ЦифрСхТ_ЛР4
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра электронных приборов и устройств |
||||||
ОТЧЁТ по лабораторной работе № 4 по дисциплине «Цифровая схемотехника» Тема: РЕГИСТРЫ И СЧЁТЧИКИ
|
||||||
|
||||||
Санкт-Петербург 2024 |
ЦЕЛЬ: собрать и исследовать несколько несложных схем последовательностной логики на триггерах: асинхронный счётчик, параллельный регистр, кольцевой счётчик, сдвиговый регистр. Для асинхронного счётчика исследуется эффект накопления задержки тактовых импульсов, для схем кольцевого счётчика и сдвигового регистра – схема начального сброса на основе RC-цепи и буферных ЛЭ. Источником тактового сигнала служит мультивибратор на инвертирующем триггере Шмитта.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Схема и осциллограмма работы асинхронного 4-разрядного счётчика приведены ниже.
|
а |
|
б |
Рис 1 Схема (а) и осциллограмма работы (б) асинхронного 4-разрядного двоичного суммирующего счётчика
На осциллограмме подпишите имена цепей и выделите два соседних состояния счётчика – с каким-то числом N на выходе, и с N+1.
Полученная осциллограмма соответствует ожидаемым данным. Частотные соотношения на выходах представлены как /Q1/Q2/Q3=2/4/8/16, что указывает на то, что первый триггер делит входную частоту на 2, второй — на 4, третий — на 8, а четвёртый — на 16.
Осциллограмма, показывающая эффект накопления задержки в асинхронном счётчике, приведена на рис. 2.
Рис. 2. Осциллограмма, показывающая быстродействие асинхронного счётчика
Как видно, каждый триггер удлиняет время, затрачиваемое на переполнение счётчика, на 6 нс. На изменение состояния выходов счётчика с числа 15 на число 0 уходит 24 нс.
Схема параллельного 4-разрядного регистра показана на рис. 3.
Рис. 3. Схема для исследования 4-разрядного параллельного регистра
Согласно номеру варианта 15 в регистр было записано число 1111, затем число, большее на единицу (то есть, 16-10=610=1102). Светодиоды стенда в моменты времени, когда регистр хранит указанные числа, горели в первом случае все 4 диода, а во втором только два средних.
При изменении сочетания битов в шине D[3..0] до момента подачи тактового импульса на входы С триггеров состояния светодиодов, подключённых к выходам схемы Q[3..0], менялись, что соответствует ожиданиям и принципу действия схемы.
Схема и осциллограмма работы сдвигового регистра с ручной начальной установкой показаны на рис. 4.
|
а |
|
б |
Рис. 4. Схема и осциллограмма работы 4-разрядного сдвигового регистра с ручной начальной установкой
На осциллограмме подпишите имена цепей и выделите один полный цикл работы схемы, где выходное число меняется от 00012 до 10002.
Исследованная схема автоматического начального сброса (инициализации) и осциллограмма ее работы показаны на рис. 5.
|
|
а |
б |
Рис. 5. Схема автоматического начального сброса (а) и осциллограмма ее работы (б)
На осциллограмме подпишите имена цепей, выделите интервал времени, в течение которого функциональные узлы получают управляющий сигнал инициализации.
Продолжительность импульса сброса величиной 1,82 мс соответствует ожидаемой, которая составляет примерно τ≈ 0.7∙RC = 1,55 мс
Исследованная схема 8-разрядного сдвигового регистра показана на рис. 6. Она построена на основе обычного параллельного регистра путём подключения лишь одного младшего бита регистра.
Рис. 6. Схема для исследования 8-разрядного сдвигового регистра
Фото светодиодов стенда, хранящее двоичное число 11111001 (десятичное 249) показано на рис. 7.
|
а) |
t
1
1
SA1
CLK |
0
0
0
1
1
1 б) |
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q0
Q1 |
в) |
Рис. 8. Сдвиговый регистр, хранящий число 111110012=24910 (а), временная диаграмма входных сигналов схемы, которая предшествовала формированию в шине Q[7..0] данного числа (б), временная диаграмма генератора «эффекта волны» (в) |
ВЫВОД: в ходе лабораторной работы были исследованы схемы работы четырёхразрядных регистра и счётчика, для которой экспериментально было определено время задержки тактового сигнала и время задержки, вносимое одним триггером. Так же были исследованы схемы кольцевого счётчика с начальной установкой и начальным сбросом, для которой были определена длительность импульса сброса. Реализован эффект «волны» с помощью исследованной в работе схемы сдвигового регистра.