РАБОТА № 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СЧЕТЧИКОВ

Цель работы

Изучение работы и тестирование счетчиков.

В работе исследуются четырехразрядные асинхронные двоичный и двоичнодесятичный реверсивные счетчики с предустановкой, внутренняя структура которых построена на основе КМОП-логики.

Описание лабораторного стенда

Работа проводится на лабораторном модуле «Счетчики», лицевая панель которого изображена на рис. 1. Также в работе используются функциональные узлы модулей «Логические элементы и триггеры» и «Мультиплексоры».

Рис.1. Модуль «Счетчики»

В работе исследуются асинхронные четырехразрядные счетчики. Они имеет общий вход сброса «R», вход режима работы «С», входы предустановки D1, D2, D4 и D8, вход суммирования «+1», вход вычитания «-1», четыре выхода: Q1, Q2, Q3, Q4, соответствующие от младшего до старшего разрядам четырехразрядного кода, а также выходы переноса старшего и младшего разрядов.

Отличительной особенностью асинхронных счетчиков является то, что они представляют собой последовательное включение триггеров, где каждый последующий триггер переключается под действием выходного сигнала предыдущего триггера. В связи с этим, главным недостатком подобных схем является возникновение на его выходах промежуточных ложных комбинаций.

21

Реверсивные счетчики могут работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания числа счетных импульсов, что определяется двумя счетными входами.

Таблица истинности (таблица рабочих состояний) счетчика (табл. 1) поясняет его работу.

При подаче на вход С низкого уровня 0 счетчик переходит в режим предустановки, в этом режиме подачей сигналов на входы D1-D8 создается соответствующая комбинация на выходах Q1-Q4. При подаче на вход С высокого уровня 1 счетчик переходит в счетный режим. В этом режиме работы пересчет импульсов осуществляется подачей положительного перепада на входы +1 или -1 в зависимости от выполняемой операции (суммирование или вычитание). При превышении максимального числа на выходе (9 для двоично-десятичного или 15 для двоичного счетчика) появляется единица на выходе переноса старшего разряда. Вход R служит для обнуления выходов счетчика вне зависимости от режима работы.

Таблица 1. Таблица работы счетчиков

В работе используется источники сигналов «Логический уровень» модуля «Мультиплексоры», предназначенные для формирования логических сигналов высокого «1» и низкого «0» уровней. Включение сигналов осуществляется при помощи соответствующих тумблеров. С помощью светодиодов осуществляется индикация сигналов.

При помощи «Генератора импульсов» модуля «Логические элементы и триггеры» на входы счетчиков могут быть поданы последовательности прямоугольных импульсов с частотами 100 Гц; 200 Гц и 1600 Гц, а кнопками

22

«Одиночного импульса» SB1 и SB2 можно подать нарастающий либо спадающий фронт импульса.

Задание и методические указания

3.1. Предварительное домашнее задание

а) изучить тему курса «Счетчики» и содержание данной работы, быть готовым ответить на все контрольные вопросы;

б) воспользовавшись таблицей вариантов (табл. 2) разработать схему делителя импульсов или необходимого типа счетчика. Для реализации схемы использовать счетчики DD1 и DD2.

3.2. Экспериментальное исследование счетчиков

а) проверить таблицу истинности для двоичного счетчика DD1 и определить, исправен ли он. Для этого собрать схему (рис. 2), подключив выходы гнезд «Уровень логический» к соответствующим входам R, D1-D8 и C. Подключить источник сигнала «Импульс одиночный», формирующий одиночные импульсы с положительной () полярностью, к входу +1. Включить тумблер «Питание». В режиме предустановки задать число, заданное преподавателем. Задавать по очереди все комбинации, описанные выше, результаты занести в таблицу 3.

23

б) повторить опыты п. а для двоично-десятичного счетчика DD2. Сделать выводы о сходстве и различии двух счетчиков.

Рис. 3. Схема соединений для тестирования счетчика при подаче импульсов от генератора

в) проверить работу двоичного счетчика при подаче на входы импульсов от генератора (Рис.3), подключив выходное гнездо «Генератора импульсов» с частотой 1600 Гц к входу +1. Затем вход осциллографа СН1 подключить к генератору 1600Гц, а вход осциллографа СН2 – последовательно к каждому из выходов счетчика

25

(корпус осциллографа « » соединить с общей точкой модуля). Включить тумблер «Питание». Зарисовать временные диаграммы сигналов на входе и выходах счетчика. Переключить выход генератора к входу -1. Зарисовать осциллограммы также как и в предыдущем опыте. Последовательно переключая вход осциллографа СН1 к выходам Q2, Q4, Q8 зарисовать на той же кальке выходные сигналы счетчика.

Подключить выход генератора 1600Гц к входу счетчика +1, а выход 200Гц к входу -1. Подключить каналы осциллографа сначала к входным сигналам, как показано на рисунке, потом последовательно ко всем выходам счетчика. В отчете представить все сигналы друг под другом. При необходимости править синхронизацию Кратковременно отсоединить провод от генератора 1600Гц. Подсоединить заново. Проделать опыт несколько раз, наблюдая за изменением сигналов на выходе. Почему это происходит?

Выключить тумблер «Питание»;

г) повторить опыты п. в) для счетчика DD2. Сделать выводы о сходстве и различии двух счетчиков.

3.3. Экспериментальное исследование схем на основе счетчиков

а) собрать схему, разработанную в предварительном домашнем задании. Проверить правильность работы схемы. При проверке собрать схему со светодиодами на выходе. При какой частоте мигание светодиода становится неразличимым глазом? При исследовании делителей частоты воспользоваться осциллографом и зарисовать временные диаграммы сигналов друг под другом. При исследовании различных видов счетчиков снять диаграммы каждого из разрядов.

Содержание отчета

Отчет должен содержать следующие пункты: а) наименование и цель работы; б) предварительное задание;

г) принципиальные электрические схемы для выполненных экспериментов; д) результаты экспериментальных исследований, помещенные в

соответствующие таблицы; е) обработанные осциллограммы; ж) выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Чем отличаются последовательностные схемы от комбинационных?

2.На основе каких элементов строятся счетчики?

3.Нарисовать схему двоичного суммирующего четырехразрядного счетчика на базе D-триггеров?

4.Чем отличаются асинхронные счетчики от синхронных?

5.Перечислить основные преимущества синхронных счетчиков по сравнению с асинхронными.

6.Поясните термин «реверсивные счетчики».

26

7. Сколько разрядов должен иметь двоичный счетчик, чтобы обеспечить возможность счета 64 импульсов?

27