Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Исследование счетчиков - файл Cхемы.doc


Исследование счетчиков
скачать (159.9 kb.)

Доступные файлы (3):

Cхемы.doc5853kb.08.12.2006 00:40скачать
Lab.0004.doc168kb.19.02.2006 23:38скачать
Лабораторная работа №4.doc88kb.19.02.2006 23:37скачать

содержание

Cхемы.doc

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4.

"ИССЛЕДОВАНИЕ СЧЕТЧИКОВ"


Цель работы – Изучение принципов построения счетчиков и пересчетных схем, выполненных на интегральных элементах c потенциальным представлением информации.

Продолжительность работы: 2 часа.

I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Одной из наиболее распространенных операций, выполняемых в вычислительных устройствах цифровой обработки информации является подсчет числа сигналов импульсного или потенциального вида.

Узел вычислительных устройств, предназначенный для подсчета числа входных сигналов называется счетчиком.

Счетчики широко применяются почти во всех цифровых устройствах автоматики и вычислительной техники. В ЦВМ счетчики и используются: для подсчета шагов программы, для подсчета циклов сложения и вычитания, при выполнении арифметических операций, для преобразования кодов, в делителях частоты и распределителях сигналов и т.д.

^ Классификация счетчиков по основным признакам:

- по системе счисления счетчики делятся на: двоичные, двоично-десятичные, десятичные, счетчики с основанием системы счи­сления неравным 2 и 10 /пересчетные схемы/.

- по реализуемой операции счетчики подразделяются на: суммирующие, вычитающие и реверсивные.

^ Основные параметры счетчиков:

- Модуль счета или коэффициент пересчета счетчика «Ксч» характеризует число /количество/ устойчивых •состояний, в которых может находиться n-разрядный счетчик, т.е. предельное число входных сигналов, которое может быть подсчитано счетчиком.

Двоичный n-разрядный счетчик имеет 2n различных состояний.

Число paзpядoв двoичнoгo cчeтчикa можнo опpeдeлить из выражения:

nlog2 Kсч

где Ксч - коэффициент пересчета;

n - ближайшее целое число, удовлетворяющее данному неравенству.

Максимальная частота поступления входных сигналов - это частота, при которой счетчик еще сохраняет, работоспособность. Она определяется, как правило, максимально допустимой частотой переключёния триггера.

^ Синтез счетчиков и пересчетных схем на универсальных

D - и J-К -триггерах.

Простейшим счетчиком является триггер со счетным входом, считающий сигналы по модулю 2, т.е. осуществляющий подсчет и хранение результата подсчета не более 2-х сигналов. Соединяя определенным образом несколько счетных триггеров, можно получить схему многоразрядного счетчика.

В настоящее время в составе большинства современных серий логических микросхем /133, К133, 155, K155 и др./ имеются широкоиспользуемые D и J-К-триггеры.

При использовании D-триггеров в качестве счетных, его инверсный выход соединяют со своим входом D.

Суммирующий асинхронный счетчик на D триггерах получается, если инверсный выход предыдущего триггера соединить со входом С последующего триггера.

Схема асинхронного 4-х разрядного суммирующего счетчика на D-триггерах приведена на рис. 4.1.

Для построения вычитающего счетчика на D триггерах пря­мой выход предыдущего триггера соединяют со входом С после дующего триггера.

Схема асинхронного "4-х" разрядного вычитающего счетчика на D-триггерах приведена на рис. 4.2. Для построения суммирующего асинхронного счетчика на J-K-триггерах необходимо соединить прямые выходы предыдущих триггеров со входом С последующих триггеров.

Схема асинхронного 4-х разрядного суммирующего счетчика на J-K-триггерах приведена на рис. 4.3.

Вычитающий асинхронный счетчик на J-К триггерах можно получить если инверсный выход предыдущего триггера соединить со входом С последующего триггера.

Схема вычитающего асинхронного 4-х разрядного счетчика на J-K -триггерах приведена на рис. 4.4.

Реверсивные счетчики осуществляют подсчет сигналов как в прямом, так и в обратном направлении, т.е. они могут работать в режиме сложения и в режиме вычитания сигналов

Для построения реверсивных счетчиков необходимо предусмотреть схемы пропускающие сигналы на вход следующих триггеров либо с инверсного /при суммировании/, либо с прямого /при вы­читании/ выходов предыдущего триггера.

