Реферат: Исследование работы реверсивных счетчиков

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №З

ИССЛЕДОВАНИЕРЕВЕРСИВНОГО СЧЕТЧИКА

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Цель работы 2. Основные теоретические положения 3. Описание обьекта и средств исследования 4. Методические рекомендации к выполнению работы 5. Содержание отчета 6. Контрольные вопросы 7. Список использованной литературы

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работыявляется:

- теоретическое изучениепринципа работы счетчиков и регистров;

- экспериментальное исследованиесчетчика-регистра на интегральных микросхемах.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕПОЛОЖЕНИЯ

Регистры и счетчикиотносятся к разряду цифровых устройств и являются одним из наиболее распространенных элементов вычислительной техники. Они широко используются для построенияустройств ввода, вывода и хранения информации, а также для выполнения некоторыхарифметических и логических операций.

Дляпостроения счетчиков и регистров используются синхронные триггеры, переключениекоторых происходит только при наличии синхронизирующего сигнала (синхроимпульса ) на входе С. Наиболее часто для построения регистров исчетчиков используется универсальный Д — триггер, имеющий специальный информационныйвход Д, и динамический вход С ( рис.1 ).

2.1. Устройство,называемое регистром, служит в основном для хранения чисел в двоичном коде привыполнении над ними различных арифметических и логических операций. С помощьюрегистров выполняютоя такие действия над числами, как передача их из одногоустройства в другое, арифметический и логический сдвиг в сторону младших илистарших разрядов, преобразование кода из последовательного в параллельный и наобороти т.д. Функциональная схема и условно — графическое обозначение регистрапараллельного типа, собранного на универсальных Д-триггерах, приведена на рис.2.

По сигналу на входе Синформация, поступившая на входы DО¸DЗ,записывается в регистр и хранится в нем до тех пор, пока не произойдет записьдругой информации, либо не поступит сигнал на вход R, обнуляющий регистр.

Функциональная схемаи условно-графическое обозначение регистра сдвига представлены на рис.З.

Последовательныйинформационный код поступит на вход D регистра. Импульс команды сдвига Сподается одновременно на синхронизирующие входы всех триггеров регистра и переводиткаждый 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 входсигналов ( импульсов ) в произвольной системе счисления. Двоичные счетчикистроятся на основе триггеров, работающих в счетном режиме ( Т — триггер илисчетный триггер).

Счетный триггер можетбыть получен из универсального D — триггера путем соединения его инверсноговыхода 0 со входом D.

Счетный триггер иэпюры сигналов, поясняющие его работу, представлены на рис.4.

У счетного триггерасостояние выхода изменяется на противоположное при поступлении на вход Скаждого очередного счетного импульса.

Функциональная схемаи условнографическое обозначение двоичного счетчика с коэффициентом пересчета 23представлена на рис.5.

Каждый поступающий навход счетчика импульс перебрасывает первый триггер в противоположное состояние(рис.6). Сигнал с инверсного выхода предыдущего триггера является входнымсигналом для последующего и, таким образом, комбинация сигналов на выходах Q1,Q2, Q3 будет соответствовать числу поступивших на входсчетчика импульсов, представленному в двоичном коде. Счетчик данного типаназывается асинхронным счетчиком.

Если на счетный входкаждого последующего триггера счетчика подавать сигнал с прямого выходапредыдущего триггера, то счетчик будет производить операцию вычитания. Счетчики,способные выполнять функции сложения и вычитания, называются реверсивными.

Для построениясчетчика с требуемым коэффициентом пересчета М, отличным от величины 2N(N — число двоичных разрядов счетчика), используется принудительный сброссчетчика в исходное состояние при достижении счетчиком числа М. Пример такогосчетчика с М=9 (М=10012) представлен на рис.7.

3. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА И СРЕДСТВИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Функциональнаясхема исследуемого устройства представлена на рис.8. Устройство включаетдвоично — десятичный счетчик ДД2, двоичный счетчик ДДЗ, коммутатор входных сигналовДД1 и логические элементы ДД4 и ДД5, выполняющие функции элементов объединения.

Для подачиинформационных и управляющих сигналов используется специальное устройство,управляемое наборными кнопками с фиксацией SА1¸SА16.Нажатому состоянию соответствует сигнал логической «1», отжатомусостоянию — сигнал логического «0». Кнопки SА1¸SА16 расположены в левой частилабораторного стенда под надписью «Программатор кодов».

