Каталог :: 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 ).
                              
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 .
                              
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.
                              
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.
                              
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.
                              
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.
                              
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.
                              
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 "³15" и " < 0", на
которых при достижении счетчиком указанных чисел появляются 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
заданной микросхемы коэффициент пересчета М=10 и сигнал переноса в старшие
разряды на выходе “³9” вырабатывается при превышении счетчиком числа 9.
                              
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 " 2
0 ¸ 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
ВыходыИсх. 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 "³15" 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 работы1
2. Основные теоретические положения1
3. Описание обьекта и средств исследования5
4. Методические рекомендации к выполнению работы9
5. Содержание отчета11
6. Контрольные вопросы11
7. Список использованной литературы11