|
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 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 ).
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 .
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.
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 двоично-десятичного 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
|
|
|