3.2. Функциюдвоичного счетчика выполняет микросхема К155ИЕ7. Данная микросхема представляетсобой реверсивный четырехразрядный счетчик — регистр, в котором кроме двухсчетных входов ( суммирующего "+1" и вычитающего "-1" ) ивхода 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"³15" и " <0", на которых при достижении счетчиком указанных чисел появляются сигналылогического «0». Выход "³15"в этом случае следует соединять с входом "+1", выход "<0" — с входом "-1" аналогичной микросхемы.

3.3. Функциюдвоично-десятичного счетчика ДД2 выполняет микросхема К155ИЕ6. У заданноймикросхемы коэффициент пересчета М=10 и сигнал переноса в старшие разряды навыходе “³9” вырабатывается припревышении счетчиком числа 9.

/>Рис.8

3.4. При исследованииодного из счетчиков, другой должен находиться в исходном состоянии, чтодостигается подачей на вход R данного счетчика уровня логической «1»с помощью кнопок SА10 или SA11.

3.5. Записьинформации в счетчики производится в параллельном коде путем подачи на входы ДО¸ДЗ логических сигналов «0» и«1» с помощь кнопок SА1¸SА4и подачи сигнала логического «0» на вход С с помощью кнопки SА9 (дляэтого кнопку SА9 надо отжать и снова нажать ).

З.6. Счетные импульсыдолжны поступать на исследуемую схему с клеммы «непр.имп,» ( " ~|_|~|_|~ “ ) в виде непрерывной импульсной последовательности и с клеммы«пачка имп.» ( "_|~|_|~|_" ) в виде пачки импульсов счислом импульсов в пачке от 1 до 15. Управление режимом работы входов"+1" и "-1" счетчиков производится о помощью кнопок SA13¸SА16, которые обеспечивают выполнениеследующих функций:

SА13(«непр,+») — разрешение прохождения непрерывной импульснойпоследовательности 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. Недопускается одновременное нажатие двух и более кнопок SА13¸S А16.

3.7. Для заданиячисла импульсов в пачке и посылки необходимой пачки в исследуемый узелиспользуются четыре кнопки с фиксацией «20» ¸ «23 » и двекнопки без фиксации «Пуск» и “Устан.О", расположенные на панелилабораторного стенда под надписью «Программатор СИ».

При этом должнасоблюдаться следующая последовательность операций:

3.7.1. Набратьзаданное число импульсов в пачке в двоичном коде с помощью кнопок “20” ¸ «23». Нажатойкнопке соответствует логическая «1» (при этом загораетсясоответствующий индикатор).

3.7.2. Нажать кнопку«устан.О».

3.1.3. В режименаблюдения одновременно двух сигналов на экране мультиметра величина и взаимноерасположение этих сигналов регулируется ручками "~ " и “¯“соответственно в поле надписи «Коммутатор» отдельно для каждогоканала ( «Вх1» для КПИ 10 и «Вх2» для КПИ 9 ).

3.2. Исследованиеэлемента ДД3 в статическом и динамическом режиме.

3.2.1. Логическиесигналы «0» и «1» на входе триггеров задаются с помощьюкнопок с фиксацией SА1¸SА6, расположенныхна передней панели блока К32 под надписью «Программатор кодов».Отжатое состояние кнопки соответствует заданию логического «0», анажатое — заданию логической «1». Нажатое состояние кнопкисопровождается загоранием соответствующего светодиода зеленого цвета,расположенного вблизи данной кнопки «Программатора кодов».

3.2.2. Для подачиположительного импульса ( "_|~|_" ) на вход С триггера необходимократковременно перевести соответствующую кнопку из отжатого состояния в нажатоеи обратно.

3.2.3. Для индикациилогических сигналов на выходе триггера, работающего в статическом режиме (верхняя часть элемента ДДЗ ), служит левое цифровое табло блока К32. При этомкнопка " IO |_2 ", расположенная непосредственно под табло, должнанаходиться в нажатом состоянии.

