Реферат: Исследование работы реверсивных счетчиков

          ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №З

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕВЕРСИВНОГО СЧЕТЧИКА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

                                                                   

            Цельюработы является:

  — теоретическое изучение принципа работысчетчиков и регистров;

  — экспериментальное исследованиесчетчика-регистра на интегральных микросхемах.

                                                                   

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕПОЛОЖЕНИЯ

                                                                   

             Регистры и счетчики относятся к разрядуцифровых устройств и являются одним из наиболее распространенных  элементов вычислительной техники. Они широкоиспользуются для построения устройств ввода, вывода и хранения информации, атакже для выполнения некоторых арифметических и логических операций.

             Для построения счетчиков и регистровиспользуются синхронные триггеры, переключение которых происходит только приналичии синхронизирующего сигнала ( синхроимпульса ) на входе  С. Наиболее часто для построения регистров исчетчиков используется универсальный  Д — триггер, имеющий специальный информационный вход  Д, и динамический вход  С  ( рис.1 ).

<img src="/cache/referats/2164/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

             2.1. Устройство, называемое регистром, служитв основном для хранения чисел в двоичном коде при выполнении над нимиразличных  арифметических и логическихопераций. С помощью регистров выполняютоя такие действия над числами, какпередача их из одного устройства в другое, арифметический и логический сдвиг всторону младших или старших разрядов, преобразование кода из последовательногов параллельный и наоборот и т.д. Функциональная схема и условно — графическоеобозначение регистра параллельного типа, собранного на универсальныхД-триггерах, приведена на рис.2 .

<img src="/cache/referats/2164/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">

            Посигналу на входе С информация, поступившая на входы DО¸DЗ, записывается в регистри хранится в нем до тех пор, пока не произойдет запись другой информации, либоне поступит сигнал на вход R, обнуляющий регистр.

            Функциональнаясхема и условно-графическое обозначение регистра сдвига представлены на рис.З.

<img src="/cache/referats/2164/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">

            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 поступающихна вход сигналов ( импульсов ) в произвольной системе счисления. Двоичныесчетчики строятся на основе триггеров, работающих в счетном режиме ( Т — триггер  или счетный триггер).

            Счетныйтриггер может быть получен из универсального D — триггера путем соединения егоинверсного выхода  0 со входом  D.

            Счетныйтриггер и эпюры сигналов, поясняющие его работу, представлены на рис.4.

<img src="/cache/referats/2164/image008.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">

            Усчетного триггера состояние выхода изменяется на противоположное при поступлениина вход С каждого очередного счетного импульса.

            Функциональнаясхема и условнографическое обозначение двоичного счетчика с коэффициентомпересчета 23 представлена на рис.5.

<img src="/cache/referats/2164/image010.jpg" v:shapes="_x0000_i1029">

            Каждыйпоступающий на вход счетчика импульс перебрасывает первый триггер в противоположноесостояние (рис.6). Сигнал с инверсного выхода предыдущего триггера является входнымсигналом для последующего и, таким образом, комбинация сигналов на выходах Q1,Q2, Q3  будетсоответствовать числу поступивших на вход счетчика импульсов, представленному вдвоичном коде. Счетчик данного типа называется асинхронным счетчиком.

 <img src="/cache/referats/2164/image012.jpg" v:shapes="_x0000_i1030">

            Еслина счетный вход каждого последующего триггера счетчика подавать сигнал спрямого выхода предыдущего триггера, то счетчик будет производить операциювычитания. Счетчики, способные выполнять функции сложения и вычитания,называются реверсивными.

            Дляпостроения счетчика с требуемым коэффициентом пересчета М, отличным от величины2N (N — число двоичных разрядов счетчика), используетсяпринудительный сброс счетчика в исходное состояние при достижении счетчикомчисла М. Пример такого счетчика с М=9 (М=10012) представлен на рис.7.

<img src="/cache/referats/2164/image014.jpg" v:shapes="_x0000_i1031">

 3. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА И СРЕДСТВ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

            3.1.Функциональная схема исследуемого устройства представлена на рис.8. Устройствовключает двоично — десятичный счетчик ДД2, двоичный счетчик ДДЗ, коммутаторвходных сигналов ДД1 и логические элементы ДД4 и ДД5, выполняющие функцииэлементов объединения.

