Дослідження роботи реверсивних лічильників

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕВЕРСИВНОГО СЧЕТЧИКА.

1. Мета работы2. Основні теоретичні положения3. Опис об'єкта і коштів исследования4. Методичні рекомендації до виконання работы5. Зміст отчета6. Контрольні вопросы7. Список використаної литературы.

1. МЕТА РАБОТЫ.

Метою роботи является:

— теоретичне вивчення принципу роботи лічильників і регистров;

— експериментальне дослідження счетчика-регистра на інтегральних мікросхемах.

2. ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕНИЯ.

Регістри і лічильники ставляться до розряду цифрових пристроїв і є з найпоширеніших елементів обчислювальної техніки. Вони широко йдуть на побудови пристроїв введення, виведення і збереження інформації, і навіть до виконання деяких арифметичних і логічних операций.

Для побудови лічильників і регістрів використовуються синхронні тригери, переключення яких лише за наявності синхронизирующего сигналу (синхроимпульса) на вході З. Найчастіше для побудови регістрів і лічильників використовується універсальний Д — тригер, має спеціальний інформаційний вхід Д, і динамічний вхід З (мал.1).

2.1. Пристрій, зване регістром, служить переважно для зберігання чисел в двоичном коді і під час з них різних арифметичних і логічних операцій. З допомогою регістрів выполняютоя такі дії над числами, як передача їх із одного влаштування у інше, арифметичний і логічний зрушення убік молодших чи старших розрядів, перетворення коду з послідовного в паралельний і навпаки, і т.д. Функціональна схема і умовно — графічне позначення регістру паралельного типу, зібраного на універсальних Д-триггерах, приведено на мал.2 .

За сигналом на вході З інформація, яка на входи DО? DЗ, записується в регістр і зберігається у ньому до того часу, доки станеться запис інший інформації, або надійде сигнал на вхід R, обнуляє регистр.

Функціональна схема і условно-графическое позначення регістру зсуву представлені на рис.З.

Послідовний інформаційний код надійде на вхід D регістру. Імпульс команди зсуву З подається одночасно на синхронизирующие входи всіх тригерів регістру і переводить кожен тригер до стану, у якому перебував тригер попереднього розряду. Отже, кожен імпульс команди зсуву «просуває «записываемое число однією розряд вправо.

2.2. Пристрій, зване лічильником, призначено для підрахунку числа вступників на вхід сигналів (імпульсів) у довільній системі числення. Двоичные лічильники будуються з урахуванням тригерів, що працюють у рахунковому режимі (Т — тригер чи лічильний триггер).

Лічильний тригер можна отримати з універсального D — триггера шляхом сполуки його інверсного виходу 0 із входженням D.

Лічильний тригер і эпюры сигналів, поясняющие його, представлені на рис. 4.

У лічильного триггера стан виходу змінюється на протилежне на час вступу на вхід З кожного чергового лічильного импульса.

Функціональна схема і условнографическое позначення двоичного лічильника з коефіцієнтом перерахунку 23 представлена на рис. 5.

Кожен що надходить на вхід лічильника імпульс перекидає перший тригер в протилежне стан (див. мал.6). Сигнал з інверсного виходу попереднього триггера є вхідним сигналом на подальше отже, комбінація сигналів на виходах Q1, Q2, Q3 відповідатиме числу які поступили на вхід лічильника імпульсів, поданому в двоичном коді. Лічильник такого типу називається асинхронним счетчиком.

Коли лічильний вхід кожного наступного триггера лічильника подавати сигнал з прямого виходу попереднього триггера, то лічильник випускатиме операцію вирахування. Лічильники, здатні функції складання і вирахування, називаються реверсивными.

Для побудови лічильника з потрібним коефіцієнтом перерахунку М, відмінними від величини 2N (N — число двійкових розрядів лічильника), використовується примусовий скидання лічильника у початковий стан під час досягнення лічильником числа М. Приклад такого лічильника з М=9 (М=10 012) представлений рис. 7.

