Радиоэлектроника

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 ).
                                    [pic]
        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 .

                                    [pic]

      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.

                                    [pic]

      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.
                                    [pic]

      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.

                                    [pic]

      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.
                                    [pic]
      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.
                                    [pic]
 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 "(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  переноса
в старшие разряды на выходе “(9”  вырабатывается  при  превышении  счетчиком
числа 9.
                                 [pic]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 "(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
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           |
|                                                        |             |





смотреть на рефераты похожие на "Исследование работы реверсивных счетчиков"