Счетчики с произвольным значением модуля счета

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 11

Последовательное соединение n триггеров позволяет построить суммирующий или вычитающий счетчик со значением модуля счета К=2ⁿ. Часто возникает необходимость построить счетчик, модуль счета которого не равен целой степени основания 2, т.е. К¹ 2ⁿ.

На рис. 5 приведен пример схемной реализации суммирующего счетчика с К=10 (декадного счетчика).

При поступлении на вход счетчика девяти счетных импульсов он переходит в состояние Q₃Q₂Q₁Q₀=1001 и на два входа ЛЭ 3И поступают уровни логической единицы, а после прихода десятого счетного импульса этим ЛЭ формируется импульс переноса и сигнал, устанавливающий все триггеры в исходное (нулевое) состояние. При любых других состояниях Q₃Q₂Q₁Q₀ (при счете до 10 включительно) ЛЭ 3И не оказывает влияния на функционирование счетчика и он работает в обычном режиме суммирования.

2. Домашнее задание

На основе ИС D-триггеров (К155ТМ2) спроектировать схему суммирующего счетчика со значением модуля счета (К), соответствующим вашему варианту (см. табл. 1).

Таблица 1

№ бригады
К

3. Задание на лабораторную работу

Для экспериментального исследования наиболее распространенных разновидностей счетчиков используются четыре D-триггера (ИС К155ТМ2), ряд ЛЭ и ИС реверсивного счетчика К155ИЕ7, установленные на лабораторном стенде.

Работа счетчиков исследуется в статическом режиме, поэтому для контроля состояний счетчиков можно использовать светодиоды, расположенные в верхнем ряду стенда.

В качестве источника счетных импульсов использовать управляемый генератор одиночных импульсов (ГОИ), кнопка запуска которого выведена на лицевую панель стенда. Для параллельной загрузки счетчика, а также установки триггеров счетчика в нулевое состояние использовать источники логических “0” и “1”, расположенные в нижнем ряду стенда.

3.1. Исследовать работу суммирующего двоичного счетчика.

3.1.1. Собрать схему суммирующего двоичного счетчика (рис. 1).

3.1.2. Установить триггеры счетчика в состояние “0”.

3.1.3. Подать на вход счетчика последовательно 16 счетных импульсов и проконтролировать состояние счетчика (его триггеров) после подачи каждого очередного счетного импульса.

3.1.4. Результаты эксперимента занести в табл. 2.

Таблица 2

№ счетного импульса	Выходы счетчика
Q₀	Q₁	Q₂	Q₃


…	…	…	…	…

3.2. Исследовать работу вычитающего двоичного счетчика.

3.2.1. Собрать схему вычитающего двоичного счетчика (рис. 2) и выполнить действия, аналогичные п.п. 3.1.2 - 3.1.4.

3.3. Исследовать работу реверсивного счетчика.

3.3.1. Собрать схему реверсивного счетчика (рис. 4).

3.3.2. Перевести счетчик в режим суммирования и подать на его вход (10-А) счетных импульса (А - № бригады).

3.3.3. Перевести счетчик в режим вычитания и подать на его вход (10-А) счетных импульса.

3.3.4. Результаты экспериментов занести в таблицы, аналогичные табл. 2.

3.4. Исследовать работу счетчика с К¹ 2ⁿ.

3.4.1. Собрать схему счетчика, спроектированного при выполнении домашнего задания, со значением модуля счета К, соответствующим вашему варианту.

3.4.2. Подать на вход счетчика последовательно К счетных импульсов и проконтролировать состояние счетчика (его триггеров) после подачи каждого очередного счетного импульса.

3.4.3. Результаты эксперимента занести в таблицу, аналогичную табл. 2.

3.5. Исследовать работу ИС счетчика К155ИЕ7.

3.5.1. Перевести счетчик в режим суммирования.

3.5.2. Установить триггеры счетчика в состояние “0”.

3.5.3. Подать на вход счетчика последовательно 16 счетных импульсов и проконтролировать состояние счетчика после подачи каждого очередного счетного импульса.

3.5.4. Перевести счетчик в режим вычитания.

3.5.5. Осуществить параллельную загрузку в счетчик числа (10-А).

3.5.6. Подать на вход счетчика последовательно (10-А) счетных импульсов и проконтролировать состояние счетчика после подачи каждого очередного счетного импульса.

3.5.7. Результаты экспериментов свести в таблицы, аналогичные табл. 2.

4. Содержание отчета

В отчете по каждому пункту задания должны быть приведены: схема; временные диаграммы и таблица, поясняющие работу исследуемого счетчика.

5. Контрольные вопросы

1. Дайте определение цифрового счетчика.

2. В каком случае цифровой счетчик именуют двоичным?

3. Изобразите временные диаграммы, поясняющие работу асинхронного Т-триггера.

4. На основе ИС JK-триггеров (К155ТВ1) спроектировать схемы трехразрядных а) суммирующего, б) вычитающего счетчиков.

5. Укажите переход между состояниями трехразрядного суммирующего счетчика с последовательным переносом, которому соответствует максимальное значение времени регистрации (t_p).

6. Замените триггеры, используемые в схеме счетчика (рис. 1) на D-триггеры, тактируемые срезом синхроимпульса, и постройте временные диаграммы для модернизированной схемы счетчика. Сделайте выводы.

7. Действия, аналогичные указанным в вопросе 6, проведите для схемы вычитающего двоичного счетчика (рис. 2).

8. Спроектируйте схему трехразрядного суммирующего двоичного счетчика с параллельным переносом. Какие преимущества характерны для такого счетчика в сравнении со счетчиком с последовательным переносом?

9. Какой вариант реализации межразрядных коммутирующих цепей (рис. 3) для реверсивных счетчиков является более предпочтительным? Приведите соответствующие обоснования.

10. Объясните работу ИС декадного счетчика К155ИЕ6.

11. На основе ИС К155ИЕ7 спроектируйте схему суммирующего двоичного счетчика со значением модуля счета К=100.

12. Каким образом можно обеспечить деление частоты следования импульсов в заданное (К) число раз?

Приложение

Микросхемы К155ИЕ6 и К155ИЕ7 - четырехразрядные реверсивные счетчики, аналогичные по структуре. Счетчик ИЕ6 (рис. П1, а ) - двоично-десятичный (декадный), а счетчик ИЕ7 (рис. П1, б) - двоичный. Импульсные тактовые входы для счета на увеличение С_U (вывод 5) и на уменьшение С_D (вывод 4) в этих микросхемах раздельные. Состояние счетчика меняется по положительным перепадам счетных импульсов от низкого уровня к высокому на каждом из этих тактовых входов.

Для упрощения построения счетчиков с числом разрядов, превышающих четыре, обе микросхемы имеют выводы окончания счета на увеличение ( , вывод 12) и на уменьшение ( , вывод 13). От этих выводов берутся тактовые сигналы переноса для последующего и заема от предыдущего четырехразрядного счетчика. Дополнительной логики при последовательном соединении этих счетчиков не требуется: выводы и предыдущей микросхемы присоединяются к выводам C_U и C_D последующей. По входам разрешения параллельной загрузки и сброса R запрещается действие тактовой последовательности и даются команды загрузки четырехразрядного кода в счетчик или его сброса.

В микросхемах ИЕ6 и ИЕ7 счетчики основаны на четырех двухступенчатых триггерах «мастер-помощник». Десятичный счетчик отличается от двоичного внутренней логикой, управляющей триггерами. Счетчики можно переводить в режимы сброса, параллельной загрузки, а также счета на увеличение и уменьшение.

Если на вход С_D подается импульсный перепад от низкого уровня к высокому (дается команда на уменьшение - down), от содержимого счетчика вычитается 1. Аналогичный перепад, поданный на входе С_U, увеличивает результат счета на 1. Если для счета используется один из этих входов, на другом тактовом входе следует зафиксировать напряжение высокого логического уровня. Первый триггер счетчика не может переключиться, если на его тактовом входе зафиксировано напряжение низкого уровня. Во избежание ошибок менять направление счета следует в моменты, когда запускающий тактовый импульс перешел на высокий уровень.