            Дляподачи информационных и управляющих сигналов используется специальное устройство,управляемое наборными кнопками с фиксацией SА1¸SА16. Нажатому состоянию соответствует сигналлогической «1», отжатому состоянию — сигнал  логического «0». Кнопки  SА1¸SА16 расположены в левой части лабораторного стендапод надписью «Программатор кодов».

                                                

            3.2.Функцию двоичного счетчика выполняет микросхема К155ИЕ7. Данная микросхемапредставляет собой реверсивный четырехразрядный счетчик — регистр, в которомкроме 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 наращиванияразрядности счета в микросхеме предусмотрены выходы "³15"и " < 0", на которых при достижении счетчиком указанных чиселпоявляются сигналы логического «0». Выход  "³15" 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 заданноймикросхемы коэффициент пересчета М=10 и сигнал переноса в старшие разряды навыходе “³9”вырабатывается при превышении счетчиком числа 9.

<img src="/cache/referats/2164/image016.jpg" v:shapes="_x0000_i1032">

            3.4.При исследовании одного из счетчиков, другой должен находиться в исходном состоянии,что достигается подачей на вход  Rданного счетчика уровня логической «1» с помощью кнопок SА10 илиSA11.

                                                             

            3.5.Запись информации в счетчики производится в параллельном коде путем подачи навходы ДО¸ДЗлогических сигналов «0» и «1» с помощь кнопок SА1¸SА4и 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 1до 15. Управление режимом работы входов "+1" и "-1"счетчиков производится о помощью кнопок SA13¸SА16, которые обеспечивают выполнение следующихфункций:

                                                           

            SА13(«непр,+») — разрешение прохождения непрерывной импульсной последовательностина входы "+1" счетчиков;              

            SА14(«пачка +») — разрешение прохождения пачки импульсов на входы"+1" счетчиков;                                      

            SА15(“непр.-") — разрешение прохождения непрерывной последовательностиимпульсов на входы "-1" счетчиков;              

            SА16(«пачка -») — разрешение прохождения  пачки  импульсов на   входы  

"- 1" счетчиков,

            Примечание.Не допускается одновременное нажатие двух и более                   кнопок SА13¸SА16.

            3.7.Для задания числа импульсов в пачке и посылки необходимой пачки в исследуемыйузел используются четыре кнопки с фиксацией «20» ¸«23 » и две кнопки без фиксации «Пуск» и “Устан.О",расположенные на панели лабораторного стенда под надписью «ПрограмматорСИ».

            Приэтом 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 ивзаимное расположение этих сигналов регулируется ручками "~ " и “­¯“соответственно в поле надписи «Коммутатор» отдельно для каждогоканала ( «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 спомощью кнопок с фиксацией SА1¸SА6,расположенных на 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 подачи положительного импульса ( "_|~|_" ) на вход  С триггера необходимо кратковременно перевести соответствующую кнопку изотжатого состояния в нажатое и обратно.

            3.2.3.Для индикации логических сигналов на выходе триггера, работающего в статическомрежиме ( 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 последовательностьимпульсов. Одновременно такая же последовательность импульсов поступает в КПИ1.Выходные сигналы триггера ( прямой и инверсный ) поступают в КП2 и КПИЗсоответственно.

            3.2.5.Лабораторный стенд позволяет наблюдать на экране мультиметра одновременно двасигнала с любых двух КПИ из восьми ( двухканальный режим наблюдения ). Выбордвух определенных КПИ производится следующим образом:

            3.2.5.1.Нажать кнопку " ВСВ |_ ВНК " под надписью «КВУ», при этом улевых 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 выбранногоКПИ.

            3.2.5.3.При нажатой кнопке  «Вх1 |_Вх2»  повторить указанную процедурудля второго выбранного КПИ. Номер этого КПИ появится у знака запятой правоготабло.

