Лабы ЦСХТ / ЛР4 Регистры и счетчики Вар 2

_{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		Герасимов В.А.

Санкт-Петербург

202X

Цель работы

Cобрать и исследовать схемы 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

Выполнение работы

Схема и осциллограмма работы асинхронного 4-разрядного счетчика приведены на рисунках 1 и 2.

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

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

Полученная осциллограмма соответствует ожидаемому резултату. По рисунку 2 видно, что соотношения частот на выходах каждого из триггеров составляют f/2, f/4, f/8, f/16. На осциллограмме наблюдается процесс переключения счетчика с числа 0000₂ на число 1111₂.

Далее, осциллограмма, показывающая эффект накопления задержки в асинхронном счетчике, приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Осциллограмма, показывающая быстродействие асинхронного счетчика

По рисунку 3 видно, что каждый счетчик обладает своим временем на переключение, что влияет на быстродействие всей схемы из-за накопления временных интервалов. Время, затрачиваемое на переполнение счетчика, составляет примерно 6-7 нс. На изменение состояния выходов счетчика с числа 15 на число 0 уходит 24,8 нс.

Схема параллельного 4-разрядного регистра показана на рисунке 4.

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

Согласно номеру варианта (12) в регистр было записано число 12₁₀ = 1100₂. Фото светодиодов стенда в моменты времени, когда регистр хранит указанное число, показано на рисунке 5. Далее это число было изменено на 1, то есть 11₁₀ = 1101₂. Это число показано на рисунке 6.

Рис. 5. Хранение регистром числа 12

Рис. 6. Хранение регистром числа 13

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], не менялись, что соответствует ожиданиям и принципу действия схемы.

Схема и осциллограмма работы сдвигового регистра с ручной начальной установкой показаны на рисунке 7 и 8.

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

Рис. 8. Осциллограмма работы 4-разрядного сдвигового регистра с ручной начальной установкой

Исследованная схема автоматического начального сброса (инициализации) и осциллограмма ее работы показаны на рисунках 9 и 10.

Рис. 9. Схема автоматического начального сброса

Рис. 10. Осциллограмма работы схема автоматического начального сброса

Продолжительность импульса сброса величиной 2,3 мс примерно соответствует ожидаемой, которая составляет примерно 0.7RC = 1,5 мс.

Исследованная схема 8-разрядного сдвигового регистра показана на рисунке 11. Она построена на основе обычного параллельного регистра путем соединения входов и предыдущих выходов (Q0-D1, Q1-D2 и т.д.).

Рис. 11. Схема для исследования 8-разрядного сдвигового регистра

Фото светодиодов стенда, хранящее двоичное число 11100100₂ (десятичное 228₁₀, введенное кнопкой SA1), показано на рисунке 11.

Рис. 11. Хранение числа 228 в сдвиговом регистре

а	б

Рис. 12. Временная диаграмма входных сигналов схемы, которая предшествовала формированию в шине Q[7..0] числа с рисунка 11 (а), временная диаграмма генератора «эффекта волны» (б)

Выводы

В этой работе был собран асинхронный 4-разрядноый двоичный суммирующий счетчик. Этот счетчик считает количество импульсов на входе и дает результат в двоичном виде. Был зафиксирован недостаток счетчика: время, затрачиваемое на переполнение счетчика. На изменение состояния выходов уходит 24,8 нс.

Удалось собрать схему, осуществляющую автоматический начальный сброс. Принцип действия этой схемы основан на зарядке и разрядке конденсатора. Продолжительность импульса сброса составила 2,3 мс, что примерно соответствует оценке в 0.7RC = 1,5 мс.

Далее была исследована схема 8-разрядного сдвигового регистра и генератора «эффекта волны». Для них построены временные диаграммы, отображающие процессы, происходящие с логическими уровнями в схеме.