Лабы ЦСХТ / ЛР5 Синхронные цифровые схемы и устройства ввода-вывода

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

отчет

по лабораторной работе №5

по дисциплине «Цифровая схемотехника»

Тема: СИНХРОННЫЕ ЦИФРОВЫЕ СХЕМЫ И УСТРОЙСТВА ВВОДА-ВЫВОДА

Студент гр.
Преподаватель		Герасимов В.А.

Санкт-Петербург

202X

Цель работы

Исследовать способ организации ввода асинхронно меняющегося бита в синхронные последовательностные схемы. При поступлении этого бита с механической кнопки, подверженной дребезгу, используется синхронный метод защиты от дребезга с выделением фронта.

Выполнение работы

Схема защиты от дребезга с выделением переднего фронта приведена на рис. 1. Осциллограмма схемы приведена на рис. 2.

Рис. 1. Схема защиты от дребезга с выделением переднего фронта

S2

S1

Q21

Q1

CLK

кнопка нажата

кнопка не нажата

Рис. 2. Осциллограмма защиты от дребезга с выделением переднего фронта

Каналы: 1 – выход мультивибратора CLK, 2 – кнопка S1, 3 – выход Q1, 4 – выход Q2.

DD1 синхронизирует входной сигнал схемы, поступающий от кнопки на D с фронтами тактового сигнала C.

Дополним осциллограмму работы схемы сигналом S2. Сигнал S2 устанавливается в единицу после нажатия кнопки, когда новое значение бита S1 = 1 записывается в регистр DD2. Поскольку в течение следующего цикла тактового сигнала регистр DD3 хранит 0, на выходе получаем 0.

Схема для сравнения методов подсчета числа событий показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема для сравнения методов подсчета числа событий

В результате исследования схемы выяснено, что показания второго счетчика после 2-го нажатия на кнопку S1 опередили показания первого счетчика: «11», «42», «53», «64», «C5», «D6» и т. д. Это соответствует ожидаемому и объясняется следующим образом: при отсутствии сравнения с фронтом CLK счетчик воспринимает дребезг кнопки как полезные логические «1».

Схема ограничения коэффициента пересчета по индивидуальному заданию (К = 3) приведена на рис. 4. Я выполнил указанные подключения DD7, рассуждая следующим образом. В двоичном виде максимальное число, которое допустимо на выходе счетчика, составляет 1111, а число 3 – это 0011, поэтому биты №№ 0 и 1 были подключены к Q0 и Q1.

Рис. 4. Схема ограничения коэффициента пересчета числом 4

Схема для сравнения методов подсчета числа событий показана на рис. 5.

Рис. 5. Схема макета секундомера со звуковым сигналом

Рис. 6. Осциллограмма макета секундомера со звуковым сигналом

Каналы: 1 – тактовый сигнал C, канал 2 – выход DD8 на спикер, 3 и 4 – к выходы Q0 и Q3 счетчика DD6.

Данная схема реализует воспроизведение звукового сигнала, когда при Q0 и Q3 = 1 тактовый сигнал поступает на спикер. При каждом числе «9» слышится писк.

На левой половине осциллограммы 3 и 4 каналы показывают одновременно логическую единицу, то есть число 1001, при этом канал 2 регистрирует тактовый сигнал, поступающий на динамик. На правой половине счетчик обнулен и звукового сигнала нет.

Выводы

В лабораторной работе исследовались устройства защиты входного бита от дребезга и счетчики.

При поступлении бита с механической кнопки, подверженной дребезгу, используется синхронный метод защиты от дребезга с выделением фронта. Была собрана и схема по предотвращению дребезга по фронту тактового сигнала, получена ее осциллограмма.

Далее были собраны схема сравнения двоично-десятичных счетчиков. Один счетчик, правильный, сравнивал сигнал с кнопки с фронтом тактового сигнала, а второй, неправильный, получал на вход сигнал с кнопки напрямую. Он воспринимал эффекты дребезга как тактовый сигнал и делал больший счет. На примере данной схемы я пришел к выводу, что от кнопок нельзя тактировать асинхронные узлы.

В двоично-десятичном счетчике также требовалось ограничить коэффициент пересчета согласно варианту задания. Это было решено подключением выводов на логическое «И» в соответствии с коэффициентом пересчета в двоичном виде.

В последнем задании была собрана схема счетчика-секундомера, подающего тактовый сигнал на спикер при каждом новом десятке.