Учебное пособие 1492

Таблица 7.10 Вводимые параметры генераторов цифровых сигналов

для задания по пункту 7.2.2

Продолжение таблицы 7.10

Продолжение таблицы 7.10

7.3.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Схемы измерения регистров.

2.Значения параметров цифровых сигналов.

3.Значения параметров анализа трехразрядных процессов

(Transent).

4.Временные диаграммы работы регистров.

5.Таблицы истинности.

6.Обсуждение результатов. Выводы по работе.

8. КОМПЬЮТЕРНЫЙ АНАЛИЗ СЧЕТЧИКОВ

Цель исследования. Приобрести навыки схемотехнического моделирования счетчиков различных типов с помощью ПЭВМ с использованием программной среды Design Center.

Содержание исследования. В исследовании выполняет-

ся схемотехническое моделирование четырехразрядного счетчика на микросхеме 7493А для заданных параметров генераторов DSTM1, DSTM2 и заданных параметров анализа переходных характеристик.

Кроме того выполняется схемотехническое моделирование определенного индивидуальным заданием типа счетчика, построенного на JK-триггерах.

Подготовительный этап. Проработать раздел "Счетчи-

ки" [1, с.585-600; 6, с. 163-190; 8, с. 355-357; 11, с. 235-261].

8.1 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ АНАЛИЗА

Для выполнения данного задания необходимо:

1.Активировать пакет программ Design Center. Для этого необходимо открыть папку Micro Sim Design Lab.

2.Загрузить графический редактор Schematics.

3.При необходимости создания новой схемы щелкнуть мышкой на кнопку 2, показанную на рис. 8.1.

4.Достать из библиотеки необходимые элементы. Для

этого:

а) щелкнуть мышкой на кнопку 3 (рис. 8.1);

Рис. 8.1. Панель инструментов Shematics

б) в появившемся окне (рисунок 8.2), в строке Part Name записать условное обозначение элемента;

в) нажать кнопку Place;

г) чтобы из библиотеки достать генератор импульсов в строке Part Name нужно записать DigCloсk;

д) нажать кнопку Place&Close.

5.Расставить элементы в нужном порядке.

6.Провести соединительные линии. Для этого необходимо щелкнуть мышкой по кнопке 1 (рис.8.1).

7.Задать параметры генераторов. Для этого:

а) дважды щелкнуть мышкой по его изображению; б) в появившемся окне (рис. 8.3) выбрать необходимый

параметр;

Рис. 8.2. Окно содержания элементов в библиотеках

Рис. 8.3. Окно параметров генератора

в) в строке Value записать его значение и нажать Enter ; г) после ввода всех необходимых параметров щелкнуть

по кнопке OK.

В данном задании параметры для генератора DSTM 1 : DELAY = 2uS , ONTIME = 0.5uS , OFFTIME = 0.5uS ,

STARTVAL = 0 , OPPVAL = 1 .

Для генератора DSTM 2 :

DELAY = 1uS , ONTIME = 1uS , OFFTIME = 100uS , STARTVAL = 0 , OPPVAL = 1 .

8.Расставить значки( вольтметры ) с помощью клавиш Ctrl+M. Расставлять начиная с младшего разряда на выходе.

9.Установить параметры анализа, щёлкнув по кнопке 4

(рис. 3).

10. Затем щелкнуть мышкой по кнопке Transient. 11.В появившемся окне, в строке Print Step записать 1u,

ав строке Final Time 20u

12.Нажать OK.

13.Нажать Close.

14.Запустить схему на анализ, щёлкнув мышкой по кнопке 5 (рис. 8.1).

15. Для составления таблицы переключений счетчика необходимо выполнить команду Cursor. Перемещая мышью или с помощью клавиатуры курсор по временным диаграммам, снимать с монитора искомые логические значения.

8.2. ИССЛЕДОВАНИЕ СЧЕТЧИКОВ

Выполнить схемотехническое моделирование различных счётчиков, построенных на JK-триггерах.

Задание 8.2 содержит пять вариантов. Номер варианта взять такой же, как номер ПЭВМ. В пределах индивидуального задания значения параметров генераторов цифровых сигналов выбрать из раздела 8.3 по последней цифре индекса группы. Для группы ..1 – подвариант а), для группы ..2 – б), для группы ..3 – в).

Вариант 1 Схемотехническое моделирование счетчика по мо-

дулю 16

Если счетчик считает от 0000 до 1111 ( в двоичной системе ), то он имеет 16 различных выходных состояний. Такой счетчик называется счетчиком по модулю 16. Модуль счетчика - это число различных состояний, через которые проходит счетчик в процессе одного полного цикла счета.

Функциональная схема счетчика по модулю 16, составленная из четырех JK-триггеров, показана на рис. 8.4. Каждый из триггеров работает в режиме переключения (J=K=1). При поступлении тактового импульса на синхронизирующий вход ( CLK ) триггера этот триггер переключается. Срез сигнала на выходе каждого триггера запускает следующий триггер. Генератор DSTM2 подает обнуляющий сигнал, поступающий на вход триггера CLR (триггер сбрасывается при CLR=0).

Задание 1

Составить задание на моделирование счетчика по моду-

лю 16, схема измерения которого представлена на рис. 8.4. Функциональный состав счетчика задать согласно варианту раздела 8.3.

Рис. 8.4. Счетчик по модулю 16

Задание 2

Снять временные диаграммы счетчика по модулю 16. Значения параметров генераторов задать согласно вари-

анту раздела 8.3.

Задание 3

Заполнить таблицу переключений для счетчика по модулю 16 согласно форме, представленной в табл. 8.1

Таблица 8.1 Форма таблицы переключений для счетчика по модулю 16

Номер DSTM2 6A:CLK 7A:CLK 8A:CLK 8A:Q

тактового импульса

Вариант 2 Схемотехническое моделирование асинхронного

счетчика по модулю 10

Счётчик по модулю 10 считает от 0000 до 1001 ( от 0 до 9 в десятичной системе ). Такой счетчик можно реализовать на 4 JK-триггерах типа 7476 ( отечественный аналог К176ТВ1). В

схему нужно включить логический элемент И-НЕ с условным обозначением 7400 (отечественный аналог К155ЛА3 ) для установки всех триггеров в нулевое состояние (отчистки счетчика) с приходом десятого импульса ( т. е. с приходом первого импульса после того, как счетчик досчитал до 1001. При подаче логической единицы, содержащейся в разряде двоек и восьмерок двоичного числа 1010, на входы логического элемента И-НЕ этот элемент установит все триггеры в состояние 0. Счетчик начинает снова считать от 0000 до 1001.

Функциональная схема счетчика представлена на рис. 8.5. Генератор DSTM1 используется для начальной установки счетчика (PRE=1). На входы триггеров CLR подается сигнал с дополнительной цепи сброса, которая включает в себя логический элемент И-НЕ.

Задание 1

Составить задание на моделирование асинхронного счетчика по модулю 10, представленного на рис. 8.5. Функциональный состав счетчика задать согласно варианту раздела

8.3.

Рис. 8.5 Асинхронный счетчик по модулю 10

Задание 2

Снять временные диаграммы счетчика по модулю 10. Значения параметров генератора задать согласно варианту раздела 8.3.

Задание 3

Заполнить таблицу переключений для счетчика по модулю 10 согласно форме, представленной в табл. 8.2.

Таблица 8.2 Форма таблицы переключений для счетчика по модулю 10

Вариант 3.

Схемотехническое моделирование синхронного счетчика по модулю 8

Для некоторых быстродействующих цифровых устройств очень важно, чтобы все ступени счетчика срабатывали одновременно. Такой режим реализуется в синхронном счетчике. Рассматривая на рис. 8.6 схему соединения, синхронизирующих входов триггеров ( СLК ), видно, что эти входы соединены параллельно; тактовые импульсы поступают непосредственно на синхронизирующий вход каждого триггера. Входной импульс поступающий на синхронизирующий вход переключает триггер, если у этого триггера на входах J и K действует уровень логической единицы.

Отметим, что в данном счетчике JK-триггеры используются как в режиме переключения ( при J = K = 1 ), так и в режиме блокировки ( при J=K=0 ). Вход триггера CLR имеет то же назначение, что и для счетчика по модулю 16.

Задание 1 Составить задание на моделирование синхронного счетчика по модулю 10, представленного на рис. 8.6.

Функциональный состав счетчика задать согласно варианту раздела 8.3.

Рис. 8.6. Синхронный 3-разрядный счетчик

Задание 2 Снять временные диаграммы синхронного счетчика по модулю 10. Значения параметров генератора задать согласно варианту раздела 8.3.

Задание 3

Заполнить таблицу переключений для синхронного счетчика по модулю 10 согласно форме, представленной в таблице

8.3.

Таблица 8.3 Форма таблицы переключений для синхронного 3-разрядного

счетчика

Вариант 4 Схемотехническое моделирование вычитающего

счетчика

В некоторых цифровых устройствах возникает необходимость счета в обратном направлении ( 8, 7, 6, 5, 4, ...). Счетчики, которые считают от больших чисел к меньшим, называются вычитающими счетчиками, или счетчиками обратного действия.

Схема асинхронного вычитающего счетчика по модулю 8 показана на рис. 8.7. В вычитающем счетчике синхронизирующий вход каждого триггера связан с инверсным выходом предыдущего триггера. Заметим, что в вычитающем счетчике перед началом счета в обратном направлении предусмотрена предварительная его установка в состояние 111 с помощью входа предустановки ( PRЕ ). На вход триггера СLR подается логическая единица для того, чтобы триггер работал в синхронном режиме (PRE=CLR=1).

Задание 1

Составить задание на моделирование вычитающего циклического счетчика по модулю 10, представленного на рис. 8.7. Функциональный состав счетчика задать согласно варианту раздела 3.

Задание 2

Снять временные диаграммы вычитающего счетчика по модулю 10. Значения параметров генератора задать согласно варианту раздела 8.3.

Задание 3

Заполнить таблицу переключений для вычитающего счетчика по модулю 10 согласно форме, представленной в табл.8.4

В форме таблицы записаны наименования выходов элементов с которых необходимо снимать значения.

134

Рис. 8.7. Вычитающий 3-разрядный циклический счетчик

Таблица 8.4 Форма таблицы переключений для вычитающего счетчика

Номер DSTM2 1A:Q 2A:Q 3A:Q

тактового импульса

Вариант 5 Схемотехническое моделирование самооста-

навливающегося трехразрядного вычитающего счетчика.

В некоторых случаях нужны счетчики, которые останавливаются, когда исчерпывается вся счетная последовательность. На рис.8.8 видно, для остановки счета достаточно ввести в схему логический элемент ИЛИ, который будет устанавливать на входах J и K первого триггера уровень логического 0, когда выходах счетчика появится сигнал 000. Если нужно начать новый цикл счета с двоичного числа 111, на вход предустановки PRЕ следует подать уровень логического

0 [6].

Задание 1

Составить задание на моделирование вычитающего самоостанавливающегося счетчика, представленного на рис.8.8.

135

Функциональный состав счетчика задать согласно варианту раздела 8.3.

Задание 2

Снять временные диаграммы самоостанавливающегося вычитающего счетчика по модулю 10. Значения параметров генератора задать согласно варианту раздела 3.

Задание 3

Заполнить таблицу переключений для самоостанавливающегося вычитающего счетчика по модулю 10 согласно форме, представленной в табл. 8.5.

Рис. 8.8. Схема самоостанавливающегося 3-разрядного вычитающего счетчика

Таблица 8.5 Форма таблицы переключений для самоостанавливающегося

счетчика

8.3. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Вариант 1.

В данном задании используются 4 JK-триггера, их условное обозначение 7473 и 2 импульсных генератора, а также 8 элементов H I (порт высокого уровня). Эти элементы достают из библиотек. Для реализации задания необходимо выполнить последовательность действий раздела 8.1 (начиная с пп.3 ) с учетом используемых элементов в данном задании.

а) Параметры для генератора DSTM 1 :

DELAY = 1uS , ONTIME = 0.5uS , OFFTIME = 0.5uS , STARTVAL = 0 ,

OPPVAL = 1 .

Параметры для генератора DSTM 2 :

DELAY = 1uS , ONTIME = 1uS , OFFTIME = 20uS , STARTVAL = 1 ,

OPPVAL = 0 .

б) Параметры для генератора DSTM 1 :

DELAY = 2uS , ONTIME = 1.5uS , OFFTIME = 1uS , STARTVAL = 0 ,

OPPVAL = 1 .

Параметры для генератора DSTM 2 :

DELAY = 2uS , ONTIME = 1uS , OFFTIME = 25uS , STARTVAL = 1,

OPPVAL = 0 .

в) Параметры для генератора DSTM 1 :

DELAY = 1.5uS , ONTIME = 1uS , OFFTIME = 1 uS , STARTVAL = 0,

OPPVAL = 1 .

Параметры для генератора DSTM 2 :

DELAY = 1.5uS , ONTIME = 1.5uS , OFFTIME = 20uS, STARTVAL=1,

OPPVAL = 0 .

Вариант 2.

В данном задании используются 4 JK-триггера, их условное обозначение 7476, 2 импульсных генератора ( DigClock ), а также 8 элементов H I.

Эти элементы достают из библиотек. Для выполнения задания необходимо выполнить последовательность действий раздела 8.1 (начиная с пп.3 с учетом используемых элементов в данном варианте).

а)Параметры для генератора DSTM 1 :

DELAY = 0.5uS , ONTIME = 0.5uS ,OFFTIME = 200uS , STARTVAL =1 ,

OPPVAL = 0 .

Параметры для генератора DSTM 2 :

DELAY = 1uS , ONTIME = 0.5uS , OFFTIME = 0.5uS , STARTVAL = 0 ,

OPPVAL = 1 .

б)Параметры для генератора DSTM 1 :

DELAY = 1 uS ,ONTIME = 1.5uS , OFFTIME = 150uS , STARTVAL = 1 ,

OPPVAL = 0 .

Параметры для генератора DSTM 2 :

DELAY = 1uS , ONTIME = 2 uS , OFFTIME = 2 uS , STARTVAL = 0 ,

OPPVAL = 1 .

в)Параметры для генератора DSTM 1 :

DELAY = 0.5 uS , ONTIME = 0.5uS , OFFTIME = 200uS , STARTVAL = 1, OPPVAL = 0 .

Параметры для генератора DSTM 2 :

DELAY = 0.5 uS , ONTIME = 0.7uS , OFFTIME = 1.4uS , STARTVAL = 0,

OPPVAL = 1 .

Вариант 3.

В данном задании используются 3 JK-триггера, их условное обозначение 7473 и 2 импульсных генератора, а также логический элемент И типа 7408 (отечественный аналог К155ЛИ1). Эти элементы достают из библиотек. Для выполнения задания необходимо выполнить последовательность действий раздела 8.1 (начиная с пп.3) с учетом используемых элементов в данном задании.

а)Параметры для генератора DSTM 1 :

DELAY = 1uS , ONTIME = 0.5uS , OFFTIME = 0.5uS , STARTVAL = 0 ,

OPPVAL = 1 .

Параметры для генератора DSTM 2 :

DELAY = 0.5uS , ONTIME = 0.5uS , OFFTIME = 20uS ,STARTVAL = 1 , OPPVAL = 0 .

б)Параметры для генератора DSTM 1 :

DELAY = 0.7uS , ONTIME = 1uS , OFFTIME = 0.6uS , STARTVAL = 1 ,

OPPVAL = 0 .

Параметры для генератора DSTM 2 :

DELAY = 1uS , ONTIME = 2 uS , OFFTIME = 30 uS , STARTVAL = 0 ,

OPPVAL = 1 .

в) Параметры для генератора DSTM 1 :

DELAY = 1.2uS , ONTIME = 1.5uS , OFFTIME = 0.8uS , STARTVAL = 1 ,

OPPVAL = 0 .

Параметры для генератора DSTM 2 :

DELAY = 1uS , ONTIME = 0.5 uS , OFFTIME = 30 uS , STARTVAL = 0 ,

OPPVAL = 1 .

Вариант 4.

В данном задании используются 3 JK-триггера, их условное обозначение 7476 и 2 импульсных генератора, а также 7 элементов H I. Эти элементы достают из библиотек. Для вы-