Лабораторная работа № 15.

Тема: «Ознакомление со схемами построения суммирующих и вычитающих счетчиков»

Цель: Исследовать работу счетчиков, построенных на D – триггерах, JK - триггерах при помощи функционального генератора индикаторов и логического анализатора.

Приборы и устройства: персональный компьютер и программа EWB 5.12.

Счетчик-это устройство, которое подсчитывает число импульсов, поступивших на его вход за определенное время и хранит это значение. Основной статической характеристикой счетчика является модуль счета М (емкость), который определяет число его возможных состояний. После поступления на счетчик М входных сигналов обычно начинается новый цикл, повторяющий предыдущий. Основной динамической характеристикой счетчика является его быстродействие.

Возможность подсчета числа импульсов уже заложено в устройстве счетного триггера. В принципе сам Т-триггер уже является счетчиком по модулю 2, т.к. он имеет два различных состояния и считает до двух: 0 1. Поэтому простейший двоичный суммирующий счетчик можно реализовать последовательной цепочкой счетных Т-триггеров, выполненных на D-триггерах рис.1. Для этого соединим их так, чтобы счетный вход очередного триггера подключался к инверсному выходу предыдущего.

В качестве задающего генератора импульсов применим ранее использованный функциональный генератор. Выберем последовательность прямоугольных импульсов с частотой следования (Frequency) 1Hz коэффициентом заполнения (Duty cycle) 25%, амплитудой (Amplitude) 2,5V и смещением (Offset) также 2,5V.

Включив моделирование, наблюдаем за состоянием индикаторов счета, делаем отсчет импульсов в двоичном коде (рис.1), а, дополнив схему дисплеем, - в шестнадцатеричном коде (в котором цифры совпадают с десятичным представлением до 9). Наконец временные особенности счета можно увидеть на графиках, регистрируемым логическим анализатором.

Рис.1.Суммирующий двоичный счетчик.(EWB).

Рис.2. Временные диаграммы суммирующего двоичного счетчика

На графиках (рис.2), видно, как первый триггер делит частоту входного сигнала на два, следующий делит так же на два новую частоту и т.д. В результате, чтобы образовалась единица в последнем разряде этого счетчика на выходе первого триггера пойдет 8 импульсов, второго - 4, третьего – 2, четвертого – 1. Данный счетчик имеет 16 возможных состояний: от 0000 до 1111. Значит это счетчик по модулю 16. Он четырехразрядный по числу двоичных разрядов и асинхронный по запуску триггеров в этих разрядах.

Поскольку импульсы передаются последовательно от одного триггера к другому, то подобные счетчики так же называются счетчиками со сквозным переносом, или асинхронными, так как с приходом каждого импульса с задержкой относительно друг друга переключаются сразу несколько триггеров.

Схемы как суммирующего, так и вычитающего счетчиков можно построить на JK-триггерах, задав на информационных входах режим переключения (J=K=1) и выполнив соответствующие переносные связи (см. рис.3, 4).

Чтобы подать логическую единицу на входы необходимо объединить их и подключить источник постоянного напряжения 5 В.

Исследуйте работу схем 3 и 4, используя те же приборы, что и на рис.2. Сопоставляя графики изменения состояния разрядов, видно, что процесс естественного счета вверх начинается с числа 0 в суммирующем счетчике и с числа F₁₆=1111₂=15₁₀ – в вычитающем. В последнем случае предусмотрите специальную предустановку всех разрядов в единицу ключом (S) на входы асинхронной предустановки всех триггеров в «1».

Рис.3. Суммирующий счетчик на JK – триггерах.

Рис.4. Вычитающий счетчик на JK – триггерах.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать схему на рис.2 и исследовать ее с помощью приборов, предварительно настроив их.

2. Исследовать работу суммирующего счетчика рис.3, подключив к входу функциональный генератор, к выходам логический анализатор и семисегментный индикатор. Сигнал логической «1» заменить источником напряжения 5В.

3. Исследовать работу вычитающего счетчика рис.4, подключив к входу функциональный генератор, к выходам логический анализатор и семисегментный индикатор. Предусмотрите специальную предустановку всех разрядов в единицу ключом (S).

Контрольные вопросы.

1. Что такое счетчик, какого типа они бывают?

2. Что называется емкостью счетчика?

3. Назовите схемное решение построения суммирующего и вычитающего счетчиков?

Содержание отчета.

1. Схема суммирующего счетчика на D – триггерах по ГОСТ и временные диаграммы работы счетчика.

2. Схема суммирующего счетчика на JK – триггерах по ГОСТ и временные диаграммы работы счетчика.

3. Схема вычитающего счетчика на JK – триггерах по ГОСТ и временные диаграммы работы счетчика.

4. Ответы на контрольные вопросы.