. Исследование суммирующего источника.

5.1.1. Запустите программу EWB и откройте файл с 14_06 EWB со схемой, показанной на рис.1

Рис.1. Схема трёхразрядного суммирующего счётчика с последовательным переносом.

В схему включены следующие устройства и измерительные приборы

- источник сигнала «логическая единица» напряжением + 5;

- двухпозиционный переключатель, управляемый нажатием клавиш С на клавиатуре;

- логический пробник, загорающийся красным цветом, если на него подаётся сигнал «логической единицы»;

- динамический D триггер, работающий в режиме счётного триггера, с прямым С-входом, срабатывающий при поступлении фронта входного импульса на вход «С» (Clock);

D-информационный вход для установки в состоянии «1» или «0» в триггере задержки;

Q и Q^'-прямой и инверсный выходы триггера;

С-счётный (тактирующий) вход.

- дешифрирующий семисегментный индикатор (ДССИ), служащий для отображения на своём дисплее шестнадцетеричных чисел от 0 до F/

Для реализации суммирующего счётчика на схеме счётный вход очередного триггера подключён к инверсному выходу предыдущего.

5.1.2. Включите питание схемы, для чего щёлкните левой кнопкой мыши по включателю питания, пиктограмма которого расположена в правом верхнем углу рабочего поля.

5.1.3.Подавайте на вход схемы тактовые импульсы ключом «С» и наблюдайте состояние выходов счётчика при помощи логических пробников

С	1-ый триггер	2-ой триггер	3-ий триггер	Выходное слово счётчика Q3 Q2Q1
Исходное положение							0 0 0 0
1 импульс
2 импульс
3 импульс
4 импульс
5 импульс
6 импульс
7 импульс
8 импульс

5.1.4.Составьте временные диаграммы работы суммирующего счётчика. Обратите внимание на числа, формируемые состояниями новых инверсных выходов счётчика.

5.1.5.Определите коэффициент пересчёта суммирующего счётчика (модуль счёта). Коэффициент пересчёта характеризует максимальное число входных импульсов, после приходя которого счётчик устанавливается в исходное положение:

N_С – число импульсов на входе;

N_Qст – число импульсов на выходе старшего разряда счётчика за период

5.1.6.Выключите питание схемы.

5.2. Исследование вычитающего счётчика

5.2.1. Откройте файл с 14 – 07 со схемой, изображённой на рис.2. Вычитающий счётчик получен за счёт подключения счётных входов очередных триггеров к прямому выходу предыдущего.

5.2.2. Включите питание схемы (см. п. 5.1.2).

5.2.3. Зарисуйте временные диаграммы работы вычитающего счётчика, для чего проделайте

Рис.2. Схема вычитающего счётчика с последовательном переносом.

В схему включены:

- логический анализатор, служащий для изображения временных диаграмм исследуемой схемы в виде прямоугольных импульсов.

- генератор тактовых импульсов, вырабатывающий последовательность прямоугольных импульсов.

Следующее:

- двойным щелчком «мыши» по уменьшенному изображению логического анализатора. На схеме откройте его расширенное изображение (см. рис.3).

Рис.3 Расширенное изображение логического анализатора.

- временные диаграммы на экране восьмиканального логического анализатора изображаются в виде прямоугольных импульсов; круглые окна левой нижней части анализатора показывают текущее состояние входов анализатора. Каждое окно соответствует одному из его входов. В окне HEX выводится шестнадцетеричный эквивалент двоичного числа, определяемого состоянием входов.

Первичный краткий вход анализатора соответствует нижней временной диаграмме на экране анализатора;

- нажатие на клавишу CLEAR очищает экран логического анализатора;

- в поле TIME BASE устанавливается временной масштаб по горизонтальной оси (Clocks perdivision = 16)

5.2.4. Выключите питание

5.2.5.Переделайте схему рис.2, подключив входы логического анализатора к инверсии «Q» выходом триггеров.

5.2.6.Включите питание.

5.2.7.Зарисуйте полученные временные диаграммы работы логического счётчика с экрана логического анализатора на методике, приведённой в п. 5.2.3.

5.2.8.Сравните временные диаграммы с экрана логического анализатора с полученными в п.5.1. исследования суммирующего счётчика.

5.2.9.Выключите питание.

5.3.Исследование счётчиков с различными коэффициентами пересчёта.