3. ОПИС ОБ'ЄКТИ ТА ПРИМНОЖЕННЯ КОШТІВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Функціональна схема досліджуваного устрою представлена на див. мал.8. Пристрій включає двоично — десятковий лічильник ДД2, двоїчний лічильник ДДЗ, комутатор вхідних сигналів ДД1 і логічні елементи ДД4 і ДД5, виконують функції елементів объединения.

Для подачі інформаційних і більше управляючих сигналів використовується спеціальний оптичний пристрій, керовану складальними кнопками з фіксацією SА1? SА16. Нажатому стану відповідає сигнал логічного «1 », отжатому стану — сигнал логічного «0 ». Кнопки SА1? SА16 перебувають у лівої частини лабораторного стенда під написом «Программатор кодів » .

3.2. Функцію двоичного лічильника виконує мікросхема К155ИЕ7. Ця мікросхема є реверсивний четырехразрядный лічильник — регістр, у якому окрім двох рахункових входів (підсумовуючого «+1 «і вычитающего «-1 ») і входу скидання Р є чотири інформаційних входу DО? DЗ і вхід З, що дозволяє запис інформацією лічильник. З іншого боку, нарощування розрядності рахунки мікросхемі передбачені виходи » ?15 «і «< 0 », у яких під час досягнення лічильником зазначених чисел з’являються сигнали логічного «0 ». Вихід » ?15 «у разі слід з'єднувати з входом «+1 », вихід «< 0 «- з входом «-1 «аналогічної микросхемы.>

3.3. Функцію двоично-десятичного лічильника ДД2 виконує мікросхема К155ИЕ6. У заданої мікросхеми коефіцієнт перерахунку М=10 і сигнал перенесення в старші розряди не вдома «?9» виробляється при перевищенні лічильником числа 9.

Рис. 8.

3.4. При дослідженні однієї з лічильників, має перебувати у вихідному стані, яка досягається подачею на вхід R даного лічильника рівня логічного «1 «з допомогою кнопок SА10 чи SA11.

3.5. Запис інформацією лічильники виробляється у паралельному коді шляхом подачі на входи ДО? ДЗ логічних сигналів «0 «і «1 «з допомогу кнопок SА1? SА4 і про подачу сигналу логічного «0 «на вхід із допомогою кнопки SА9 (при цьому кнопку SА9 треба відтиснути та знову натиснути).

З.6. Лічильні імпульси повинні надходити на досліджувану схему з клеми «непр.имп, «(«~|_|~|_|~ «) як безупинної імпульсної послідовності і з клеми «пачка имп. «(«_|~|_|~|_ «) як пачки імпульсів із кількістю імпульсів в пачці від 1 до 15. Управління режимом роботи входів «+1 «і «-1 «лічильників виробляється про допомогою кнопок SA13? SА16, що забезпечують виконання таких функций:

SА13 («непр,+ ») — дозвіл проходження безупинної імпульсної послідовності на входи «+1 «лічильників;

SА14 («пачка + ») — дозвіл проходження пачки імпульсів на входи «+1 «лічильників;

SА15 («непр.- «) — дозвіл проходження безупинної послідовності імпульсів на входи «-1 «лічильників;

SА16 («пачка — «) — дозвіл проходження пачки імпульсів на входи.

" - 1 «счетчиков,.

Примітка. Не допускається одночасне натискання двох і більше кнопок SА13? S А16.

3.7. Для завдання числа імпульсів в пачці і посилки необхідної пачки в досліджуваний вузол використовуються чотири кнопки з фіксацією «20 »? «23 «і ще дві кнопки без фіксації «Пуск «і «Устан.О », розташовані на панелі лабораторного стенда під написом «Программатор СІ «.

У цьому має дотримуватися наступна послідовність операций:

3.7.1. Набрати заданий число імпульсів в пачці в двоичном коді з допомогою кнопок «20»? «23 ». Натиснутою кнопці відповідає логічна «1 «(у своїй загоряється відповідний индикатор).

3.7.2. Натиснути кнопку «устан.О » .

