Функциональные устройства аппаратных средств вычислительной техники. Практикум по дисциплине Аппаратные средства вычислительной техники

Практикум № 9

Делители частоты импульсной последовательности

Цель работы: изучение структуры делителей частоты, построение и

исследование различных схем делителей.

Краткие теоретические сведения

Делитель частоты — устройство, которое при подаче на его вход периодической последовательности импульсов формирует на выходе такую же последовательность, но имеющую частоту повторения импульсов, в некоторое число раз меньшую, чем частота импульсов входной последовательности.

Отличие делителей частоты от счетчиков состоит в следующем. В счетчике каждая комбинация состояний триггеров определяет в некоторой системе счисления число импульсов, поступивших к данному моменту времени. В делителе частоты последовательность состояний может быть выбрана произвольной, важно лишь обеспечить заданный период цикла T. Последовательность состояний выбирается из соображений обеспечения при заданном T наибольшей простоты межтриггерных связей. Эти связи должны выполняться непосредственным соединением выходов одних триггеров с входами других без логических элементов. Счетчик, имеющий то же значение T, может исполнять роль делителя частоты, однако следует иметь в виду, что такое решение будет неэкономичным.

Делители частоты импульсной последовательности характеризуются коэффициентом деления N, который показывает, во сколько раз период импульсной последовательности на выходе делителя частоты Tвых больше периода импульсной последовательности на входе вх. Делитель частоты с коэффициентом деления N = 2 (рис. 9.1a). В моменты отрицательного фронта входных импульсов триггер переключается в новое состояние. Как видно из временной диаграммы на рис. 9.1б, период импульсной последовательности Tвых на выходе триггера оказывается вдвое больше периода следования импульсов на входе.

11

Рис. 9.1. Делитель частоты с коэффициентом деления N = 2

Следовательно:

т.е. частота следования импульсов на выходе в два раза ниже, чем на входе.

Делитель частоты с коэффициентом деления N = 2n. На рис. 9.2a показано последовательное соединение делителей частоты с коэффициентом деления,

равным двум, при котором выход каждого из делителей подключен к входу следующего. На выходе каждого делителя частота следования импульсов вдвое ниже, чем на входе.

12

Делитель частоты с коэффициентом деления N = 3 (рис. 9.3). Счетчик с периодом цикла N = 3 имеет простейшие межтриггерные связи без логических элементов. Этот счетчик может одновременно служить и делителем частоты с коэффициентом N = 3.

Рис. 9.3. Делитель частоты с коэффициентом деления N = 3

13

Делитель частоты с коэффициентом деления N = 5. Схема делителя частоты и временная диаграмма работы приведены на рис. 9.2, таблица состояний

(табл. 9.1).

Как видно из временной диаграммы, на выходах триггеров всегда образуется последовательность импульсов с частотой в пять раз более низкой, чем частота импульсов на входе делителя.

Каскадные делители частоты. В тех случаях, когда коэффициент деления N не является простым числом и может быть представлен произведением вида

,схема делителя строится в виде каскадного

соединения делителей, имеющих коэффициенты деления

(рис. 9.4).

Рис. 9.4. Каскадное соединение делителей частоты

Примером такого каскадного построения делителей является рассмотренный ранее делитель с коэффициентом 2n (рис. 9.2).

14

может быть построен в виде каскадного соединения делителей, имеющих коэффициенты деления и (рис. 9.5).

Рис. 9.6. Делитель частоты с коэффициентом деления N = 9

Рис. 9.7. Делитель частоты с коэффициентом деления N = 10

15

Таким образом, имея набор схем, реализующих коэффициенты деления, которые представляют собой простые числа, можно их каскадным соединением получать делители с разнообразными коэффициентами деления.

соответственно, соединим последовательно два делителя с коэффициентами

.

Перед запуском схемы (рис. 9.8а) триггеры устанавливаются в исходное состояние подачей сигнала на вход Reset с помощью генератора одиночных импульсов (ГОИ). Генератор импульсов (ГИ) подает на входы CLK исходную импульсную последовательность с заданной частотой. Импульсная последовательность, получившаяся в результате деления частоты,

регистрируется на осциллографе (ОСЦ).

Рис. 9.8a. Делитель частоты с коэффициентом деления N = 4

16

Из полученной схемы видно, что построив делитель с коэффициентом N = 4 (ветвь 4), мы также получаем делитель с коэффициентом N = 2 (ветвь 2). На рис. 9.8б показана временная диаграмма делителя.

Рис. 9.8б. Временная диаграмма работы делителя частоты с коэффициентом деления N=4

Перед запуском схемы (рис. 9.9а) триггеры приводятся в исходное состояние подачей сигнала с ГОИ на вход Reset. Последовательность импульсов будет создаваться генератором импульсов (ГИ). На “K” входы схемы подается непрерывный сигнал “1”.

Рис. 9.9а. Делитель частоты с коэффициентом деления N = 9

17

Из полученной схемы видно, что построив делитель с коэффициентом

N = 9 (ветвь 9), мы также получаем делитель с коэффициентом N = 3 (ветвь 3).

На рис. 9.9б показана временная диаграмма делителя.

Рис. 9б. Временная диаграмма работы делителя частоты с коэффициентом деления N = 9

Контрольные вопросы

1.Назначение делителя частот импульсной последовательности.

2.В чем состоит отличие делителя частоты от счетчика?

3.Как в схемах делителей частоты достигается простота межтриггерных связей?

4.Как определяется период частоты последовательности импульсов?

5.Объяснить работу схем.

18

Варианты заданий

Содержание отчета

1.Наименование работы.

2.Цель работы.

3.Краткие теоретические сведения.

4.Вариант задания.

5.Пример выполнения схемы преобразователя.

6.Временные диаграммы.

7.Анализ полученных результатов и выводы.

8.Подпись исполнителя.

Список литературы

1.Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. – М.: “Высшая школа”, 2012.

19

Практикум по дисциплине

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Подписано в печать 02.03.2015г. Формат 60х90 1/16. Объём 1,3 усл.п.л. Тираж 50 экз. Изд. № 1. Заказ 17 .

ООО «Брис-М». Москва, ул. Авиамоторная, д. 8а.

20