5. Содержание отчёта

Отчёт оформляется согласно требованиям кафедры АиКС ТПУ и должен содержать.

5.1. Цель лабораторной работы.

5.2. Условные графические обозначения (с цоколёвкой) микросхем К155ИЕ7 и К155ИЕ6, таблицы назначения выводов и режимов работы указанных микросхем.

5.3. Упрощенную функциональную схему субблока и временные диаграммы работы счётчика К155ИЕ7 в непрерывном режиме при счёте с суммированием и с вычитанием.

5.4. Схему включения счётчика К155ИЕ7 и временные диаграммы его работы по результатам выполнения индивидуального задания.

5.5. Выводы по результатам экспериментов и выполнения индивидуального задания.

6. Методические указания

6.1 Состав субблока можно уяснить по функциональной схеме рис.3 и непосредственно ознакомиться с конструкцией его лицевой панели, на которой также приведена функциональная схема субблока. Прежде всего, уясните назначение тумблеров и кнопок, а также назначение светодиодов.

Сделайте выводы о назначении D-триггеров D2.1 и D2.2 (см. рис.3), определив вначале их исходное состояние – до нажатия кнопок ВВОД и СЧЁТ, а затем последующие состояния при кратковременном нажатии кнопок. Ответьте на вопросы. «Почему нельзя непосредственно с кнопок ВВОД и СЧЁТ подавать сигналы на счётчик?» и «Почему для кнопки УСТ.0 не предусмотрен аналогичный триггер?».

Варианты индивидуального задания

Таблица 2

Вари ант №	Устройство	Вход	Коэф- Фици-ент К	Времен- Ной ин-тервал
1	Делитель частоты импульсов	+1	7	-
2	Задатчик временного интервала	+1	-	Т=5t
3	Делитель частоты импульсов	-1	12	-
4	Задатчик временного интервала	-1	-	T=10t
5	Делитель частоты импульсов	+1	9	-
6	Задатчик временного интервала	-1	-	T=13t

6.2. Принцип построения и работу счётчика можно уяснить, анализируя его функциональную схему рис.2 и условное обозначение на рис.1. Предварительно, по табл.1, следует ознакомиться с назначением входов и выходов и возможными режимами работы.

Сначала сделайте предположение, что все триггеры находятся в состоянии лог.0. Затем, зафиксировав значения сигналов на всех входах (+1, -1, D0, …, D3, C, R), согласно общему описанию алгоритма работы счётчика (см. п.2) выясните значения сигналов на выходах Q0, … , Q3, 0 и 15. Если при выбранных значениях входных сигналов не возникают логические противоречия в зависимостях выходных сигналов от входных, то состояние счётчика будет устойчивым, а значения выходных сигналов будут подтверждены. В противном случае состояние счётчика будет неустойчивым, и он в следующий момент времени перейдет в новое состояние, когда выходные сигналы изменят своё значение. При этом следует проанализировать значения выходных сигналов всех логических элементов и состояния каждого триггера в отдельности.

Используйте схему рис.2 для поиска алгебраических выражений логических функций-сигналов по входам синхронизации («С»), установки в состояние лог.1 («S»), установки в состояние лог.0 («R») RSC-триггеров, образующих ячейки счётчика.

Примите следующие обозначения логических переменных, отображающих входные и выходные сигналы:

d₀, d₁, d₂,d₃ – по информационным входам D0, D1, D2, D3;

q₀, q₁, q₂, q₃ – по прямых выходах триггеров ячеек;

- на инверсных выходах триггеров ячеек;

- на выходах инверторов по входам «+1» и «-1» счётчика, соответственно;

- на выходах инверторов по входам счётчика «R» и «С», соответственно.

Для функций, описывающих поступающие на триггеры сигналы, используйте следующие обозначения:

F_ci – по входам синхронизации; F_si – по входам S; F_Ri – по синхронизированным входам сброса R_i, где i{0, 1, 2, 3}- номер триггера (и ячейки).