Схема асинхронного 3-х разрядного реверсивного счетчика на D -триггерах со схемой управления прямым и обратным счётом приведена на рис. 4.5.

Асинхронные реверсивные последовательные счетчики на J-K-тpиггepax строятся аналогично реверсивным счетчикам на J-K- триггерах.

Схема асинхронного последовательного реверсивного счетчика на J-К- триггерах со схемой управления прямым и обратным счетом на J-K-триггере представлена на рис. 4.6.

Рассмотренные выше счетчики имели коэффициент пересчета равный 2n, где n - число разрядов счетчика. Однако на практике возникает необходимость в счетчиках, коэффициент пересчета которых отличен от 2n. Очень часто, например, применяются счетчики с К =3; 10 и т.д., т.е. счетчики, имеющие соответственно 3;10 и т.д. устойчивых состояний.

Принцип построения таких счетчиков заключается в исключении лишних устойчивых состояний у счётчика с Ксч =2n, т е. в организации схем, запрещающих некоторые состояния.

Число запрещенных состояний для любого счетчика можно определить из следующего выражения:
где m - число запрещенных состояний ;

Ксч - требуемый коэффициент счета;

2n - число устойчивых состояний двоичного счетчика.

Так, например, у счетчика с Ксч=3, который строится на двух счетных триггерах, и у счетчика с Ксч =10, который строится на четырех счетных триггерах, число избыточных состояний соглас­но вышеприведенной формуле равно 1 и 6 соответственно.

Рассмотрим способ построения счетчика с естественным по­рядком счета, у которого уменьшение числа устойчивых состояний достигается за счет сбрасывания счетчика в нулевое состояние при записи в него заданного числа сигналов.

В соответствии с этим способом к счетчику добавляется ло­гическая схема, проверяющая условие: «код на счетчике изобража­ет число равное Ксч и в зависимости от результата проверки направляет входной сигнал либо на шину "установка 0", либо на суммирование к записанному коду.

Это условие может быть проверено n-входной схемой И, связанной с прямыми выходами тех триггеров, которые при записи в счетчике числа Ксч должны находиться в состоянии «1» и с инверсными выходами триггеров, которые в этом случае должны находиться в состоянии «0».

Практически число входов элемента "И" можно сократить, связав его с прямыми выходами, т.к. сочетание единиц в записи кода числа Ксч может повториться только в недозволенных кодах больших Ксч.

Рассмотрим синтез схемы подобного счетчика на примере Ксч=10 ,т.е. счетчик должен иметь 10 состояний - от 0 до 9 в десятичной системе и от 0000 до 1001 в двоичной системе. Снача­ла определяется разрядность счетчика

nlog2 Kсч=log2103.35

Полученное значение n округляется до ближайшего целого числа, т.е. n=4. Затем определяется какие разряды счетчика будут находится в единичном состоянии при записи в счетчик Ксч.

Kсч=1010=1010=

Прямые выходы этих разрядов заводятся на входы логической схемы И и далее в цепь установки "0". Таким образом при достижении счетчиком значения Ксч он ав­томатически возвращается в состояние 0000 и счет начинается снова.

На рис. 4.7. и 4.8 приведены схемы суммирующих счетчиков с Ксч=10 построенных на D -триггерах и J-К- триггерах.
^ II. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

А. Изучение описания лабораторной работы и проверки лабора­торного макета.

1. Внимательно прочитать теоретическую часть описания лабораторной работы.

2. Включить питание лабораторного макета. Должна загореть­ся зеленая лампочка около тумблера "вкл".

3. Проверить набор прилагаемых соединительных шнуров на обрыв, подключая каждый шнур одним концом к тумблеру, а другим к индикаторной лампочке.

Б. Знакомство с работой счетчиков на D- триггерах.

1. По указанию преподавателя собрать одну из схем счетчиков на D -триггерах, соединяя триггеры с помощью соединительных шнуров в соответствии со схемами на рис. 4.1., 4.2.