3.2.4. Нижняя частьэлемента ДДЗ представляет собой триггер, работающий в счетном режиме. На егосчетный вход С поступает непрерывная последовательность импульсов. Одновременнотакая же последовательность импульсов поступает в КПИ1. Выходные сигналытриггера ( прямой и инверсный ) поступают в КП2 и КПИЗ соответственно.

3.2.5. Лабораторныйстенд позволяет наблюдать на экране мультиметра одновременно два сигнала слюбых двух КПИ из восьми ( двухканальный режим наблюдения ). Выбор двух определенныхКПИ производится следующим образом:

3.2.5.1. Нажатькнопку " ВСВ |_ ВНК " под надписью «КВУ», при этом у левыхиндикаторов обоих цифровых табло начинает светиться знак запятой.

3.2.5.2. При отжатойкнопке«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 номервыбранного КПИ.

3.2.5.3. При нажатойкнопке «Вх1 |_ Вх2» повторить указанную процедуру для второго выбранногоКПИ. Номер этого КПИ появится у знака запятой правого табло.

3.2.5.4. Нажатькнопку «Коммутатор» под надписью «Контроль V~»'. Теперь двавыбранных КПИ через каналы коммутатора лабораторного стенда соединены сосциллографом мультиметра. Регулировка величины и расположения сигналов наэкране осуществляется раздельно ручками " ~ " и " ¯" под надписью «Коммутатор». Слева расположены ручки регулировкипервого канала коммутатора, справа — второго канала коммутатора.

3.2.5.5. Для выходаиз режима наблюдения сигналов на экране мультиметра перевести кнопку «ВСВ|_ БНК» под надписью «КВУ» в отжатое состояние.

3.3. Исследованиеэлементов ДД4 (статический режим) и ДД5 (счетный режим ).

3.3.1. Логическиесигналы «0» и «1» на S, R, J и К — входы универсальныхтриггеров подаются с помощью кнопок SА7¸SА12( аналогично рассмотренному в п.п.2.1. ).

3.3.2. Сигнал навход С триггера поступает от встроенного генератора импульсов лабораторногостенда, который вырабатывает серию импульсов положительной полярности. Число импульсовможет 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 работыгенератора. При этом должна соблюдаться следующая последовательность действий:

3.3.2.1. Набратьчисло импульсов в пачке в двоичном коде с помощью кнопок " 20¸ 23 ". Кнопки внажатом состоянии соответствует двоичная единица ( при этом загораетсясоответствующий светодиод ).

3.3.2.2. Нажатькнопку «Устан.О»и убедиться, что светодиод кнопки «Пуск»погашен. Генератор импульсов готов к работе.

3.3.2.3. Нажатькнопку «Пуск». При этом генератор вырабатывает нужную пачкуимпульсов. Для повторного включения генератора нажать кнопку«Устан.О», а затем кнопку «Пуск» и т.д.

3.3.3. Контрольвыходных сигналов триггеров ДД4 осуществляется с помощью левого цифрового таблона блоке К32.

3.3.4. Счетныеимпульсы 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 повторнойпосылки пачки импульсов нажать кнопку «Устан.О» и затем — кнопку«Пуск» и т.д.

3.8. Считываниепоказаний счетчика производится с помощью двух цифровых табло, каждое изкоторых содержит четыре семисегментных индикатора. Оба табло расположены влевом верхнем углу лабораторного стенда. На левом цифровом табло индикациячисла производится в двоичном коде, на правом - в десятичном коде ( длявыбора того или иного кода кнопку «10 |_ 2» необходимо установить всоответствующее положение ).

3.9. Выходные сигналыдвоичных разрядов и сигналы переносов счетчиков, а также входные счетныеимпульсы сложения и вычитания, поступают параллельно на восемь каналов передачиинформации КПИ1¸КПИ8, что даетвозможность их наблюдения на экране мультиметра, входящего в составлабораторного стенда.

Одновременно наэкране 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 отжатойкнопке «Вх1 |_ Вх2» набрать с помощью кнопок " 20¸ 23 ", двоичный код первоговыбранного КПИ и нажать кнопку «Пуск». При этом на левом таблопоявится номер выбранного КПИ.

3.9.3. Повторитьуказанную процедуру при нажатой кнопке «Вх1 |_ Вх2». Номер второго выбранногоКПИ должен появиться на правом табло.