Для увеличение коэффициента пересчёта К_СЧ приходится увеличивать число триггеров в цепочке. Каждый дополнительный триггер удваивает К_СЧ (для схем с тремя триггерами К_СЧ = 2³ = 8). Для уменьшения К_СЧ можно в качестве выхода счётчика рассматривать выходы триггеров промежуточных каскадов (например, для цепочки из трёх триггеров выход второго триггера даст К_СЧ = 4).

Для реализации любого целого К_СЧ = N необходимого, чтобы после формирования последнего числа из последовательности счётчик переходил бы в первоначальное состояние.

В подобных счётчиках необходима использовать триггеры с установочными входами (S и R), подача сигналов на которые приведёт к сбросу счётчика. Для обнаружения факта попадания счётчика в нерабочее состояние используют различные логические схемы.

5.3.1.Откройте файл с 14 – 08 со схемой, показанной на рис. 4.

Рис. 4 Схема суммирующего счётчика с комбинированной частью на одном ЛЭ

И- НЕ.

5.3.2. Включите питание схемы.

5.3.3. Подавая на вход схемы тактовые импульсы ключом «С», наблюдайте состояние выходов Q₁, Q₂, Q₃ счётчика при помощи логических пробников.

5.3.4. Составьте временные диаграммы работы счётчика и определите коэффициент пересчёта. Заполните таблицу состояний счётчика (табл.2).

С	1-ый триггер	2-ой триггер	3-й триггер	Выходное слово счётчика Q3, Q2, Q1	ЛЭ 2И-НЕ
Q1	Q1^’	Q2	Q2^’	Q3	Q3^’	Q2	Q3	F
Исходное состояние							0 0 0
1 импульс
2 импульс
3 импульс
4 импульс
5 импульс
6 импульс (сброс счётчика)
Исходное состояние							0 0 0

5.3.5. Выключите питание схемы.

5.3.6.Измените структуру комбинационной части счётчика в соответствии со схемой, приведённой на рис. 5

Рис. 5 Схема суммирующего счётчика с комбинационной частью на двух ЛЭ 2И-НЕ

5.3.7.Включите питание схемы.

5.3.8.Подавая на вход схемы импульсы при помощи ключа «С», наблюдайте состояние выходов счётчика при помощи логических пробников.

5.3.9.Составьте временные диаграммы работы счётчика и заполните таблицу состояний счётчика (табл. 3). Определите коэффициент пересчёта счётчика.

Таблица 3

Таблица состояний суммирующего счётчика с комбинационной частью на двух ЛЭ 2И-НЕ

С

1-ый триггер

2-ой триггер

3-ий триггер

DD1

DD2

Выходное слово счётчика

Q1

Q1^’

Q2

Q2^’

Q3

Q3^’

Q1^’

Q2^’

F1

Q3

F1

R

Исходное состояние

0 0 0

1 импульс

2 импульс

0 1 0

3 импульс

0 1 1

4 импульс

1 0 0

5 импульс (сброс счётчика)

1 0 1

Исходное состояние

0 0 0

5.3.10.Выключите питание схемы.

5.4.Исследование регистра Джонсона.

5.4.1.Откройте файл с 14.09 со схемой, показанной на рис. 6. Счётчик, приведённый на рисунке, получил название регистра Джонсона или регистра, с перекрёстными связями, т.к. с выхода Q₃ третьего триггера сигнал возвращается на входы.

5.4.2. Включите питание схемы.

5.4.3.Подавая на вход счётчика тактовые импульсы при помощи переключателя «С», наблюдайте состояние прямых выходов Q₁Q₂Q₃ триггеров по логическим пробникам.

Рис. 6 Схема регистра с перекрёстными связями.

5.4.4. Постройте временные диаграммы сигналов на выходах триггеров. Заполните таблицу состояния счётчика (табл. 4).

С

1-ый триггер

2-ой триггер

3-ий триггер

Выходное слово

D1

Q1

Q1^’

D2

Q2

Q2^’

D3

Q3

Q3^’

Q3

Q2

Q1

Исходное состояние

1 импульс

2 импульс

3 импульс

4 импульс

5 импульс (сброс счётчика)

Сброс (исходное состояние) 6 импульс

5.4.5.Определите коэффициент пересчёта регистра Джонсона.

Дата добавления: 2015-05-10