Например, для ячейки старшего (четвёртого) разряда i=3, получим следующие логические выражения, описывающие указанные сигналы:

(1)

Из анализа выражений (1) следует, что значения сигналов по синхронизированным входам триггера S и R будут равны лог.1, если сигнал по входу «С» счётчика равен лог.1 независимо от значения других входных сигналов и состояния триггера. Если же с=0, то сигнал по входу R будет всегда инверсным по отношению к сигналу по входу S. А значение последнего будет определяться значением информационного сигнала d₃, то есть старшим разрядом информационного слова (Это режим предустановки счётчика).

Как видно из выражения для F_С3, значения сигнала на входе синхронизации триггера определяются состояниями предыдущих трёх триггеров и, кроме того, значениями сигналов по входам «+1» и «-1». Причём, если на обоих счётных входах будут сигналы лог.1, то F_С3=0. Таково исходное значение сигнала. Если же, например, выбран режим счёта со сложением, то . И значение сигнала на синхровходе рассматриваемого триггера не изменится, так как оба дизъюнктивных члена в выражении F_С3 будут равны нулю при условии, что все триггеры находились в состоянии лог.0. Однако полагая q₀ q₁ q₂ q₃=1 , что соответствует состоянию счётчика 0111₍₂₎=7₍₁₀₎, сигнал F_С3=1.Но состояние ячейки не изменится, так как синхровход триггера инверсный динамический и переход 01 не является для него активным. Зато при поступлении на вход +1 импульса лог.1, триггер перейдет в состояние лог.1, так как на его синхровходе возникает активный переход 10, (в то время как предыдущие триггеры окажутся в состоянии лог.0). В счётчике будет число 1000₍₂₎=8₍₁₀₎. Аналогично проводится анализ состояния счётчика при других комбинациях входных сигналов.

Следует заметить, что формирование сигналов F_si и F_Ri для триггеров других ячеек производится идентичными схемами и описывается идентичными логическими выражениями. Отличия лишь в том, что на различные ячейки оказывают разные сигналы d_i по соответствующим информационным входам.

Выводы по результатам анализа должны констатировать последовательность изменения состояний ячеек счётчика в ответ на последовательности импульсов по входам +1, -1, а также условия появления на выходах «15» и «0» сигналов активного уровня (лог.0).

6.3. Эксперименты по исследованию счётчика в потактовом режиме спланируйте самостоятельно так, чтобы получить подтверждение (либо опровержение) результатам анализа по схеме рис.2. Обязательному экспериментальному подтверждению подлежат режимы работы счётчика при счёте со сложением, с вычитанием («прямой счёт» и «обратный счёт»), а также режим параллельной записи числа в счётчик (режим предустановки). Причём выполните два эксперимента: с записью выбранного числа при «ручном» вводе и, когда число вводится автоматически. Выполняя эксперименты с автоматической записью числа, обратите внимание, когда записывается число – информационное слово. При нажатии кнопки СЧЁТ или при её отпускании? Это поможет Вам правильно построить временные диаграммы в динамическом режиме работы счётчика с автоматической предустановкой. И последнее замечание. Работа счётчика с автоматической предустановкой по существу является режимом, когда вводится обратная связь на вход синхронизации параллельной записи с одного из его выходов. Ответьте на вопрос: «Через сколько тактов состояния счётчика будут повторяться после автоматической записи выбранного числа?

6.4. Исследования в динамических режимах следует провести аналогично экспериментам по п.4.3. задания с тем отличием. Что тумблер SA5 (см. рис.3) надо поставить в положение НЕПР, тогда счётные импульсы будут поступать от генератора Г1 непрерывно.

Выясните, как функционирует счётчик при изменении числа предустановки «вручную» и автоматически. Проделайте несколько таких экспериментов, изменяя число предустановки.

Поставьте опыты в режимах автоматической предустановки и изменением «направления» счёта – с прямого на обратный и наоборот. Сделайте выводы по экспериментам и объясните результаты.

Выясните действие сигнала УСТ.0 (сброс) нажатием и удержанием одноимённой кнопки в процессе непрерывного счёта.

Проведите эксперименты, доказывающие, что сигнал по входу «С» счетчика (синхронизации записи) обладает вторым приоритетом после сигала «сброс».

