Исследование работы реверсивных счетчиков - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №З
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕВЕРСИВНОГО СЧЕТЧИКА
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является:
- теоретическое изучение принципа работы счетчиков и регистров;
- экспериментальное исследование счетчика-регистра на интегральных
микросхемах.
2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Регистры и счетчики относятся к разряду цифровых устройств и
являются одним из наиболее распространенных элементов вычислительной
техники. Они широко используются для построения устройств ввода, вывода и
хранения информации, а также для выполнения некоторых арифметических и
логических операций.
Для построения счетчиков и регистров используются синхронные
триггеры, переключение которых происходит только при наличии
синхронизирующего сигнала ( синхроимпульса ) на входе С. Наиболее часто
для построения регистров и счетчиков используется универсальный Д -
триггер, имеющий специальный информационный вход Д, и динамический вход
С ( рис.1 ).
[pic]
2.1. Устройство, называемое регистром, служит в основном для
хранения чисел в двоичном коде при выполнении над ними различных
арифметических и логических операций. С помощью регистров выполняютоя такие
действия над числами, как передача их из одного устройства в другое,
арифметический и логический сдвиг в сторону младших или старших разрядов,
преобразование кода из последовательного в параллельный и наоборот и т.д.
Функциональная схема и условно - графическое обозначение регистра
параллельного типа, собранного на универсальных Д-триггерах, приведена на
рис.2 .
[pic]
По сигналу на входе С информация, поступившая на входы DО(DЗ,
записывается в регистр и хранится в нем до тех пор, пока не произойдет
запись другой информации, либо не поступит сигнал на вход R, обнуляющий
регистр.
Функциональная схема и условно-графическое обозначение регистра
сдвига представлены на рис.З.
[pic]
Последовательный информационный код поступит на вход D регистра.
Импульс команды сдвига С подается одновременно на синхронизирующие входы
всех триггеров регистра и переводит каждый триггер в состояние, в котором
находился триггер предыдущего разряда. Таким образом, каждый импульс
команды сдвига "продвигает" записываемое число на один разряд вправо.
2.2. Устройство, называемое счетчиком, предназначено для подсчета
числа поступающих на вход сигналов ( импульсов ) в произвольной системе
счисления. Двоичные счетчики строятся на основе триггеров, работающих в
счетном режиме ( Т - триггер или счетный триггер).
Счетный триггер может быть получен из универсального D - триггера
путем соединения его инверсного выхода 0 со входом D.
Счетный триггер и эпюры сигналов, поясняющие его работу, представлены
на рис.4.
[pic]
У счетного триггера состояние выхода изменяется на противоположное
при поступлении на вход С каждого очередного счетного импульса.
Функциональная схема и условнографическое обозначение двоичного
счетчика с коэффициентом пересчета 23 представлена на рис.5.
[pic]
Каждый поступающий на вход счетчика импульс перебрасывает первый
триггер в противоположное состояние (рис.6). Сигнал с инверсного выхода
предыдущего триггера является входным сигналом для последующего и, таким
образом, комбинация сигналов на выходах Q1, Q2, Q3 будет соответствовать
числу поступивших на вход счетчика импульсов, представленному в двоичном
коде. Счетчик данного типа называется асинхронным счетчиком.
[pic]
Если на счетный вход каждого последующего триггера счетчика подавать
сигнал с прямого выхода предыдущего триггера, то счетчик будет производить
операцию вычитания. Счетчики, способные выполнять функции сложения и
вычитания, называются реверсивными.
Для построения счетчика с требуемым коэффициентом пересчета М,
отличным от величины 2N (N - число двоичных разрядов счетчика),
используется принудительный сброс счетчика в исходное состояние при
достижении счетчиком числа М. Пример такого счетчика с М=9 (М=10012)
представлен на рис.7.
[pic]
3. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА И СРЕДСТВ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Функциональная схема исследуемого устройства представлена на
рис.8 . Устройство включает двоично - десятичный счетчик ДД2, двоичный
счетчик ДДЗ, коммутатор входных сигналов ДД1 и логические элементы ДД4 и
ДД5, выполняющие функции элементов объединения.
