|
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 мик-
росхемах.
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 реги-
стров и счетчиков используется универсальный Д - триггер, имеющий специ-
альный 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, за-
писывается 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 ко-
манды 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 вы-
читания, называются реверсивными.
Для построения счетчика с требуемым коэффициентом пересчета М, от-
личным 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 вычи-
тающего "-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 пе-
реноса в старшие разряды на выходе "?9" вырабатывается при превышении
счетчиком числа 9.
Ри
с.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 по-
следовательности на входы "+1" счетчиков;
SА14 ("пачка +") - разрешение прохождения пачки импульсов на входы "+1"
счетчиков;
SА15 ("непр.-") - разрешение прохождения непрерывной последователь-
ности 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 по-
мощью 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, рабо-
тающий в счетном режиме. На его счетный вход С поступает непрерывная по-
следовательность 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 ком-
мутатора, справа - второго канала коммутатора.
3.2.5.5. Для выхода из режима наблюдения сигналов на экране мульти-
метра 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 по-
ложительной 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 сле-
дующая 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 по-
мощью 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 за-
данная 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 циф-
ровых 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 па-
раллельно на восемь каналов передачи информации КПИ1?КПИ8, что дает
возможность их наблюдения на экране мультиметра, входящего в состав лабо-
раторного 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. Сде-
лать 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 оди-
ночного 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 препо-
давателем 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 им-
пульсов 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 им-
пульсов 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 уст-
ройства ( 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
12
| |
