2144.Учебная работа .Тема:Исследование работы реверсивных счетчиков

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (4 оценок, среднее: 4,75 из 5)
Загрузка...

Тема:Исследование работы реверсивных счетчиков»,»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №З

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕВЕРСИВНОГО СЧЕТЧИКА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является:

теоретическое изучение принципа работы счетчиков и регистров;

экспериментальное исследование счетчикарегистра 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 ).

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 Дтриггерах, приведена на рис.2 .

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 условнографическое обозначение регистра сдвига представлены на рис.З.

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.

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.

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.

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.

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 «»³15″» и «» < 0″», на которых при достижении счетчиком указанных чисел появляются сигналы логического «»0″». Выход «»³15″» в этом случае следует соединять с входом «»+1″», выход «»< 0″» с входом «»1″» аналогичной микросхемы.

3.3. Функцию двоичнодесятичного счетчика ДД2 выполняет микросхема К155ИЕ6. У заданной микросхемы коэффициент пересчета М=10 и сигнал переноса в старшие разряды на выходе “³9” вырабатывается при превышении счетчиком числа 9.

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 «»³15″» 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