Для подачи информационных и управляющих сигналов используется
специальное устройство, управляемое наборными кнопками с фиксацией
SА1(SА16. Нажатому состоянию соответствует сигнал логической "1", отжатому
состоянию - сигнал логического "0". Кнопки SА1(SА16 расположены в левой
части лабораторного стенда под надписью "Программатор кодов".
3.2. Функцию двоичного счетчика выполняет микросхема К155ИЕ7. Данная
микросхема представляет собой реверсивный четырехразрядный счетчик -
регистр, в котором кроме двух счетных входов ( суммирующего "+1" и
вычитающего "-1" ) и входа сброса Р имеется четыре информационных входа
DО(DЗ и вход С , разрешающий запись информации в счетчик. Кроме того, для
наращивания разрядности счета в микросхеме предусмотрены выходы "(15" и " <
0", на которых при достижении счетчиком указанных чисел появляются сигналы
логического "0". Выход "(15" в этом случае следует соединять с входом
"+1", выход "< 0" - с входом "-1" аналогичной микросхемы.
3.3. Функцию двоично-десятичного счетчика ДД2 выполняет микросхема
К155ИЕ6. У заданной микросхемы коэффициент пересчета М=10 и сигнал переноса
в старшие разряды на выходе “(9” вырабатывается при превышении счетчиком
числа 9.
[pic]Рис.8
3.4. При исследовании одного из счетчиков, другой должен находиться в
исходном состоянии, что достигается подачей на вход R данного счетчика
уровня логической "1" с помощью кнопок SА10 или SA11.
3.5. Запись информации в счетчики производится в параллельном коде
путем подачи на входы ДО(ДЗ логических сигналов "0" и "1" с помощь кнопок
SА1(SА4 и подачи сигнала логического "0" на вход С с помощью кнопки SА9
(для этого кнопку SА9 надо отжать и снова нажать ).
З.6. Счетные импульсы должны поступать на исследуемую схему с клеммы
"непр.имп," ( " ~|_|~|_|~ “ ) в виде непрерывной импульсной
последовательности и с клеммы "пачка имп." ( "_|~|_|~|_" ) в виде пачки
импульсов с числом импульсов в пачке от 1 до 15. Управление режимом работы
входов "+1" и "-1" счетчиков производится о помощью кнопок SA13(SА16,
которые обеспечивают выполнение следующих функций:
SА13 ("непр,+") - разрешение прохождения непрерывной импульсной
последовательности на входы "+1" счетчиков;
SА14 ("пачка +") - разрешение прохождения пачки импульсов на входы
"+1" счетчиков;
SА15 (“непр.-") - разрешение прохождения непрерывной
последовательности импульсов на входы "-1" счетчиков;
SА16 ("пачка -") - разрешение прохождения пачки импульсов на
входы
"- 1" счетчиков,
Примечание. Не допускается одновременное нажатие двух и более
кнопок SА13(S А16.
3.7. Для задания числа импульсов в пачке и посылки необходимой пачки
в исследуемый узел используются четыре кнопки с фиксацией "20" ( "23 " и
две кнопки без фиксации "Пуск" и “Устан.О", расположенные на панели
лабораторного стенда под надписью "Программатор СИ".
При этом должна соблюдаться следующая последовательность операций:
3.7.1. Набрать заданное число импульсов в пачке в двоичном коде с
помощью кнопок “20” ( "23". Нажатой кнопке соответствует логическая "1"
(при этом загорается соответствующий индикатор).
3.7.2. Нажать кнопку "устан.О".
3.1.3. В режиме наблюдения одновременно двух сигналов на экране
мультиметра величина и взаимное расположение этих сигналов регулируется
ручками "~ " и “((“ соответственно в поле надписи "Коммутатор" отдельно для
каждого канала ( "Вх1" для КПИ 10 и "Вх2" для КПИ 9 ).
3.2. Исследование элемента ДД3 в статическом и динамическом режиме.
