Схемота / Laboratornaya_rabota_5

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

отчет

по лабораторной работе № 5

по дисциплине «Цифровая схемотехника»

Тема: «Синхронные цифровые схемы и устройства ввода-вывода»

Студент гр. 3202		Рафиков Т.А. Кропанев Д.К.
Преподаватель

Санкт-Петербург

2016

Цель работы: исследовать способы организации ввода и вывода информации в синхронных цифровых схемах

Основные теоретические сведения: асинхронные схемы последовательной логики обладают фундаментальным недостатком: их быстродействие снижается по мере роста их размера (разрядности, количества триггеров и т.д.). Например, максимальное время, которое необходимо потратить на переключение асинхронного счетчика, прямо пропорционально количеству триггеров, из которых он состоит.

По этой причине уже многие годы разрабатывается и производятся исключительно цифровые интегральные микросхемы с синхронной архитектурой (от СБИС со специфическими функциями до микроконтроллеров и микропроцессоров).

Синхронная логика накладывает ряд требований и ограничений на разрабатываемые схемы:

1. В схеме могут присутствовать только интегральные микросхемы с синхронной архитектурой (синхронные счетчики и т.п.)

2. Все микросхемы в схеме должны получать тактовый сигнал из общего источника, т.е. одного генератора.

3. Использование асинхронных входов управления микросхемами допускается исключительно для начальной инициализации (начального сброса). Если использование асинхронных входов управления для нормальной работы схемы неизбежно, оно должно выполняться с максимальной осторожностью.

Исследуемые схемы:

Рисунок 1. Схема синхронной защиты от дребезга с выделением заднего фронта

Рисунок 2. Схема сравнения методов подсчета событий

Рисунок 3. Схема на счетчике 74НС191 с коэффициентом пересчета 10

Рисунок 4. Схема макета секундомера со звуковым сигналом

Обработка результатов:

1) Для схемы совмещающей в себе функции защиты от дребезга и детектирования событий нажатия на кнопку

Рисунок 5. Осциллограмма синхронной защиты от дребезга с выделением заднего фронта, дополненная временной диаграммой сигнала на выходе схемы

2) Для схемы сравнения методов подсчета событий.

Собрав схему для подсчета событий, на счетчике можно было наблюдать графические изображения чисел от 0 до 15.

Рисунок 6. Символы, отображаемые на 7-сегментном индикаторе в зависимости от входного числа

3) Для схемы на счетчике 74НС191 с коэффициентом пересчета 5 (бригада №7)

Рисунок 7. Схема на счетчике 74НС191 с коэффициентом пересчета 5

4) Для схемы макета секундомера со звуковым сигналом

Рисунок 8. Временная диаграмма макета секундомера со звуковымсигналом. Канал 1 – тактовый сигнал С, канал 2 – сигнал на зуммере, канал 3 – сигнал на выходе ЛЭ DD8.1, канал 4 – сигнал на выходе Q1 ЛЭ DD4.

Выводы:

В ходе лабораторной работы были исследованы схемы:

1) защиты кнопки от дребезга контактов

2) схема подсчета событий(нажатий на кнопку)

3) схема счетчика с коэффициентом пересчета 10 и 5

4) схема макета секундомера со звуковым сигналом.

1) Дребезг контактов – явление, многократных замыканий-размыканий контактов при однократном нажатии на кнопку. В электронике, особенно там, где речь идет о быстродействующих процессах, дребезг контактов может вызвать ложное срабатывание устройства или сбой программы. Для защиты от этого эффекта используют два D-триггера и ЛЭ «2И-НЕ». Длительность дребезга во много раз меньше длительности тактового импульса, подаваемого на схему, поэтому на триггере DD1смена уровня произойдет один раз на ближайшем тактовом импульсе. Новое значение сигнала пойдет на 2И-НЕ и во второй триггер. Поскольку второй триггер задерживает сигнал, то на входе ЛЭ какое-то время будет старое значение сигнала Q2(инверсное) равное 1 и новое значение Q1(инверсное) тоже равное единице. В итоге на выходе ЛЭ появится импульс «0» равный по своей длине 1/f. Это и будет «срабатыванием кнопки».

2) В схеме подсчета событий использовалось два способа подключения кнопки на двух индикаторах соответственно: в первом случае кнопка подключена с защитой от дребезга контактов, во втором – напрямую к счетчику. В ходе исследования было установлено, что в первом случае число на индикаторе изменялось столько раз, сколько была нажата кнопка, а во втором случае – чаще. Это связано с тем, что микросхема воспринимала дребезг кнопки как ещё один импульс и соответственно воспринимала это как ещё одно нажатие на кнопку.

3) Счетчик и индикатор в схеме с коэффициентом пересчета – 4-х битные, очевидно, что сигналы по ним передаются в двоичном коде. Каждое десятичное число имеет своё двоичное значение, состоящее из 0 и 1. Это значит, что зная где будут находиться «1» в числе равном коэффициенту пересчета, можно подключить соответствующие каналы к ЛЭ 2И-НЕ, выход которого подключен к D-триггеру, который соединен со входом «сброса» используемого счетчика. Таким образом, когда на входе ЛЭ 2И-НЕ две единицы, он выдает на вход триггера «0», которые записывается в него и идет на счетчик, обнуляя на нём счет.

4) Схема макета секундомера состоит из всех ранее собранных схем, но с некоторыми изменениями: вместо кнопки поставлен мультивибратор, которые и подаёт импульсы для счета на младший индикатор. Когда на каналах Q1и Q3 будут «1» (что соответствует коэффициенту пересчета 10), на выходе связанного с ними ЛЭ 2И-НЕ будет «0», сигнал которого сбросит младший индикатор и даст импульс счета старшему (сработает как одно нажатие кнопки). Когда на выходе «младшего» счетчика будет число 9, с каналов Q0 и Q3 на ЛЭ 2И-НЕ DD3.3 подадутся единицы, на выходе ЛЭ будет 0, который перейдет на один из входов ЛЭ 2ИЛИ-НЕ. Другой вход этого ЛЭ подключен к постоянному 0 с мультивибратора. На выходе 2ИЛИ-НЕ будет «1» , после чего сработает зуммер.