Меню

Лабораторная работа исследование счетчиков электрических импульсов



Исследование счетчиков — файл Лабораторная работа №4.doc

Доступные файлы (3):

Cхемы.doc 5853kb. 08.12.2006 00:40 скачать
Lab.0004.doc 168kb. 19.02.2006 23:38 скачать
Лабораторная работа №4.doc 88kb. 19.02.2006 23:37 скачать

Лабораторная работа №4.doc

Лабораторная работа № 4.

по курсу «Архитектура ЭВМ»
Моделирование работы счётчиков с помощью

программы анализа электронных схем

Цель работы: Ознакомление c возможностями моделирования работы схем счетчиков. Исследование счетчиков различных типов, построение счётчиков с заданным модулем счёта.

Продолжительность работы: 4 часа.
1. Основные понятия.
Счётчик — это электронное устройство для подсчета количества импульсов. По мере поступления входных сигналов счётчик последовательно изменяет свои состояния в определённом для данного типа счётчика порядке.

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

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 2 n 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

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 Dтриггерах приведена на рис. 4.1.

Читайте также:  Электросчетчики однофазны схема с автоматами

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 2 n , где n число разрядов счетчика. Однако на практике возникает необходимость в счетчиках, коэффициент пересчета которых отличен от 2 n . 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 =2 n , 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;

2 n — 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.

Читайте также:  Почему трещит водяной счетчик

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.

^ 2. Используемые элементы программы EWB.

1) Voltage Source. С помощью этого источника на вход

триггеров и логических элементов подается логическая единица.

2
) Переключатель (Basic->Switch). Переключение производится нажатием на клавишу, указанную в скобках над этим элементом.

3
) Логический элемент «И» (Logic gates->2-Input AND gate).
4
) Логический элемент «ИЛИ» (Logic gates->2-Input OR gate).


5
) Триггер типа D (Digital->D Flip-Flop)

6
) Светоиндикатор (Indicators->red Prob). При подаче на этот элемент логической единицы светодиод загорается красным цветом.

7
) Источник прямоугольных сигналов (Sources->Clock).

Выполняет функцию синхронизатора, который обеспечивает

одновременность подачи сигналов на входы триггеров.

8
) Универсальный J-K триггер.

9) Универсальный J-K триггер с установочными входами.
10) Семисегментный цифровой индикатор.

3.1. Составить схему асинхронного суммирующего

счётчика на D-триггерах.

3.1.3 Пятивольтовый источник напряжения подсоединяется через переключатель к входу D1 триггера младшего (левого) разряда счетчика.
Для настройки управлением переключателя необходимо назначить клавишу для переключения данного переключателя. Для этого нужно двойным щелчком мыши кликнуть на изображении переключателя и меню настройки в форме KEY указать эту клавишу.
3.1.4 Инверсный выход триггера подключить к D-входу триггера,

чтобы обеспечить работу в счётном режиме. Такое соединение провести на всех триггерах всех разрядов.
3.1.5 К прямым выходам разрядов подключить семисегментный

Читайте также:  Опломбирование электросчетчика кто делает

индикатор с дешифратором.

3.1.6. Итоговая схема счетчика может быть такой:

^ 3.2. Порядок проведения исследования работы

3.2.1. Собрать четырёхразрядный асинхронный суммирующий счётчик на J-K триггерах. К прямым выходам триггеров подсоединить

семисегментный индикатор и светодиодные индикаторы.

Исследовать и зарисовать временную диаграмму работы счётчика.

Переделать схему в вычитающий счётчик. Зарисовать временную диаграмму работы.

3.3.2 Составить схему суммирующего синхронного

счётчика.
В основе схемы используются J-K триггеры. Из-за того,

что в библиотечных триггерах J-K есть только один J и один К

вход, необходимо реализовать логику управления старшими разрядами на внешних логических элементах.
На синхровходы всех разрядов подать синхроимпульсы

от генератора прямоугольных импульсов. На объединённые входы

J и K младшего разряда подать счетным импульс от пятивольтового источника с помощью переключателя.

Зарисовать временную диаграмму и пояснить с помощью

светодиодов, в какой момент осуществляется передача счётного сигнала старшему разряду.

^ 3.4. Моделирование работы счетчика Джонсона
Для получения схемы счетчика Джонсона необходимо соединить

инверсный выход старшего разряда регистра с входом младшего.

Изменяя частоту синхроимпульсов, можно добиться разной скорости изменения состояний.

^ 3.5. Задание для самостоятельной работы.
3.5.1. Собрать схему реверсивного асинхронного счётчика.

Управление направлением счёта организовать с помощью

3.5.2. Ограничить модуль счётчика (вычитающего или суммирующего) числом, назначенным преподавателем. Собрать

схему анализа модуля счёта.
3.5.3. Собрать схему синхронного 4-х разрядного счётчика на универсальных J-K триггерах.

^ 4. Содержание отчета.

1. Схемы, моделирующие работу счётчиков по всем пунктам

2. Временные диаграммы, поясняющие работу счётчиков.

3. Проанализировать работу счётчиков с помощью цифрового

индикатора (по выбору).

^ 5. Контрольные вопросы.
1. Назначение счётчиков в вычислительных устройствах.

2. Признаки классификации счётчиков.

3. Коэффициент пересчёта счётчика.

4. Чем определяется максимальная частота поступления входных

сигналов на счётчик?

5. Какое свойство J-K триггеров позволяет построить на их основе синхронные счётчики?

6. Какое устройство позволяет построить реверсивный счётчик?

7. Поясните временную диаграмму работы счётчика Джонсона.

6. Литература.
1. В.И. Карлащук. Электронная лаборатория на IBM PC.

2. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях:

Практикум на Electronics Workbench: В 2-х томах /Под общей

редакцией Д.И.Панфилова. М.: ДОДЭКА,2000.

3. Потёмкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 320 с.

4. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учебное пособие

для втузов. — СПб.: Политехника, 1996. — 885 с.

5. Савельев А.Я. Арифметические и логические основы цифровых автоматов: Учебник. — М.: Высшая школа, 1980.-255 с.

6. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. — СПб.: БХВ — Санкт-Петербург, 2000 — 528 с.: ил.

Источник

Adblock
detector