Стецкийц.ЦС.3
.docxМинистерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций
Российской Федерации Ордена Трудового Красного Знамени
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Московский Технический Университет Связи и Информатики»
Кафедра «РОС»
Дисциплина: Цифровая схемотехника
Лабораторная работа №3
Асинхронные и синхронные счётчики
Выполнил:
студент группы БРВ2202
Стецкий Н.С.
Проверил:
Ас-т кафедры РОС
Прокурат Г. А.
Москва 2024
1.Постановка задачи
Цель работы:
Исследование работы асинхронных и синхронных счетчиков.
Синтез и отладка схемы на основе двоичного счетчика в соответствии с вариантом индивидуального задания.
Изучение работы программы схемотехнического моделирования MC-11. (или другие версии).
Вариант:
С – 0001, Т – 0010, Е – 0101, Ц – 0110 для Y=1
Н – 1101, И – 1000, К – 1010, А – 0000 для Y=0
Таблица истинности:
X4 |
X3 |
X2 |
X1 |
Y |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Номер по списку: 20
Коэффициент пересчёта: 13 (3,5,6,7,9,10,11,12,13,14,15 (по кругу))
2.Экспериментальная часть
Исследование работы асинхронного двоично-десятичного счётчика модель 7490A:
Исследование работы асинхронного двоичного счётчика модель 7493A:
Сравним две схемы:
Различия между двумя схемами в том, что асинхронный двоично-десятичный счётчик считает от нуля до девяти, а асинхронный двоичный счётчик – от 0 до 15. На модели 7490A второй вход CKB делит частоту на пять, а в 7493А – на восемь. Также модель 7490A имеет две свободные ножки, а 7493A – четыре, это связанно с тем, что двоично-десятичный счётчик имеет две дополнительные ножки для сброса до 9, которые не заняты на двоичном счётчике (шестая и седьмая ножки).
Исследование работы и сравнение синхронного и асинхронного двоичного счётчика:
Основная разница между синхронным и асинхронным счётчиками в том, что в первом все четыре триггера запускаются одним и тем же импульсом одновременно (триггеры соединены параллельно), а во втором – каждый триггер запускается разными импульсами в разное время (триггеры соединены последовательно), что создаёт задержку распространения, это можно пронаблюдать на изображении выше. При сравнении схем можно понять, что синхронный счётчик быстрее асинхронного. Из преимуществ асинхронного можно отметить, то, что он быстрее реагирует на входной сигнал и его простота.
Синтезируем и сравним счётчики с коэффициентом пересчёта 13 на основании синхронного и асинхронного двоичного счётчика:
При сравнении схем выяснено, что асинхронный счётчик имеет лишний импульс при сбросе до нуля на первом выходе QA, однако на последующие выходы QB, QC и QD это не влияет. Также снова видно, что синхронный счётчик быстрее асинхронного.
Синтезируем и сравним логическую функцию в соответствии с вариантом с использованием синхронного и асинхронного счетчиков:
При сравнении схем выяснено, что асинхронный счётчик даёт лишние импульсы на выходе логической функции, это так называемая ошибка декодирования, вызванная тем, что триггеры в счётчике активируются последовательно (выход предыдущего триггера действует как тактовый сигнал для следующего триггера), что создаёт задержку распространения, из-за которой на входы логической функции попадает неверный сигнал. Также снова видно, что синхронный счётчик быстрее асинхронного.
3.Выводы
В результате лабораторной работы были исследованы три счётчика: асинхронный двоично-десятичный 7490A, асинхронный двоичный 7493A и синхронный двоичный 74LS193. Были сделаны следующие выводы о работе данных счётчиков:
асинхронный двоично-десятичный и асинхронный двоичный счётчики одной серии имеют одинаковые параметры скорости, задержки и т.п. и отличаются только порядком счёта и наличием у двоично-десятичного дополнительных ножек для сброса до 9. 7490A применяется, когда нужен простой счёт от 0 до 9, часто используется вместе с семисегментными индикаторами, 7493A чаще применяется, как делитель частоты и он более удобен при необходимости сменить коэффициент пересчёта (на его основе можно сделать в том числе двоично-десятичный счётчик), также он потребляет немного меньше мощности.
асинхронный двоичный и синхронный двоичный счётчики имеют разные параметры скорости, задержки и т.п., в целом, синхронный счётчик выигрывает. Из преимуществ асинхронного – он быстрее реагирует на входной сигнал и его конструкция проще и дешевле синхронного. 74LS193 применяется, когда нужна высокая точность и скорость, а 7493A, когда ими можно пожертвовать в пользу дешевизны и простоты. Из других преимуществ синхронного можно отметить то, что в зависимости от подключения он может считать как вверх, так и вниз, а также он потребляет немного меньше мощности.
В результате реализации логической функции был замечен другой критический недостаток асинхронных счётчиков: из-за их конструкции, где триггеры соединены последовательно происходит задержка распространения, она, в свою очередь, создаёт ошибки декодирования, что делает выходной сигнал логической функции неправильным. Синхронные счётчики данной проблемы не имеют и, следовательно, именно их используют с логическими функциями.