4. Контрольные вопросы

1. Дайте общее определение счетчиков, их классификацию и функциональные возможности каждой разновидности.

2. Сравните схемы, приведенные на рисунках 6.1,а и 1.1 из /1/. Объясните порядок изменения состояния выходов в эксперименте по исследованию схемы 1.1.

3. Объясните использование микросхемы ТМ2 в лабораторной работе № 2.

4. Перечислите способы организации делителей на основе специальных и полных счетчиков.

5. Изобразите структурную схему делителя с переменным К_дел и установкой заданного исходного состояния, дайте описание его работы.

6. Изобразите структурную схему делителя с переменным К_дел и установкой заданного конечного состояния, дайте описание его работы. Объясните, почему в качестве дешифратора используют элемент И, на входы которого подают выходные сигналы только с тех разрядов счетчика, которые в состоянии А= К_дел имеют значения лог.1, и не контролируют наличие лог.0 на остальных выходах счетчика.

7. Проведите сравнительный анализ различных схем делителей.

8. Приведите схемные решения, улучшающие работу делителей.

9. Перечислите функциональные возможности микросхемы ИЕ7, способы ее перевода в каждый из режимов, приоритеты.

10. Обоснуйте разработанные вами схемы и планы экспериментов, дайте описание работы каждой схемы с демонстрацией временных диаграмм.

Лабораторная работа № 7

СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЬЦЕВЫХ КОММУТАТОРОВ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Изучить возможности различных последовательностных микросхем применительно к задаче синтеза кольцевых коммутаторов;

1.2. Разработать схемы реализации кольцевых коммутаторов на различной элементной базе с предотвращением их входа в ложные состояния.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Для использования совместно с различными датчиками и исполнительными системами роботов нередко требуются многофазные генераторы (МФГ) – схемы, выдающие на множество своих выходов упорядоченную систему импульсов. МФГ обычно состоят из генератора тактовых импульсов и формирователя системы импульсов (распределителя). Простейшие разновидности МФГ – генераторы обегающего импульса (паузы) и генераторы многофазной системы меандров. Различные схемы генераторов тактовых импульсов рассмотрены в /5, 6/.

В генераторах трехфазной системы меандров (рис. 7.1) распределитель, называемый фазорасщепителем или

Рис. 7.1

кольцевым коммутатором (КК), строят обычно на триггерах, регистрах сдвига или счетчиках, хотя такие системы сигналов возможно получить как с помощью ПЛИС, так и на выходах микроконтроллера.

Рассмотрим, например, схему из /12/ на JK-триггерах – рис. 7.2.

Рис. 7.2

Если здесь не вводить DD3, а подключить K-вход DD1 к выходу В триггера DD2, то такой КК после включения питания начнет выдавать:

либо	А		В	, то есть	А	В	С
	0	0	0		0	0	1
	1	0	0		1	0	1
	1	1	0		1	0	0
	1	1	1		1	1	0
	0	1	1		0	1	0
	0	0	1		0	1	1
	0	0	0		0	0	1
либо	А		В	, то есть	А	В	С
	0	1	0		0	0	0
	1	0	1		1	1	1
	0	1	0		0	0	0
	1	0	1		1	1	1

Таким образом, КК без коррекции делит f_ти либо на 6, либо на 2 – случайно, в зависимости от начальной установки. Это недопустимо, поэтому в /13/ предложено в начале работы обнулять триггеры по R-входу. Однако, если в дальнейшем (например, под действием помехи) КК попадет в ложное состояние, то его нормальное функционирование не восстановится. В схеме же, приведенной на рис. 7.2, любое из ложных состояний за один или два такта переходит в одно из заданных. Поскольку ложная последовательность 010-101 состоит из шести знаков, существует 6 вариантов схемы автоматического перехода в штатное состояние.

При использовании RS- или JK-триггеров удобнее всего управлять только одним входом любого из них, запрещая в нужный момент прохождение на него импульса и таким образом задерживая этот триггер в прежнем состоянии. В результате за два такта возможно получение из состояний 010 или 101 любого состояния, входящего в правильную последовательность. Например, на переходе с третьего триггера на первый возможно получить при J₁ = 0 в состоянии 010 переход в 001, при К₁ = 0 в состоянии 101 – переход в 110.

Для реализации заданного перехода следует записать состояние выбранного входа при всех восьми возможных состояниях выходов и исправить единицу на ноль в одном из состояний, входящих в неправильную последовательность. Затем записывается формула связи, подлежащей коррекции, в полной дизъюнктивной форме и проводится ее упрощение. В формулу связи в качестве членов дизъюнкции входят конъюнкции состояний выходов триггеров, соответствующих единичному состоянию выбранного входа. При единичном состоянии выхода он записывается в прямой, а при нулевом – в инверсной форме.

П риведем пример таблицы состояний и соответствующей формулы связей.

Нетрудно проверить, что в любом состоянии правильной последовательности дополнительная логическая связь не влияет на работу схемы: . Кроме описанных способов исключения неправильной последовательности возможны и другие, например блокировка тактового сигнала на одном из триггеров и т.п. Выбор этих способов определяется простотой схемной реализации. Подробное описание путей синтеза генераторов заданной последовательности импульсов приведено в /14/.

Е

Рис. 7.3

ще один вариант кольцевого коммутатора (фазорасщепителя) на триггерах приведен на рис. 7.3. Как и предыдущая схема, этот КК обеспечивает самостоятельный переход из ложного состояния в одно из штатных максимум за два такта f_ти.

Нетрудно установить, что в обоих схемах триггеры образуют цепочку в виде регистра сдвига, охваченного инвертирующей обратной связью, и дополненную логическими узлами для вывода из ложных циклов. Отсюда естественно использовать для организации КК регистр сдвига в виде интегральной схемы, например, К555ИР8. Ее следует дополнить элементами для инвертирующей связи третьего выхода со входом и для получения неинвертированного сигнала В или С. Ввиду неопределенного состояния регистра при подаче питания и возможности сбоев во время работы следует предусмотреть логику вывода из ложных циклов, аналогичную приведенным выше.

Вариант КК на основе двоичного счетчика должен включать либо элементы, формирующие нужную последовательность нулей и единиц непосредственно из позиционного кода на выходе счетчика, либо элемент, формирующий бегущую единицу (или бегущий нуль), а за ним логику, формирующую меандры из этого унитарного кода. Второй вариант удобнее в реализации, ибо наиболее сложная часть преобразования выполняется специальной схемой формирователя обегающего импульса.