3.1.3. У режимі спостереження одночасно двох сигналів на екрані мультиметра величина і взаємна розташування цих сигналів регулюється ручками «~ «і «??» відповідно полі написи «Комутатор «окремо кожному за каналу («Вх1 «для КПІ 10 і «Вх2 «для КПІ 9).

3.2. Дослідження елемента ДД3 в статичному і динамічному режиме.

3.2.1. Логічні сигнали «0 «і «1 «на вході тригерів задаються з допомогою кнопок з фіксацією SА1? SА6, розташованих на передній панелі блоку К32 під написом «Программатор кодів ». Отжатое стан кнопки відповідає завданням логічного «0 », а нажатое — завданням логічного «1 ». Нажатое стан кнопки супроводжується загоранием відповідного світлодіода зеленкуватого кольору, розміщеного поблизу даної кнопки «Программатора кодів » .

3.2.2. Для подачі позитивного імпульсу («_|~|_ «) на вхід З триггера необхідно короткочасно перевести відповідну кнопку з витиснутого стану в нажатое і обратно.

3.2.3. Для індикації логічних сигналів не вдома триггера, працював у статичному режимі (верхня частина елемента ДДЗ), служить ліве цифрове табло блоку К32. У цьому кнопка «IO |_2 », розташована безпосередньо під табло, повинна перебувати у нажатом состоянии.

3.2.4. Нижня частина елемента ДДЗ є тригер, працював у рахунковому режимі. На його лічильний вхід З надходить безперервна послідовність імпульсів. Одночасно така сама послідовність імпульсів вступає у КПИ1. Вихідні сигнали триггера (прямий і інверсний) вступають у КП2 і КПИЗ соответственно.

3.2.5. Лабораторний стенд дозволяє спостерігати на екрані мультиметра одночасно два сигналу з будь-яких двох КПІ із 8 (двухканальный режим спостереження). Вибір двох визначених КПІ виробляється наступним образом:

3.2.5.1. Натиснути кнопку «ВСВ |_ ВНК «під написом «КВУ », цьому в лівих індикаторів обох цифрових табло починає світитися знак запятой.

3.2.5.2. При віджатої кнопці «Вх1 |_ Вх2 «набрати з допомогою кнопок «20? 23 «программатора «СІ «двоїчний код першого обраного КПІ та натиснути кнопку «Пуск ». У цьому лівому табло у знака коми з’явиться номер обраного КПИ.

3.2.5.3. При натиснутої кнопці «Вх1 |_ Вх2 «повторити зазначену процедуру на другому обраного КПІ. Номер цього КПІ з’явиться в знака коми правого табло.

3.2.5.4. Натиснути кнопку «Комутатор «під написом «Контроль V~ «». Тепер два вибраних КПІ через канали комутатори лабораторного стенда з'єднані з осциллографом мультиметра. Регулювання розміру й розташування сигналів на екрані здійснюється роздільно ручками «~ «і «?? «під написом «Комутатор ». Зліва розташовані ручки регулювання першого каналу комутатори, справа — другого каналу коммутатора.

3.2.5.5. Для виходу з режиму спостереження сигналів на екрані мультиметра перевести кнопку «ВСВ |_ БНК «під написом «КВУ «в отжатое состояние.

3.3. Дослідження елементів ДД4 (статичний режим) і ДД5 (лічильний режим).

3.3.1. Логічні сигнали «0 «і «1 «на P. S, R, J і До — входи універсальних тригерів подаються з допомогою кнопок SА7? SА12 (аналогічно розглянутому в п.п.2.1.).

3.3.2. Сигнал на вхід З триггера йде від вмонтованого генератора імпульсів лабораторного стенда, який відпрацьовує серію імпульсів позитивної полярності. Кількість імпульсів може змінюватися від 1 до 15 і встановлюється з допомогою кнопок з фіксацією «20? 23 », розташованих під написом «Программатор СІ «. Кнопки без фіксації «Пуск «і «Устан.О «служать для завдання режиму роботи генератора. У цьому має дотримуватися наступна послідовність действий:

3.3.2.1. Набрати число імпульсів в пачці в двоичном коді з допомогою кнопок «20? 23 ». Кнопки в нажатом стані відповідає двоичная одиниця (у своїй загоряється відповідний світлодіод).

3.3.2.2. Натиснути кнопку «Устан.О «й переконатися, що світлодіод кнопки «Пуск «погашений. Генератор імпульсів готовий піти на работе.

3.3.2.3. Натиснути кнопку «Пуск ». У цьому генератор виробляє потрібну пачку імпульсів. Для повторного включення генератора натиснути кнопку «Устан.О », та був кнопку «Пуск «і т.д.

3.3.3. Контроль вихідних сигналів тригерів ДД4 здійснюється з допомогою лівого цифрового табло на блоці К32.

3.3.4. Лічильні імпульси на тригер ДД5, працював у рахунковому режимі, надходять через елемент «І «, зібраний на мікросхемі ДД1.

3.7.3. Натиснути кнопку «Пуск ». Причому у досліджуваний вузол надходить задана пачка импульсов.

3.7.4. Для повторної посилки пачки імпульсів натиснути кнопку «Устан.О «і далі - кнопку «Пуск «і т.д.

3.8. Зчитування показань лічильника проводиться за допомогою двох цифрових табло, кожна з яких містить чотири семисегментных індикатора. Обидва табло перебувають у лівому верхньому розі лабораторного стенда. На лівому цифровому табло індикація числа виробляється у двоичном коді, правому — в десятковому коді (для вибору тієї чи іншої коду кнопку «10 |_ 2 «необхідно встановити відповідне становище).

3.9. Вихідні сигнали двійкових розрядів і сигнали переносів лічильників, і навіть вхідні лічильні імпульси складання і вирахування, надходять паралельно на вісім каналів передачі КПИ1? КПИ8, що дозволяє їх спостереження на екрані мультиметра, що до складу лабораторного стенда.

Одночасно на екрані мультиметра можна спостерігати сигнали двох каналів передачі. У цьому необхідні такі операции:

3.9.1. Натиснути кнопку «ВСВ |_ ВНК «під написом «КВУ » ,.

3.9.2. При віджатої кнопці «Вх1 |_ Вх2 «набрати з допомогою кнопок «20? 23 », двоїчний код першого обраного КПІ та натиснути кнопку «Пуск ». У цьому лівому табло з’явиться номер обраного КПИ.

3.9.3. Повторити зазначену процедуру при натиснутою кнопці «Вх1 |_ Вх2 ». Номер другого обраного КПІ має з’явитися правому табло.

3.9.4. Натиснути кнопку «Комутатор «під написом «Контроль». У цьому обрані КПІ приєднуються до відповідного входу мультиметра. Розмах орієнтація сигналів на екрані мультиметра регулюється потенциометрами «~ «і «?? », розташованими під написом «Комутатор «окремо кожному за канала.

3.9.5. Для виходу з режиму спостереження сигналів на екрані мультиметра необхідно віджати кнопку «ВСВ |_ ВНК «під написом «КВУ » .

4. МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ До ВИКОНАННЯ РАБОТЫ.

4.1. Досліджувати вплив вихідного стану лічильників на правильність введеної інформації під час подачі сигналів на входи Д0? ДЗ.

4.1.1. Запровадити паралельним кодом з допомогою кнопок SА1? SА4 і SА9 деякі задані числа (наприклад «710, 1110, 810, 1210, 1510, 1010 «) одного з лічильників (див. п. 3.5.), одночасно виробляючи зчитування результатів з допомогою цифрових табло.

4.1.2. Повторити операції, вказаних у п. 4.1.1., іншому лічильника. Зробити висновки з п. 4.1.

4.2. Досліджувати роботу лічильників в рахунковому (суммирующем) режимі з попереднім записом вихідної информации.

4.2.1. Підготувати генератор пачки імпульсів до роботи на режимі одиночного імпульсу (п. 3.7.).

4.2.2. Підготувати подачу імпульсів на суммирующие входи лічильників з допомогою кнопки SА14, перевівши їх у нажатое состояние.

4.2.3. Запровадити паралельним кодом одного з лічильників заданий викладачем число.

4.2.4. Подаючи одиночні імпульси з допомогою кнопок «Устан.О» і «Пуск «(див. п.п.3.7.3., 3.7.4.), зняти показання виходів розрядів лічильника і занести в таблицю 1.

4.3. Досліджувати роботу лічильника в вычитающем рахунковому режимі з попереднім записом до нього информации.

4.3.1. Підготувати подачу пачки імпульсів на вычитающие входи лічильника, привівши кнопку SA14 в отжатое, а кнопку SA16 — в нажатое состояние.

4.3.2. Виконати операції, вказаних у в.п. 4.2.3.?4.2.5.

4.4. Досліджувати суммирующий і вычитающий режим роботи счетчиков.

4.4.1. Підготувати генератор пачки імпульсів для генерації пачки із кількістю імпульсів від 5 до 9 (п. 3.7.).

4.4.2. Встановити досліджуваної лічильник у початковий стан (обнулити). Вибрати режим рахунки («+ «чи «- «) з допомогою кнопок SА14 і SA16.

4.4.3. Подать на лічильник пачку імпульсів. Порівняти показання лічильника з заданим числом. Повторити зазначену процедуру кілька разів, прогнозуючи у своїй показання счетчиков.

4.4.4. Змінити режим роботи лічильника, помінявши стан кнопок SА14 і SА16, і операції, вказаних у п.п.4.4.2. і 4.4.3.

4.4.5. Повторити зазначену процедуру (п.п.4,4.2. 4.4.4.) іншому счетчика.

4.5. Досліджувати роботу лічильників як переноса.

4.5.1. Подать на суммирующие входи лічильників послідовність імпульсів з допомогою кнопки SА13.

4.5.2. Досліджувати роботу виходу " ?15 «лічильника СТ2, підключивши КПИ1 перший канал комутатори, а КПИ8 не другий канал комутатори відповідно до «п.3.9.1. 3.9.4. У цьому лічильник СТ10 необхідно відключити натисканням кнопки SА10.

4.5.3. Ручками плавної регулювання «~ «і «?? «під написом «Комутатор », ні з допомогою ручки «Стаб. «на панелі мультиметра домогтися стійкого зображення двох досліджуваних сигналів. Намалювати сигнал на єдиній масштабі времени.

4.5.4. Досліджувати вихід «> 9 «лічильника СТ10, підключивши КПИ7 другого канал комутатори (кнопка «Вх1 |_ Вх2 «мусить бути натиснута). У цьому лічильник СТ2 необхідно відключити натисканням кнопки SA11.

4.5.5. Виконати п. 4.5.3.

4.5.6. Подать на вычитающие входи лічильників послідовність імпульсів з допомогою кнопки SA15.

4.5.7. Досліджувати роботу виходу «< 0 «лічильників, підключивши КПИ2 перший канал комутатори, а КПИ7 чи КПИ8 (залежно від типу лічильника) другого канал комутатори, відповідно до функціональної схемою устрою (див. мал.8).>

4.5.8. Виконати п. 4.5.3. для виходів «< 0 «обох счетчиков.>

5. ЗМІСТ ОТЧЕТА.

1. Назва і чітку мету лабораторної работы.

2. Функціональна схема досліджуваного устройства.

3. Таблиці і эпюры напряжений.

4. Висновки по работе.

6. КОНТРОЛЬНІ ВОПРОСЫ.

1. У чому полягає перевагу двоичной системи числення проти іншими системами?

2. Що таке регістр і яке його назначение?

3. Як працює двоїчний лічильник импульсов?

4. Чим визначається необхідну кількість тригерів в лічильнику і регістрі?

5. З допомогою чого забезпечується переклад лічильника з режиму складання в режим вычитания?

6. Як здійснюється нарощування розрядності счетчиков?

7. СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Хоровиц П., Хілл У. Мистецтво схемотехники. Ч. 1,3: Пер. з анг., Під ред. М. В. Гальперина — М.: Світ, 1983.