6.5. Согласно вариантам индивидуального задания (см. табл.2) на основе микросхемы К155ИЕ7 требуется построить либо делитель частоты импульсов, либо задатчик временного интервала. Коэффициент деления (К) и величина временного интервала (Т) заданы. Предполагается, что импульсы счета поступают непрерывно с фиксированным периодом t на указанный в таблице вход счётчика (либо +1, либо -1). Как известно, временной интервал можно определить длительностью одного импульса или между фронтами (либо спадами) двух следующих друг за другом импульсов. Требуется построить схему включения и определить выход счётчика, на котором бы появлялся импульс требуемой длительности, либо пару выходов счётчика с последовательностью импульсов, период которых был бы равен требуемому временному интервалу.

Решением задачи основано на применению обратной связи по входу «С2 счётчика и выборе числа - предустановки «m». Выход, с которого надо взять обратную связь и конкретное значение числа – предустановки, определите самостоятельно. При этом руководствуйтесь ранее выполненными экспериментами и результатами анализа (с помощью временных диаграмм) работы счётчика по полученной схеме его включения. Выходы счётчика, принимаемые за выход (либо выходы) заданного устройства, определяются по временным диаграммам.

Обобщите результат выполнения индивидуального задания, отыскав зависимости вида

К=f(m) и Т=f(t, m),

где m может меняться в пределах от 0 до 15 включительно, для двух случаев: когда входные импульсы подаются на вход +1 и, когда для этой цели используется вход -1.

6.6. Микросхема К155ИЕ6 представляет собой двоично-десятичный счётчик импульсов, аналогичный по функциональным свойствам микросхеме К155ИЕ7. Так как у такого счётчика каждый 10-й импульс должен приводить вновь к исходному состоянию, то сделайте предложения по изменению связей между ячейками в схеме рис.2 для реализации этого действия. А затем убедитесь в справедливости своих заключений, сопоставив измененную схему рис.2 с функциональной схемой ИМС К155ИЕ6 [1].

Обобщающие выводы по лабораторной работе должны содержать:

• Формулировку принципа построения реверсивных синхронных двоичных счётчиков импульсов;

• Перечень режимов работы таких счётчиков с указанием назначения входных и выходных сигналов, а также приоритетов входных сигналов;

• Основные варианты применения счётчиков для преобразования последовательностей двоичных сигналов и построения многоразрядных счётных устройств.

Вопросы для самопроверки

1. По каким признакам классифицируются счётчики? Чем отличаются синхронные счётчики импульсов от асинхронных, потенциальные от импульсных? Приведите примеры микросхем классифицируемых счётчиков.

2. Каково назначение входов и выходов счётчика К155ИЕ7? Объясните это по УГО названной микросхемы.

3. В каких режимах может работать счётчик К155ИЕ7? Объясните по функциональной схеме работу счётчика в каждом из режимов и иллюстрируйте ответ временными диаграммами.

4. Для какой цели предусмотрены выходы «15» и «0» у микросхемы К155ИЕ7? Как построить 8-разрядный двоичный счётчик из микросхем К155ИЕ7, сохранив все режимы работы?

5. Почему при обратном счёте на входе «+1» должен быть сигнал лог.1, а при прямом счёте – на выходе «-1»?

6. В чём заключается принцип построения синхронных реверсивных двоичных счётчиков импульсов? Объясните на примере счётчика К155ИЕ7.

7. Какие логические элементы и функциональные узлы образуют одну ячейку счётчика К155ИЕ7? Объясните работу триггера, входящего в состав ячейки.

8. Какое число тактов образуют цикл работы счётчика К155ИЕ7? Как влияет на длительность цикла работы счётчика его автоматическая предустановка в заданное состояние? Ответ иллюстрируйте временными диаграммами.

9. Какими приоритетами «обладают» входные сигналы счётчика К155ИЕ7? Объясните это по функциональной схеме рис.2.

10. В чём различие и сходство микросхем К155ИЕ6 и 155ИЕ7? Приведите условное графическое обозначение ИМС К155ИЕ6.

11. Для чего можно использовать двоичные (либо двоично-десятичные) счётчики импульсов, работающие в режиме автоматической предустановки?

Работа 6. МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ-СЕЛЕКТОРЫ

(Часть 1 –реализация комбинационных устройств)