Практические задания

1. Перерисовать в тетрадь схему, приведенную на рис. 4.7. На изображениях логических элементов расставить номера ножек, используя справочные данные.

Рис. 4.7

2. Собрать вышеприведенную схему на макетной плате. Резистор R3 пока не ставить.

3. В разрыв провода динамика включить телеграфный ключ, потрени- роваться в азбуке Морзе.

4. Осциллографом пронаблюдать работу обоих мультивибраторов, получить осциллограмму, изображенную на рис. 4.5, измерить частоты прямоугольных импульсов, сравнить их с расчетными.

5. Подключить резистор R3, объяснить эффект.

Контрольные вопросы

1. Что такое мультивибратор?

2. Что такое положительная обратная связь?

3. Как изменится работа мультивибратора, если параллельно резистору R подключить цепочку из последовательно соединенных резистора и диода?

4. Можно ли собрать мультивибратор, используя логические элементы «исключающее ИЛИ»?

6. Как изменится работа схемы, если вместо резистора R3 включить диод?

Работа 5 счетчик с дешифраторами и регистр

1. Счетчик

Счетчик – это устройство, предназначенное для счета электрических импульсов. Эти импульсы поступают на вход счетчика, результат счета в виде комбинации единиц и нулей появляется на выходных контактах устройства. Эта комбинация выражает результат счета в каком-либо коде – двоичном, десятичном или в некотором специальном коде.

Двоичный код – это число, выраженное в двоичной системе. Разрядность этого числа равна числу выходов счетчика. По этому признаку счетчики, работающие в двоичном коде, подразделяются на четырехразрядные, шестиразрядные и т. д.

О сновой счетчика служат счетные триггеры (Т-триггеры). Рассмотрим функционирование такого триггера на уровне внешних сигналов, не вдаваясь во внутреннюю логическую структуру. Условное обозначение счетного триггера на схемах приведено на рис. 5.1.

Вход R служит для начальной установки триггера в нулевое состояние. Если на этот вход подать логическую единицу, то на выходе Q установится низкий потенциал (логический нуль). Состояние выхода Q всегда противоположно состоянию выхода . Теперь уберем со входа R логическую единицу и будем подавать последовательность импульсов на вход С (счетный вход). Счетные триггеры реагируют, как правило, на задний фронт импульсов, подаваемых на счетный вход. По каждому спаду счетных импульсов происходит смена состояния выходов счетного триггера. Временная диаграмма работы счетного триггера показана на рис. 5.2.

Рис. 5.2

Здесь вертикальными пунктирами обозначены моменты, соответствующие спадам счетных импульсов. В эти моменты происходит смена состояний на выходе Q. Такое функционирование триггера приводит к тому, что частота выходных импульсов ровно в два раза меньше частоты входных импульсов.

Таким образом, триггер является делителем частоты на два и счетчиком с емкостью, равной двум. Для увеличения емкости счетчика необходимо взять большее количество триггеров и соединить их последовательно в функциональном смысле, т. е. импульсы с выхода первого триггера становятся входными импульсами для следующего триггера. Цепочка из четырех последовательно соединенных счетных триггеров показана на рис. 5.3.

Рис. 5.3

Здесь все входы R триггеров соединены вместе для того, чтобы устанавливать начальное нулевое состояние триггеров. При подаче на эти входы логической единицы на всех выходах, обозначенных Q1, Q2, Q3 и Q4, установится низкий уровень, т. е. логический нуль. Дальнейшую работу счетчика, образованную этой цепочкой триггеров, рассмотрим с помощью временной диаграммы на рис. 5.4.

Верхний график на этой диаграмме изображает последовательность импульсов, подаваемых на счетный вход счетчика. Эти импульсы для удобства рассмотрения пронумерованы. Вертикальными штриховыми линиями, как и ранее, отмечены моменты спада импульсов. В эти моменты происходит смена состояний выходов триггеров, на входы которых эти импульсы подаются. Из диаграммы видно, что первый раз единица на выходе Q1 появляется после спада первого входного импульса, на выходе Q2 – после второго импульса, на выходе Q3 – после четвертого импульса, на выходе Q4 – после восьмого входного импульса.

Можно видеть, что числа импульсов, необходимых для первого появления логической единицы на выходах счетчика, могут быть выражены как 1, 2, 4, 8. Числа этого ряда называют удельными весами выходов Q1, Q2, Q3, Q4.

Рис. 5.4

Как видим, закономерности образования на выходах счетчика комбинаций нулей и единиц в точности соответствуют правилам двоичной системы счисления, т. е. на выходах счетчика записывается двоичное число, соответствующее количеству поступивших на вход импульсов.

Для примера рассмотрим состояние счетчика после одиннадцатого входного импульса (см. рис. 5.4). На выходе Q1 имеем состояние 1, на выходе Q2 – 1, на выходе Q3 – 0, на выходе Q4 – 1. Просуммировав удельные веса тех выходов, на которых есть единицы, получим: 1(Q1) + + 2(Q2) + 8(Q4) = 11. Если записать состояние всех выходов (начиная со старшего разряда) в виде нулей и единиц, то имеем 1011, это и есть двоичная форма числа одиннадцать, при этом выход Q1 выполняет роль младшего разряда, а выход Q4 – старшего. Это надо иметь в виду, поскольку на принципиальной схеме эти выходы могут быть расположены в произвольном порядке.

Всего на выходах счетчика возможны 2ⁿ состояний, где n – число триггеров в счетчике или, что то же самое, число выходов счетчика. Число M = 2ⁿ называют емкостью счетчика, или его модулем счета, а число n – разрядностью счетчика. Максимальное число, которое можно записать в счетчик, равно (M – 1), так как нулевая комбинация входит в число возможных состояний. В рассматриваемом четырехразрядном счетчике после того, как на счетный вход поступило 16 импульсов (это его модуль счета), на всех четырех выходах устанавливается начальное нулевое состояние, это следует из рис. 5.4. Далее счетчик будет периодически повторять те 16 состояний, что изображены на этом рисунке.

Если же счетчик предназначен для работы с десятичным циклом, что чаще всего и бывает, то сброс в исходное состояние должен осуществляться через каждые 10 импульсов (тактов, как часто говорят). Это можно сделать с помощью логического элемента 2И. Входы логического элемента подключаются ко второму и четвертому разрядам выхода. На этих разрядах после десяти тактов впервые появляются две единички, что приводит к появлению логической единицы на выходе элемента 2И, эта единица подается на вход сброса R счетчика (см. рис. 5.3), и он устанавливается в исходное состояние, т. е. на всех выходах присутствуют нули.