3.9.4. Нажать кнопку«Коммутатор» под надписью «Контроль”. При этом выбранные КПИ подсоединяютсяк соответствующему входу мультиметра. Размах и ориентация сигналов на экранемультиметра регулируется потенциометрами » ~ " и " ¯", расположенными под надписью «Коммутатор» отдельно длякаждого канала.

3.9.5. Для выхода изрежима наблюдения сигналов на экране мультиметра необходимо отжать кнопку«ВСВ |_ ВНК» под надписью «КВУ».

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ КВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

4.1. Исследоватьвлияние исходного состояния счетчиков на правильность вводимой информации приподаче сигналов на входы Д0¸ДЗ.

4.1.1. Ввестипараллельным кодом с помощью кнопок SА1¸SА4и SА9 некоторые заданные числа ( например " 710, 1110, 810, 1210, 1510, 1010 “) водин из счетчиков ( см. п.3.5. ), одновременно производя считывание результатовс помощью цифровых табло.

4.1.2. Повторитьоперации, указанные в п.4.1.1., для другого счетчика. Сделать выводы по п.4.1.

4.2. Исследоватьработу счетчиков в счетном ( суммирующем ) режиме с предварительной записьюисходной информации.

4.2.1. Подготовитьгенератор 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. Ввестипараллельным кодом в один из счетчиков заданное преподавателем число.

4.2.4. Подаваяодиночные 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 втаблицу 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

СТ2

СТ10

4.2.5. Повторитьп.п.4.2.3., 4.2.4. для другого счетчика (см. п.3.4.).

4.3. Исследоватьработу счетчика в вычитающем счетном режиме с предварительной записью в негоинформации.

4.3.1. Подготовитьподачу пачки импульсов на вычитающие входы счетчика, приведя кнопку SA14 вотжатое, а кнопку SA16 — в нажатое состояние.

4.3.2. Выполнитьоперации, указанные в п.п. 4.2.3.¸4.2.5.

4.4. Исследоватьсуммирующий и вычитающий режим работы счетчиков.

4.4.1. Подготовитьгенератор пачки импульсов для генерации пачки с числом импульсов от 5 до 9 (п.3.7. ).

4.4.2. Установитьисследуемой счетчик в исходное состояние (обнулить). Выбрать режим счета ("+" или "-" ) с помощью кнопок SА14 и SA16.

4.4.3. Подать насчетчик пачку импульсов. Сравнить показания счетчика с заданным числом.Повторить указанную процедуру несколько раз, прогнозируя при этом показания счетчиков.

4.4.4. Изменить режимработы счетчика, поменяв состояние кнопок SА14 и SА16, и выполнить операции,указанные в п.п.4.4.2. и 4.4.3.

4.4.5. Повторитьуказанную процедуру ( п.п.4,4.2.¸4.4.4. ) для другого счетчика.

4.5. Исследоватьработу счетчиков в режиме переноса.

4.5.1. Подать насуммирующие входы счетчиков последовательность импульсов с помощью кнопки SА13.

4.5.2. Исследоватьработу выхода "³15"счетчика СТ2, подключив КПИ1 на первый канал коммутатора, а КПИ8 не второйканал коммутатора в соответствии с «п.3.9.1.¸3.9.4. При этом счетчик СТ10 необходимо отключить нажатием кнопки SА10.

4.5.3. Ручкамиплавной регулировки „~“ и » ¯ " под надписью«Коммутатор», а также с помощью ручки «Стаб.» на панелимультиметра 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 СТ2необходимо отключить нажатием кнопки SA11.

4.5.5. Выполнитьп.4.5.3.

4.5.6. Подать навычитающие входы счетчиков последовательность импульсов с помощью кнопки SA15.

4.5.7. Исследоватьработу 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. Выполнитьп.4.5.3. для выходов "< 0" обоих счетчиков.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название и цель лабораторнойработы.

2. Функциональная схемаисследуемого устройства.

3. Таблицы и эпюры напряжений.

4. Выводы по работе.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем заключается преимуществодвоичной системы счисления по сравнению с другими системами?

2. Что такое регистр и каково егоназначение?

3. Как работает двоичный счетчикимпульсов?

4. Чем определяется необходимоечисло триггеров в счетчике ирегистре?

5. С помощью чего обеспечиваетсяперевод счетчика из режима сложения в режим вычитания?