На выходах (окончание счета на увеличение, вывод 12) и (окончание счета на уменьшение, вывод 13) нормальный уровень - высокий. Если счет достиг максимума (цифра 9 для ИЕ6 и 15 для ИЕ7), с приходом следующего тактового перепада на вход С_U от высокого уровня к низкому (более 9 или более 15) на выходе появится низкое напряжение.

Аналогично на выходе появляется напряжение низкого уровня, если на вход С_D пришел счетный перепад низкого уровня. Импульсные перепады от выходов и служат, таким образом, как тактовые для последующих входов С_U и C_D при конструировании счетчиков более высокой разрядности.

Если на вход разрешения параллельной загрузки (вывод 11) подать напряжение низкого уровня, то код, зафиксированный ранее на параллельных входах D0 - D3 (выводы 15, 1, 10 и 9), загружается в счетчик и появляется на его выходах Q0 - Q3 (выводы 3, 2, 6 и 7) независимо от сигналов на тактовых входах. Следовательно, операция параллельной загрузки – асинхронная.

Параллельный запуск триггеров запрещается, если на вход сброса R (вывод 14) подано напряжение высокого уровня. На всех выходах Q_i установится низкий уровень.

Принятые сокращения

БИСбольшая интегральная схема

ГОИ генератор одиночных импульсов

ДНФ дизъюнктивная нормальная форма

ИС интегральная схема

КНФ конъюнктивная нормальная форма

КЦУ комбинационное цифровое устройство

ЛЭ логический элемент

Ммодуль счета

МДНФминимальная дизъюнктивная нормальная форма

МКНФминимальная конъюнктивная нормальная форма

ОФПН основной функционально полный набор

ПЦУпоследовательностное цифровое устройство

СДНФсовершенная дизъюнктивная нормальная форма

СКНФсовершенная конъюнктивная нормальная форма

Ттриггер

ЦУцифровое устройство

Литература

1. Алексеенко А.Г., Шагурин И.М. Микросхемотехника. – М.: Радио и связь, 1982.

2. Вениаминов В.Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение. – М.: Радио и связь, 1989.

3. Савельев П.В., Коняхин В.В. Функционально-логическое проектирование БИС. – М.: Высшая школа, 1990.

4. Схемотехника ЭВМ / Под ред. Г.Н. Соловьева– М.: Высшая школа, 1985.

5. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. – М.: Мир, 1988.

6. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХП – Петербург, 2001.

7. Хоровиц П., Хилл У., Искусство схемотехники: В 3 томах. – М.; Мир, 1993.

8. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. –Челябинск: Металлургия, 1988.

9. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / Под ред. С.В.Якубовского – М.: Радио и связь, 1989.

10. Цифровая и вычислительная техника / Под ред. Э.В. Евреинова. – М.: Радио и связь, 1991.

11. Цифровые устройства на микросхемах / Под ред. В.Л. Волчека и Е.Г. Ойхмана. – М.: Энергия, 1975.

12. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: В 2 томах / Под ред. Д.Н. Панфилова. – Т. 2. Электроника. – М.: Додэна, 2000.

13. Янсен И. Курс цифровой электроники: В 4 томах. – М.: Мир, 1987.

учЕБное ИЗДАНИЕ

Тлостанов Юрий Калиметович

ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ

Лабораторный практикум

по дисциплине

Изд. лиц. Серия ИД № 06202 от 01.11.2001. В печать 22.03.2002.

Формат 60х84 ¹/₁₆. Печать трафаретная. Бумага газетная.

6.97 усл.п.л. 6.0 уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Заказ _______.

Кабардино-Балкарский государственный университет.

360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173

Полиграфическое подразделение КБГУ

360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8 9 1011