Исследование асинхронного двоичного счётчика на JK-триггерах. Часть 2. Практикум на персональном компьютере

План УМД на 2015/16 уч.г.

ПРАКТИКУМ НА ПЕРСОНАЛЬНОМ КОМПЬЮТЕРЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВОИЧНОГО СЧЁТЧИКА НА JK-ТРИГГЕРАХ

Часть 2

Составитель Л.Н.Ильина, ст.преподаватель

Издание утверждено советом факультета РиТ. Протокол № 9 от 21.05.2015г.

Рецензент Г.А.Долин, к.т.н., доцент

2

1.Цель практикума

1.1.Исследование характеристик двоичного асинхронного суммирующего счетчика.

1.2.Освоение методов схемотехнического моделирования на основе программы Micro-Cap 9 (или более поздние версии).

2. Задание

2.1. Задание на предварительную подготовку к практикуму.

вариантом по номеру студента в журнале.

2.2. Задание на экспериментальную часть.

Открыть схему, имеющуюся в базе программы, установить нужные параметры схемы и входных сигналов, построить графики.

3.Методические указания к выполнению эксперимента

3.1.Загрузить схему исследуемого счетчика.

Предполагается, что студенты знакомы с основами работы с операционной системой Windows XP (или выше) и в состоянии вызвать прикладную программу mc9.exe (в противном случае следует обратиться к преподавателю). Далее по команде File-Open-DATA-Counter.cir открыть схему счетчика, которая представлена на рисунке 1. Проследите, чтобы все звенья счетчика имели идентичные обозначения и номера узлов. В противном случае исправьте схему.

3

Рис. 1

3.2. Выставить параметры триггеров

Для начала работы необходимо установить типы триггеров. (Для ознакомления с элементом “триггер” обратитесь к приложению). Для этого необходимо дважды кликнуть по каждому триггеру и в появившемся окне параметров триггера в строке TIMING MODEL выставить нужный тип (рис. 2). В нашем случае это триггер T_JKFF, то есть J-K flip-flops.

Рис. 2

4

3.3. Установить параметры источников цифровых сигналов U5, U6, U7

Предварительно ознакомьтесь со способами формирования цифровых последовательностей в данной работе: кликнув дважды по каждому из этих источников, увидите в открывшемся окне после текстовой директивы

.DEFINE текст соответствующей команды. Затем можно установить параметры своего варианта цифровых последовательностей. Можно поступить по-другому.

Для этого открыть вкладку Text и установить параметры источников цифровых входных сигналов таким образом, чтобы длительность импульсов (в нс) была равна порядковому номеру студента в журнале группы, но скважность импульсов осталась прежней. Также следует соответствующим образом исправить сигнал на входе CLEAR (см. практикум по STIM, часть 1). Тем самым вы измените период следования импульса.

Например, ваш номер варианта 15. Это значит, что продолжительность «0» составляет 15 ns, через 15 ns появится «1», т.е. на следующей строке команды будет указано 30 ns. Этот цикл будет повторяться через 45 ns.

Вкладка Text представлена на рис. 3.

После этих процедур необходимо просмотреть полученные цифровые входные последовательности, кликнув дважды по каждому из генераторов

U5, U6 и U7.

Рис. 3

5

3.4. Пронумеровать узлы схемы с помощью пиктограммы , если программа не сделала это автоматически, в этом случае номера узлов изменять ни в коем случае нельзя. Номера узлов представлены на рис. 4.

Рис. 4

3.5. Запустить режим анализа переходных процессов, получив тем самым временные диаграммы сигналов на входе и выходах асинхронного суммирующего счетчика. Установки параметров анализа представлены на рис. 5. В строке TIME RANGE необходимо указать время цикла работы счётчика в соответствии с параметрами сигнала для вашего варианта.

6

Рис. 5

3.6. На распечатанных временных диаграммах вручную проставить двоичные нули и единицы и занести их в таблицу 1, также для каждой строки таблицы укажите десятичное число на выходе каждого разряда счётчика.

Сделать выводы по полученным результатам.

4. Содержание отчета

1.Титульный лист.

2.Цель практикума.

3.Схема исследуемого асинхронного суммирующего счетчика, собранного на J-K триггерах.

4.Таблица логических уровней на выходах асинхронного суммирующего счетчика и его внутренние состояния в зависимости от количества входных импульсов (по результатам эксперимента).

5.Временные диаграммы сигналов на входе и выходах асинхронного суммирующего счетчика (по результатам эксперимента).

6.Заполнить таблицу 1 логических уровней на выходах асинхронного суммирующего счетчика в зависимости от количества входных импульсов.

7.Выводы.

7

Таблица 1. Логические уровни на выходах суммирующего счетчика

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

5.Контрольные вопросы

1.Пояснить принцип работы суммирующего асинхронного двоичного счётчика и его временные диаграммы.

2.Чем определяется разрядность цифровых счетчиков?

3.Как устроены цифровые делители частоты?

4.Где и для чего применяются цифровые счетчики?

5. Какое максимальное число может быть представлено на выходе 2-, 3-, n-разрядного счётчика?

6.Каково назначение узлов U7, U5, U6?

7.Объясните, как устанавливали параметры входных сигналов для Вашего варианта?

8.Какой тип триггера использован в работе, в чём его особенности?

9.Каково напряжение источника питания в данной схеме?

10.Как следует устанавливать время анализа в режиме снятия переходных характеристик?

8

Приложение

Двоичный асинхронный суммирующий счётчик

Простейший вид счётчика — двоичный может быть построен на основе JK-триггера. Триггер – устройство, которое может находиться только в одном из двух устойчивых состояний.

Рис. П1. JK-триггер

Так как эта схема при поступлении на вход импульсов меняет свое состояние на противоположное, то её можно рассматривать как счётчик, считающий до двух. Временные диаграммы сигналов на входе и выходах триггера приведены на рисунке П2.

Рис. П2. Временные диаграммы сигналов на входе и выходах триггера

Обычно требуется посчитать большее количество импульсов. В этом случае можно использовать выходной сигнал первого счетного триггера как входной сигнал для следующего триггера, то есть соединить триггеры последовательно. Так можно построить любой счётчик, считающий до максимального числа, кратного степени два.

Схема счётчика, позволяющего посчитать любое количество импульсов, меньшее шестнадцати, приведена на рисунке П3. Количество поступивших на вход импульсов можно узнать, подключившись к выходам счётчика QA, QB, QC, QD. Это число будет представлено в двоичном коде.

9

Рис. П3. Схема четырёхразрядного счётчика

Для того чтобы разобраться, как работает схема двоичного счётчика, воспользуемся временными диаграммами сигналов на входе и выходах этой схемы, приведёнными на рисунке 4.

Рис. П4. Временная диаграмма четырёхразрядного счётчика

Пусть первоначальное состояние всех триггеров счётчика будет нулевым. Это состояние мы видим на временных диаграммах. Запишем его в таблицу П1. После поступления на вход счётчика тактового импульса (который воспринимается по заднему фронту) первый триггер изменяет своё состояние на противоположное, то есть единицу.

10