2. Шину установки 0 /"У"О"/ подключить к одному из тумб­леров тумблерного регистра (верхнее гнездо) для снятия потенци­ала, необходимого для установки счетчика в нулевое состояние. Верхнее положение тумблера счетный режим, нижнее - установка "0".

3. Прямые выходы триггеров подключить к индикаторным лам­почкам.

4. Для проверки работы счетчика в статическом режиме подключить ко входу счетчика генератор одиночных импульсов. На вход синхронизации /"синхр"/ генератора одиночных импульсов подать синхронизирующие импульсы CH1 « ». Произвести обнуление счетчика тумблером У «0»

  1. Нажимая кнопку Пуск генератора одиночных импульсов проверить работоспособность счетчика по тактам, фиксируя состояние триггеров счетчика по индикаторным лампочкам и занося их в таблицу 4.1.

Таблица 4.1.



п/п

Q1

Q2

Q3

Q4

0













1













2













3













4













5













6













7













8













9













10













11













12













13













14













15













16















B. Знакомство с работой счетчиков на J-К -триггерах.

I. По указанию преподавателя собрать одну из схем Счетчика на -триггерах, рис.4.3, 4.4.

2. Для снятия потенциала, необходимого для установки счёт­чика в нулевое состояние, шину У"0" подключить к одному из тумб­леров тумблерного регистра (п/п Б. 2).

3. Прямые выходы триггеров подключить к индикаторным лам- почкам.

4. Для проверки работы счетчика в статическом режиме ко входу счетчика подключить генератор одиночных импульсов, не вход "синхр" которого подать синхронизирующие импульсы СИ1 Произвести обнуление счетчика тумблером У"0".

5. Проверить работоспособность счетчика по тактам, нажимая кнопку "Пуск" генератора одиночных импульсов.

Состояние триггеров счетчика фиксируется по индикаторным лампочкам и заносится в табл. аналогичную табл.4.1.

Г. Знакомство с работой пересчетной схемы при естественном порядке счета.

1. Для указанного преподавателем модуля cчета Ксч=9,11,12,13,14,15 в соответствии с изложенной методикой собрать пересчетную схему на D -триггерах или J-К -триггерах.

2. Прямые выходы триггеров подключить к индикаторным лампочкам.

3. Установку "О" производить аналогично п/п Б.2. Работа счетчика аналогично п/п Б.4, Б.5. Состояние счетчика фиксировать в таблице аналогично таблице 4.1.

^ III. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

1. Принципиальные схемы счетчиков на D- и J-К -триггеpax, переcчетной схемы на D -триггерах и на J-K-триггерах.

2. Заполненные таблицы состояний триггеров счетчика.

3. Временные диаграммы, поясняющие работу разрядов счетчиков.
^ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назначение счетчиков в вычислительных устройствах.

2. Признаки классификации счетчиков.

3. Коэффициент пересчета счетчика.

4. Чем определяется максимальная частота поступления входных сигналов на счетчик? 5. Как построить суммирующий двоичный счетчик на D-триггерах?

Схема асинхронного 4-х разрядного суммирующего счетчика на D-триггерах:

Выход на индикацию

          

У"0".

Рис. 4.1.


Схема асинхронного "4-х" разрядного вычитающего счетчика на D-триггерах:


Выход на индикацию


У"0".


Рис. 4.2.

Схема асинхронного 4-х разрядного суммирующего счетчика на J-K-триггерах:


Выход на индикацию


У"0".


Рис. 4.3.


Схема вычитающего асинхронного 4-х разрядного счетчика на J-K -триггерах

Выход на индикацию



У"0".


Рис. 4.4.

Схема асинхронного 3-х разрядного реверсивного счетчика на D -триггерах со схемой управления прямым и обратным счётом


Выход на индикацию

На индикацию






У"0".

Рис. 4.5.


Схема асинхронного последовательного реверсивного счетчика на J-К- триггерах со схемой управления прямым и обратным счетом на J-K-триггере

Выход на индикацию

На индикацию



У"0".

Рис. 4.6.



У"0".

Рис. 4.7.


У"0".

Рис. 4.8.



Выход на индикацию

На индикацию



У"0".

Рис. 4.6.




Скачать файл (159.9 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации