ЛР4

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

отчет

по лабораторной работе №4

по дисциплине «Цифровая схемотехника»

Тема: «Регистры и счетчики»

Студент гр.
Преподаватель

Санкт-Петербург

2024

Цель - собрать и исследовать несколько несложных схем последовательностной логики на триггерах: асинхронный счетчик, параллельный регистр, кольцевой счетчик, сдвиговый регистр. Для асинхронного счетчика исследуется эффект накопления задержки тактовых импульсов, для схем кольцевого счетчика и сдвигового регистра – схема начального сброса на основе RC-цепи и буферных ЛЭ. Источником тактового сигнала служит мультивибратор на инвертирующем триггере Шмитта.

Рис. 1. Схема асинхронного 4-разрядного двоичного суммирующего счетчика

Рис. 2. Осциллограмма асинхронного работы 4-разрядного двоичного суммирующего счетчика

Полученная осциллограмма соответствует ожидаемому. Соотношения частот на выходах составляют Q₀ равна f /2, Q₁ – f /4, Q₂ – f /8 и Q₃ – f /16. Выделенные фрагменты осциллограммы показывают процесс переключения счетчика с числа 0 на число 1.

Рис. 3. Осциллограмма, показывающая быстродействие асинхронного счетчика

Как видно, каждый триггер удлиняет время, затрачиваемое на переполнение счетчика, на 25,6/4 = 6,4 нс. На изменение состояния выходов счетчика с числа 15 на число 0 уходит 25,6 нс.

Рис. 4. Схема для исследования 4-разрядного параллельного регистра

Согласно номеру варианта 5 в регистр было записано число 5 = 0101, затем число, большее на единицу (то есть, 6 = 0110).

а)	б)

Рис. 5. Хранение регистром числа 5 = 0101 (а) и числа 6= 0110 (б)

При изменении сочетания битов в шине D [3...0] до момента подачи тактового импульса на входы С триггеров состояния светодиодов, подключенных к выходам схемы Q[3..0], менялись, что соответствует ожиданиям и принципу действия схемы.

Рис. 6. Схема 4-разрядного сдвигового регистра с ручной начальной установкой

Рис. 7. Осциллограмма работы 4-разрядного сдвигового регистра с ручной начальной установкой

Рис. 8. Схема автоматического начального сброса

Рис. 9. Осциллограмма работы схемы автоматического начального сброса

Продолжительность импульса сброса величиной 2 мс почти соответствует ожидаемой, которая составляет примерно: τ = 0,7* RC = 0,7 * 4,7*1000*470*10^-9 = 1,5 мс.

Рис. 10. Схема для исследования 8-разрядного сдвигового регистра

Рис. 11. Сдвиговый регистр, хранящий число 00011111 = 127

Рис. 12. Временная диаграмма генератора «эффекта волны»

Вывод: Лабораторная работа была посвящена исследованию схем последовательной логики на основе триггеров. Были собраны и исследованы схемы асинхронного двоичного счетчика (с подтверждением ожидаемого соотношения частот и оценкой времени переполнения), параллельного регистра (проверка изменения состояний на выходе), и сдвигового регистра (измерение длительности импульса сброса и моделирование работы). Было обнаружено, что каждый триггер удлиняет время, затрачиваемое на переполнение счетчика, на 6,4 нс. На изменение состояния выходов счетчика с числа 15 на число 0 уходит 25,6 нс. Так же была рассчитана продолжительность импульса. Значение составило 1.5 мс, что приблизительно равно ожидаемому 2мс. Результаты экспериментов подтвердили теоретические ожидания по функционированию всех исследуемых схем.