Электронно-цифровые элементы и устройства. Лабораторный практикум. Учебное пособие

лельном режиме. При этом информация подводится к D1, D2, D3, D4 от переключателей SA1, SA2, SA3, SA4 и записывается тактом от SB1. При V=0 регистр последовательный, типа DSR. Сдвиг ведётся в направлении от 1 к 4 (от Q1 к Q4). Входом служит D, на который подаётся информация от кнопки SB2.

Порядок выполнения работы

1. Исследование параллельного регистра на триггерах.

1.1.Вставьте перемычку x1 x2 на плату П2. Установите плату в стенд.

1.2.Из рис. 23 выделите и изобразите отдельно рабочую схему двухразрядного параллельного регистра на ИМСD3 с органами управления и индикации. Регистр изобразите в виде горизонтальной линейки с изображением ключей, индикаторов, Q2, Q1, D2, D1, тактового сигнала C.

1.3.Заготовьте таблицу с колонкамиSA1, D1, SA3, D2,

HL9, Q1, HL7, Q2, SB1, указывая состояние кнопки SB1 стрелками или переходами (нажатие – «1-0», отпускание – «0-1» ). Установите режим параллельного регистра переключателем SA5.

1.4.Наберите входной код 01. С помощью SB1 запишите информацию в регистр. Заполните строку таблицы.

1.5.Повторите п. 1. 4. для кодов 11, 10, 00. Обратите особое внимание, по фронту или спаду сигнала C происходит запись информации.

2. Исследование последовательного (сдвигового) регистра на триггерах.

2.1.Из рис. 23 выделите и изобразите в общепринятом виде схему последовательного регистра с органами управления и индикации.

2.2.Заготовьте таблицу с колонками SA1, D, HL9, Q1, HL7, Q2, SB1, указывая состояние кнопки SB1 стрелками или переходами.

2.3.Включите схему в режим последовательного регистра переключателем SA5.

2.4.Очистите регистр путём установки SA1=0 и подачи тактовых сигналов кнопкой SB1 до получения Q1=Q2=0.

61

2.5.С помощью ключа SA1 и кнопки SB1 пропустите через регистр код 101. Информацию в таблицу записывайте после каждого такта.

2.6.Изобразите временную диаграмму прохождения через регистр кода 101, достроив диаграмму рис. 28.

Рис. 28. Временные диаграммы работы сдвигового регистра

3.Исследование параллельного регистра на ИМС.

3.1.Снимите со стенда плату П 2 и установите плату П 3. Переведите регистр в параллельный режим, установив соответствующее значение сигнала V с помощью переключателя SA5.

3.2. Заготовьте таблицу, содержащую состояние кнопки SB1, тактового сигнала С, положения ключей SA4, SA3, SA2, SA1, значения соответствующих им сигналов D4, D3, D2, D1, значения сигналов на индикаторах HL6, HL7, HL8, HL9 и состоя-

ния выходов Q4, Q3, Q2, Q1 (табл. 10).

Таблица 10

62

3.3. С помощью ключейSA4, SA3, SA2, SA1 наберите двоичное число 2 и запишите его в регистр. Результаты запишите

водну строку таблицы, заготовленной в п. 3.2.

3.4.Повторите п. 3.3 для чисел 7, 8, E.

3.5.Очистите регистр, чтобы получилось Q1=Q2=Q3=Q4=0.

4. Исследование последовательного регистра на ИМС.

4.1.Переведите регистр в последовательный режим, установив соответствующее значение сигнала V с помощью переключателя SA5.

4.2.Наблюдая состояние индикатораHL9, нажмите и отпустите кнопку SB1. Обратите внимание, по фронту или спаду тактового сигнала происходит запись”1”. Результат зафиксируйте.

4.3.Очистите регистр, манипулируя кнопками SB1, SB2.

4.4.Заготовьте таблицу, содержащую состояние кнопки SB2 (вход D), информацию о выходах Q4, Q3, Q2, Q1 на индика-

торах HL6, HL7, HL8, HL9.

4.5.Введите цифру B, изменяя состояние входа D с помощью кнопки SB2, и записывая результат в таблицу после каждого нажатия и отпускания кнопки SB1.

4.6.Очистите регистр. Занесите в него цифру 1. Создайте закольцованный регистр, соединив контакты Y, Х с помощью перемычки.

4.7.Заготовьте таблицу, содержащую Q4, Q3, Q2, Q1.

4.8.Записывайте результаты эксперимента в таблицу после каждой отработки тактового сигнала кнопкойSB1. Всего сделайте 13 тактов.

4.9. Изобразите временную диаграмму сигнала на выходе Q1. Проанализируйте: должен получиться генератор прямоугольных импульсов.

5. Исследование универсального регистра на ИМС.

5.1. Снимите соединение Х, Y. Заготовьте таблицу сигналов для умножения заданного преподавателем двоичного числаN

(табл. 11).

63

Таблица 11

5.2. Через параллельный вход запишите двоичное число N в регистр и результат внесите в таблицу.

5.3. В режиме последовательного регистра умножьте N на 2, затем ещё раз умножьте на2. Результаты записывайте в таблицу после каждого такта. Письменно объясните результаты.

Содержание отчета

В отчете должна быть цель работы, а также материалы по пунктам исследования 1 - 5, т. е. схемы устройств и элементов, таблицы исследований, временные диаграммы, объяснения результатов.

Контрольные вопросы

1.Что такое регистр?

2.Какие регистры вы знаете?

3.Как вы понимаете «параллельное соединение» и «последовательное соединение» триггеров?

4.Как соединяются триггеры в параллельном и последовательном регистрах?

5.Для каких целей используются параллельные и последовательные регистры?

6.В каких режимах могут работать универсальные регист-

ры?

7.Какие функции может выполнять универсальный - ре

гистр?

8.Может ли быть последовательный регистр асинхронным? Если нет, то почему?

9.Какое назначение входов регистра К155ИР1?

10.Как задать параллельный и последовательный режим регистру К155ИР1?

11.Как выполнить на универсальном регистре умножение числа 6 на 2 и на 4?

64

Лабораторная работа № 6.

ИССЛЕДОВАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО СЧЕТЧИКА

Цель работы: исследование работы синхронного счетчика в режимах прямого и обратного счета.

Краткие теоретические сведения

Счетчиком называется автомат, изменяющий последовательно свои состояния с приходом каждого импульса тактового сигнала.

В зависимости от способа организации счета делятся на асинхронные импульсные и синхронные; по способу кодирования внутренних состояний различают двоичные, двоичнодесятичные счетчики, счетчики по модулю 6 (часовые) и т. д. Помимо этого различают счетчики суммирующего типа, реверсивные и прочие.

Асинхронные счетчики в простейшем случае выполняются в виде последовательного соединения Т-триггеров (рис. 29):

Рис. 29. Асинхронный счетчик на Т-триггерах

Работу счетчика можно пояснить с помощью временной диаграммы (рис. 30).

Рис. 30. Временная диаграмма работы асинхронного счетчика

65

Записывая логические уровни сигналов на выходах- Т триггеров после каждого спада тактового сигнала, получим последовательность двоичных чисел, отражающую изменение количества прошедших импульсов тактового сигнала. Таким образом, счетчик выполняет свою прямую функцию. После накопле-

ния максимального для конкретного счетчика значения счет вновь начинается с нуля.

Как видно из рис. 30, период сигнала Q1 в два раза больше периода входного тактового сигнала С, период Q2 в два раза больше чем у Q1, у Q3 – в два раза больше, чем у Q2. Соответст-

венно частоты следования импульсов на выходах счетчика уменьшаются в два, четыре, восемь раз по отношению к частоте входного тактового сигнала. Счетчик работает как делитель частоты.

Поскольку каждый Т-триггер изменяет состояние выхода не мгновенно после изменения входного сигнала, задержка от изменения состояния тактового сигнала до изменения соответствующего выхода (разряда) растет по мере удаления этого выхода от входа счетчика. Этим и обусловлено название«асинхронный счетчик». У синхронных счетчиков все разряды изменяются одновременно.

Работа выполняется на сменной плате П5. Схема платы представлена на рис. 31. В качестве универсального синхронного счетчика выбрана ИМС типа155ИЕК7 (D1). Микросхема К155ЛА4 (D2) выполняет вспомогательную роль. Сброс счетчика производится подачей логической единицы на входR. При этом на выходах 8, 4, 2, 1 устанавливаются нули. Если переключатель SA5 установлен в верхнее положение, то каждое нажатие кнопки SB1 увеличивает содержимое счетчика на единицу. Набрав с помощью SA1...SA4 определенный код и нажав кнопку SB2, можно осуществить начальную загрузку счетчика.

В процессе счета на выходах « ³15 » и « £ 0 » поддерживаются логические единицы. Если же при прямом счете произойдет переполнение, то на выходе « ³15 » формируется импульс низкого уровня, повторяющий такой же импульс на входе«+1», при всех единичных значениях выходов 8, 4, 2, 1. Этот импульс может служить в качестве тактового«+1» для последующего счетчика

66

при последовательно-параллельном их соединении с целью увеличения разрядности. После заполнения счетчика следующим импульсом он автоматически сбрасывается в ноль.

Рис. 31. Схема платы П5 и ее подключение к основному блоку

Аналогично при обратном счете на выходе « £ 0 » формируется импульс низкого уровня в момент, когда все выходы 8, 4, 2, 1 достигнут нулевого значения и на тактовый вход«-1» придет импульс низкого уровня. После достижения нулевого значения фронтом тактового сигнала «-1» на всех выходах 8, 4, 2, 1 будут установлены логические единицы.

Сигнал сброса от кнопки SB3 подается через секцию микросхемы D2.1. Чтобы импульс сброса проходил через элемент

67

3И-НЕ D2.1, ко входу Хl D2.2 подведен логический ноль через резистор R1. На выходе D2.2 при отсутствии перемычек Y-X будет поддерживаться логическая единица, которая приходит на объединенные входы D2.1.

Количество состояний счетчика равно 16. Любое промежуточное состояние отображается на светодиодах HL2...HL5 и в виде шестнадцатеричной цифры на индикатореHG1. Основание счета счетчика можно уменьшить, устанавливая перемычки между гнездами Уi и Хj.

Порядок выполнения работы

1. Исследование процесса прямого счета.

1.1.Осуществите сброс счетчика в нулевое состояние. Проконтролируйте его по индикаторам.

1.2.Изобразите в отчете временную диаграмму входного тактового сигнала «+1» для 20 подсчитываемых импульсов, четы-

рех выходов 1, 2, 4, 8 и выхода « ³15 ».

1.3. Установите переключатель SA5 в верхнее положение. Нажимая кнопку SB1, наблюдайте изменение состояния выходов счетчика (включая « ³15 ») и изображать эти состояния на диаграммах под диаграммой входных импульсов. На диаграмме соблюдайте точное соответствие моментов нажатия и отпускания SB1 и моментов изменения состояния выходов.

2. Исследование обратного счета.

2.1.Запишите в счетчик шестнадцатеричную цифру F. Проконтролируйте её по индикаторам.

2.2.Изобразите в отчете временную диаграмму входного тактового сигнала «-1» для 20 подсчитываемых импульсов, четы-

рех выходов 1, 2, 4, 8 и выхода « £ 0 ».

2.3. Установите переключатель SA5 в нижнее положение. Нажимая кнопку SB1, наблюдайте изменение состояния выходов счетчика (включая « £ 0 ») и изобразите эти состояния на диаграммах под диаграммой входных импульсов.

68

3. Исследование счетчика с заданным основанием системы счисления. Установите с помощью перемычекYi, Xj основание счета, заданное преподавателем. Выполните исследования, аналогичные п. 1.

Содержание отчета

В отчете должны быть: цель работы; схема подключения счетчика прямого счета; временные диаграммы работы счетчика для прямого счета; временные диаграммы работы счетчика для обратного счета; схема установки перемычек для заданного основания счета, диаграммы работы в режиме прямого счета, объяснение работы счетчика с заданным основанием счета.

Контрольные вопросы

1.Что такое счетчик?

2.Как построить асинхронный счетчик на Т-триггерах?

3.В чем отличие синхронного счетчика от асинхронного?

4.Какие две функции может выполнять счетчик?

5.Какое назначение входов и выходов универсального счетчика К155ИЕ7?

6.В каких режимах может работать счетчик К155ИЕ7?

7.Как изменить основание счета в универсальном счетчике

К155ИЕ7?

8.Как соединить два четырехразрядных счетчика К155ИЕ7, чтобы получить восьмиразрядный реверсивный счетчик?

9.Каким образом можно реализовать делитель частоты на универсальном счетчике К155ИЕ7 с задаваемым по информационным входам коэффициентом деления?

Лабораторная работа № 7.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СИСТЕМЕ «ELECTRONICS WORKBENCH»

Цель работы: приобретение навыков по моделированию логических элементов, а также простых комбинационных схем и изучение их работы.

69

Краткие теоретические сведения

Программа «Electronics Workbench» (EWB) относится к системам схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых электронных схем. Настоящее описание составлено для версии 5.12 (EWB 5.12) на основе работы [4, 5].

«Electronics Workbench» позволяет моделировать работу схем, включающих пассивные электрические элементы(конденсаторы индуктивности, резисторы, трансформаторы), диоды, биполярные и полевые транзисторы, операционные усилители, дискретные логические элементы.

Панель «Electronics Workbench» в виде левой и правой частей показана на рис. 32 и 33.

Рис. 32. Левая часть панели «Electronics Workbench»

Рис. 33. Правая часть панели «Electronics Workbench»

70