3.2.1. Логические сигналы "0" и "1" на входе триггеров задаются с
помощью кнопок с фиксацией SА1(SА6, расположенных на передней панели блока
К32 под надписью "Программатор кодов". Отжатое состояние кнопки
соответствует заданию логического "0", а нажатое - заданию логической "1".
Нажатое состояние кнопки сопровождается загоранием соответствующего
светодиода зеленого цвета, расположенного вблизи данной кнопки
"Программатора кодов".
3.2.2. Для подачи положительного импульса ( "_|~|_" ) на вход С
триггера необходимо кратковременно перевести соответствующую кнопку из
отжатого состояния в нажатое и обратно.
3.2.3. Для индикации логических сигналов на выходе триггера,
работающего в статическом режиме ( верхняя часть элемента ДДЗ ), служит
левое цифровое табло блока К32. При этом кнопка " IO |_2 ", расположенная
непосредственно под табло, должна находиться в нажатом состоянии.
3.2.4 . Нижняя часть элемента ДДЗ представляет собой триггер,
работающий в счетном режиме. На его счетный вход С поступает непрерывная
последовательность импульсов. Одновременно такая же последовательность
импульсов поступает в КПИ1. Выходные сигналы триггера ( прямой и инверсный
) поступают в КП2 и КПИЗ соответственно.
3.2.5. Лабораторный стенд позволяет наблюдать на экране мультиметра
одновременно два сигнала с любых двух КПИ из восьми ( двухканальный режим
наблюдения ). Выбор двух определенных КПИ производится следующим образом:
3.2.5.1. Нажать кнопку " ВСВ |_ ВНК " под надписью "КВУ", при этом у
левых индикаторов обоих цифровых табло начинает светиться знак запятой.
3.2.5.2. При отжатой кнопке"Вх1 |_ Вх2" набрать с помощью кнопок " 20
( 23 " программатора "СИ " двоичный код первого выбранного КПИ и нажать
кнопку "Пуск". При этом на левом табло у знака запятой появится номер
выбранного КПИ.
3.2.5.3. При нажатой кнопке "Вх1 |_ Вх2" повторить указанную
процедуру для второго выбранного КПИ. Номер этого КПИ появится у знака
запятой правого табло.
3.2.5.4. Нажать кнопку "Коммутатор" под надписью "Контроль V~"'.
Теперь два выбранных КПИ через каналы коммутатора лабораторного стенда
соединены с осциллографом мультиметра. Регулировка величины и расположения
сигналов на экране осуществляется раздельно ручками " ~ " и " (( " под
надписью "Коммутатор". Слева расположены ручки регулировки первого канала
коммутатора, справа - второго канала коммутатора.
3.2.5.5. Для выхода из режима наблюдения сигналов на экране
мультиметра перевести кнопку "ВСВ |_ БНК" под надписью "КВУ" в отжатое
состояние.
3.3. Исследование элементов ДД4 (статический режим) и ДД5 (счетный
режим ).
3.3.1. Логические сигналы "0" и "1" на S, R, J и К - входы
универсальных триггеров подаются с помощью кнопок SА7(SА12 ( аналогично
рассмотренному в п.п.2.1. ).
3.3.2. Сигнал на вход С триггера поступает от встроенного
генератора импульсов лабораторного стенда, который вырабатывает серию
импульсов положительной полярности. Число импульсов может изменяться от 1
до 15 и устанавливается с помощью кнопок с фиксацией " 20 ( 23 ",
расположенных под надписью "Программатор СИ". Кнопки без фиксации "Пуск" и
"Устан.О" служат для задания режима работы генератора. При этом должна
соблюдаться следующая последовательность действий:
3.3.2.1. Набрать число импульсов в пачке в двоичном коде с помощью
кнопок " 20 ( 23 ". Кнопки в нажатом состоянии соответствует двоичная
единица ( при этом загорается соответствующий светодиод ).
3.3.2.2. Нажать кнопку "Устан.О"и убедиться, что светодиод кнопки
"Пуск" погашен. Генератор импульсов готов к работе.
3.3.2.3. Нажать кнопку "Пуск". При этом генератор вырабатывает нужную
пачку импульсов. Для повторного включения генератора нажать кнопку
"Устан.О", а затем кнопку "Пуск" и т.д.
3.3.3. Контроль выходных сигналов триггеров ДД4 осуществляется с
помощью левого цифрового табло на блоке К32.
3.3.4. Счетные импульсы на триггер ДД5, работающий в счетном режиме,
поступают через элемент “И", собранный на микросхеме ДД1.
3.7.3. Нажать кнопку "Пуск". При этом в исследуемый узел поступает
заданная пачка импульсов.
3.7.4. Для повторной посылки пачки импульсов нажать кнопку "Устан.О"
и затем - кнопку "Пуск" и т.д.
3.8. Считывание показаний счетчика производится с помощью двух
цифровых табло, каждое из которых содержит четыре семисегментных
индикатора. Оба табло расположены в левом верхнем углу лабораторного
стенда. На левом цифровом табло индикация числа производится в двоичном
коде, на правом - в десятичном коде ( для выбора того или иного кода
кнопку "10 |_ 2" необходимо установить в соответствующее положение ).
3.9. Выходные сигналы двоичных разрядов и сигналы переносов
счетчиков, а также входные счетные импульсы сложения и вычитания, поступают
параллельно на восемь каналов передачи информации КПИ1(КПИ8, что дает
возможность их наблюдения на экране мультиметра, входящего в состав
лабораторного стенда.
Одновременно на экране мультиметра можно наблюдать сигналы двух
каналов передачи информации. При этом необходимо выполнить следующие
операции:
3.9.1. Нажать кнопку "ВСВ |_ ВНК" под надписью "КВУ",
3.9.2. При отжатой кнопке "Вх1 |_ Вх2" набрать с помощью кнопок " 20
( 23 ", двоичный код первого выбранного КПИ и нажать кнопку "Пуск". При
этом на левом табло появится номер выбранного КПИ.
3.9.3. Повторить указанную процедуру при нажатой кнопке "Вх1 |_ Вх2".
Номер второго выбранного КПИ должен появиться на правом табло.
3.9.4. Нажать кнопку "Коммутатор" под надписью "Контроль”. При этом
выбранные КПИ подсоединяются к соответствующему входу мультиметра. Размах и
ориентация сигналов на экране мультиметра регулируется потенциометрами " ~
" и " (( " , расположенными под надписью "Коммутатор" отдельно для
каждого канала.
3.9.5. Для выхода из режима наблюдения сигналов на экране мультиметра
необходимо отжать кнопку "ВСВ |_ ВНК" под надписью "КВУ".
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
4.1. Исследовать влияние исходного состояния счетчиков на
правильность вводимой информации при подаче сигналов на входы Д0(ДЗ.
4.1.1. Ввести параллельным кодом с помощью кнопок SА1(SА4 и SА9
некоторые заданные числа ( например " 710 , 1110 , 810 , 1210 , 1510 , 1010
“) в один из счетчиков ( см. п.3.5. ), одновременно производя считывание
результатов с помощью цифровых табло.
4.1.2. Повторить операции, указанные в п.4.1.1., для другого
счетчика. Сделать выводы по п.4.1.
4.2. Исследовать работу счетчиков в счетном ( суммирующем ) режиме с
предварительной записью исходной информации.
4.2.1. Подготовить генератор пачки импульсов для работы в режиме
одиночного импульса ( п.3.7. ).
4.2.2. Подготовить подачу импульсов на суммирующие входы счетчиков
с помощью кнопки SА14, переведя ее в нажатое состояние.
4.2.3. Ввести параллельным кодом в один из счетчиков заданное
преподавателем число.
4.2.4. Подавая одиночные импульсы с помощью кнопок "Устан.О” и
“Пуск" ( см. п.п.3.7.3.,3.7.4. ), снять показания выходов разрядов счетчика
и занести их в таблицу 1.
Таблица 1.
|— |— |— |Порядковый номер импульса |
|— |Выходы |Исх. информ.|1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
| | | |12 13 14 15 16 |
| | | | |
| |Q0 | | |
|СТ2 |Q1 | | |
| |Q2 | | |
| |Q3 | | |
| | | | |
| |Q0 | | |
|СТ10 |Q1 | | |
| |Q2 | | |
| |Q3 | | |
4.2.5. Повторить п.п.4.2.3., 4.2.4. для другого счетчика (см.
п.3.4.).
4.3. Исследовать работу счетчика в вычитающем счетном режиме с
предварительной записью в него информации.
4.3.1. Подготовить подачу пачки импульсов на вычитающие входы
счетчика, приведя кнопку SA14 в отжатое, а кнопку SA16 - в нажатое
состояние.
4.3.2. Выполнить операции, указанные в п.п. 4.2.3.(4.2.5.
4.4. Исследовать суммирующий и вычитающий режим работы счетчиков.
4.4.1. Подготовить генератор пачки импульсов для генерации пачки с
числом импульсов от 5 до 9 ( п.3.7. ).
4.4.2. Установить исследуемой счетчик в исходное состояние
(обнулить). Выбрать режим счета ( "+" или "-" ) с помощью кнопок SА14 и
SA16.
4.4.3. Подать на счетчик пачку импульсов. Сравнить показания счетчика
с заданным числом. Повторить указанную процедуру несколько раз, прогнозируя
при этом показания счетчиков.
4.4.4. Изменить режим работы счетчика, поменяв состояние кнопок SА14
и SА16, и выполнить операции, указанные в п.п.4.4.2. и 4.4.3.
4.4.5. Повторить указанную процедуру ( п.п.4,4.2.( 4.4.4. ) для
другого счетчика.
4.5. Исследовать работу счетчиков в режиме переноса.
4.5.1. Подать на суммирующие входы счетчиков последовательность
импульсов с помощью кнопки SА13.
4.5.2. Исследовать работу выхода "(15" счетчика СТ2, подключив КПИ1
на первый канал коммутатора, а КПИ8 не второй канал коммутатора в
соответствии с "п.3.9.1.( 3.9.4. При этом счетчик СТ10 необходимо отключить
нажатием кнопки SА10.
4.5.3. Ручками плавной регулировки "~" и " (( " под надписью
"Коммутатор", а также с помощью ручки "Стаб." на панели мультиметра
добиться устойчивого изображения двух исследуемых сигналов. Срисовать
сигнал в едином масштабе времени.
4.5.4. Исследовать выход " > 9" счетчика СТ10, подключив КПИ7 на
второй канал коммутатора ( кнопка "Вх1 |_ Вх2" должна быть нажата ). При
этом счетчик СТ2 необходимо отключить нажатием кнопки SA11.
4.5.5. Выполнить п.4.5.3.
4.5.6. Подать на вычитающие входы счетчиков последовательность
импульсов с помощью кнопки SA15.
4.5.7. Исследовать работу выхода "< 0" счетчиков, подключив КПИ2 на
первый канал коммутатора, а КПИ7 или КПИ8 ( в зависимости от типа счетчика)
на второй канал коммутатора, в соответствии с функциональной схемой
устройства ( рис.8 ).
4.5.8. Выполнить п.4.5.3. для выходов "< 0" обоих счетчиков.
5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Название и цель лабораторной работы.
2. Функциональная схема исследуемого устройства.
3. Таблицы и эпюры напряжений.
4. Выводы по работе.
6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем заключается преимущество двоичной системы счисления по сравнению с
другими системами?
2. Что такое регистр и каково его назначение?
3. Как работает двоичный счетчик импульсов?
4. Чем определяется необходимое число триггеров в счетчике и регистре?
5. С помощью чего обеспечивается перевод счетчика из режима сложения в
режим вычитания?
6. Как осуществляется наращивание разрядности счетчиков?
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Ч. 1,3: Пер. с англ., Под
ред. М.В.Гальперина - М.: Мир, 1983.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.
|Цель работы |1 |
2.
|Основные теоретические положения |1 |
3.
|Описание обьекта и средств исследования
|