            3.2.5.4.Нажать кнопку «Коммутатор» под надписью «Контроль V~»'.Теперь два выбранных КПИ через каналы коммутатора лабораторного стенда соединеныс осциллографом 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 выхода из режима наблюдения сигналов на экране мультиметра перевестикнопку  «ВСВ |_ БНК» поднадписью «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 генератораимпульсов лабораторного стенда, который вырабатывает серию импульсов положительнойполярности. Число импульсов может изменяться от 1 до 15 и устанавливается спомощью кнопок с фиксацией " 20¸ 23 ", расположенных под надписью«Программатор СИ».  Кнопки безфиксации «Пуск» и «Устан.О» служат для задания режимаработы генератора. При этом должна соблюдаться следующая последовательностьдействий:

            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 пачкуимпульсов. 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 цифровоготабло на блоке К32.

            3.3.4.Счетные импульсы на триггер ДД5, работающий в счетном режиме, поступают черезэлемент “И", собранный на микросхеме ДД1.

            3.7.3.Нажать кнопку «Пуск». При этом в исследуемый узел поступает заданнаяпачка 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, каждоеиз которых 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 ( для выборатого или иного кода кнопку  «10 |_2» необходимо установить в соответствующее положение ).

            3.9.Выходные сигналы двоичных разрядов и сигналы переносов счетчиков, а также входныесчетные импульсы сложения и вычитания, поступают параллельно на восемь каналовпередачи информации КПИ1¸КПИ8,что дает возможность их наблюдения на экране мультиметра, входящего в составлабораторного стенда.

            Одновременнона 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 нажатькнопку «Пуск». При этом на левом табло появится номер выбранного КПИ.

            3.9.3.Повторить указанную процедуру при нажатой кнопке «Вх1 |_ Вх2». Номервторого выбранного КПИ должен появиться на правом табло.

            3.9.4.Нажать кнопку «Коммутатор» под надписью «Контроль”. При этомвыбранные КПИ подсоединяются к соответствующему входу мультиметра. Размах иориентация сигналов на экране мультиметра регулируется потенциометрами  » ~ "  и " ­¯", расположенными под надписью «Коммутатор» отдельно длякаждого канала.

            3.9.5.Для выхода из режима наблюдения сигналов на экране мультиметра необходимо отжатькнопку «ВСВ |_ ВНК» под надписью «КВУ».

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ КВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

            4.1.Исследовать влияние исходного состояния счетчиков на правильность вводимой информациипри 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 производясчитывание результатов с помощью цифровых табло.

            4.1.2.Повторить операции, указанные в п.4.1.1., для другого счетчика. Сделать выводыпо п.4.1.

            4.2.Исследовать работу счетчиков в счетном ( суммирующем ) режиме с предварительнойзаписью 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 спомощью кнопки  SА14, переведя ее внажатое 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. ), снятьпоказания 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 записьюв него информации.

            4.3.1.Подготовить подачу пачки импульсов на вычитающие входы счетчика, приведя кнопкуSA14 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 от5 до 9 ( п.3.7. ).

            4.4.2.Установить исследуемой счетчик в исходное состояние (обнулить). Выбрать режимсчета ( "+" или "-" ) с помощью кнопок SА14 и SA16.

            4.4.3.Подать на счетчик пачку импульсов. Сравнить показания счетчика с заданнымчислом. Повторить указанную процедуру несколько раз, прогнозируя при этомпоказания счетчиков.

            4.4.4.Изменить режим работы счетчика, поменяв состояние кнопок SА14 и SА16, и выполнитьоперации, 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 помощьюкнопки SА13.

            4.5.2.Исследовать работу 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 отключитьнажатием кнопки SА10.

            4.5.3.Ручками плавной регулировки »~" и " ­¯" под надписью «Коммутатор», а также с помощью ручки«Стаб.» на панели мультиметра добиться устойчивого изображения двухисследуемых сигналов. Срисовать сигнал  ведином 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 нажатиемкнопки 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 напервый канал коммутатора, а КПИ7 или КПИ8 ( в зависимости от типа счетчика) навторой 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 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 и регистре?                                               

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

 6. Как осуществляется наращивание разрядностисчетчиков?

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙЛИТЕРАТУРЫ

1. Хоровиц П., Хилл У. Искусствосхемотехники. 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

 

 

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике