Исследование работы реверсивных счетчиков
Работа из раздела: «
Радиоэлектроника»
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 |5 |
4.
|Методические рекомендации к выполнению работы |9 |
5.
|Содержание отчета |11 |
6.
|Контрольные вопросы |11 |
7.
|Список использованной литературы |11 |
| | |
