Описание лабораторной установки.

Установка для проведения лабораторной работы № 5 "Исследование кольцевого счетчика" состоит из лабораторного стенда, цифрового коммутатора и осциллографа. Внешний вид передней панели стенда приведен на рис. 5.10, а коммутатора на рис. 5.11. Стенд содержит все необходимые элементы для сборки и исследования работы кольцевого счетчика с разрядностью от 2 до 8, реализации схемы устранения сбоев и преобразователя унитарного кода в двоичный. Сборка счетчика и вспомогательных схем производится путем соединения требуемых сигнальных гнезд проводниками со стандартными одиночными штеккерами. Для реализации разветвленных связей имеются специальные соединители с увеличенным количеством штеккеров.

Коммутатор применяется с целью одновременного наблюдения на экране осциллографа до восьми цифровых сигналов. Стенд коммутатора содержит ряд дополнительных элементов, которые могут использоваться для расширения функциональных возможностей лабораторной установки.

Лабораторный стенд и коммутатор подсоединяются к источнику питания специальным кабелем. Для подачи питания на коммутатор может также использоваться гнездо, расположенное на правой боковой стенке лабораторного стенда. Включение лабораторного стенда производится тумблером "Вкл.". (Рис. 5.10) О наличии питающего напряжения свидетельствует свечение зеленого светодиода. При сборке макета и в ходе работы не разрешается подавать какие-либо сигналы на выходы микросхем, находящиеся в активном состоянии и соединять их друг с другом. Все изменения в схеме должны производиться только при отключенном питании элементов лабораторного стенда.

68

Рис. 5.5

т

Рис. 5.6

риггера кольцевого счетчика могут установиться в одну из неправильных, нерабочих комбинаций, а так как кольцевой счетчик представляет собой регистр сдвига, то эта неправильная комбинация будет циклически перемещаться по его ячейкам. Описанная ситуация называется сбоем счетчика. Если одно из состояний сбоя считать начальным и проследить развитие событий, то оно может быть представлено в виде следующего графа переходов. (рис. 5.6).

Из графа следует, что при возникновении сбоя счетчик начинает работать неправильно и самостоятельно из этого состояния не выйдет. Поэтому для устранения сбоев в реальных схемах кольцевых счетчиков используются специальные устройства.

Принцип работы одного из вариантов таких восстанавливающих устройств заключается в следующем. Очевидно, что единичный сигнал на D входе первого триггера (рис. 5.4) должен появляться только если на выходах счетчика имеется комбинация и ни при каких иных ситуациях.

Э

65

того можно достичь, если входной сигнал формировать как следующую логическую функцию выходных переменных -. Если функциюD* подать на вход кольцевого счетчика, то при сбое на вход будет поступать и записываться в разряды регистра логический нуль вплоть до появления комбинаций 0001, после чего счетчик начнет функционировать правильно. Таким образом, введение в счетчик схемы формирования вспомогательного сигнала D* позволяет реализовать режим его самовосстановления после сбоев.

Однако, если на выходах всех триггеров присутствуют логические нули (тоже сбой), то функция D* будет равна нулю и счетчик в этом состоянии зациклится. Таким образом, сбой "все нули" рассмотренной схемой не устраняется. Чтобы исключить и эту ситуацию, необходимо применить общее правило, которое гласит: если на всех выходах нули - состояние D - входа должно быть равным единице, а если на выходах все единицы - то нулю. Вторая часть этого правила в функции D* реализуется, а чтобы выполнялась и первая к D* надо прибавить выражение .

Тогда можно записать: или в другом базисе:.

Так как по условию работы кольцевого счетчика, то очевидно, что роль четвертого разряда регистра сдвига может выполнять схема, формирующая функциюD. Отсюда следует, что структура кольцевого счетчика с самовосстановлением после сбоев будет иметь вид, представленный на рис. 5.7.

Рис. 5.7

Т

66

акие счетчики не требуют дополнительных входов установки исходного состояния. Анализ кодовых комбинаций, которые возникают в кольцевом счетчике при восстановлении сбоя удобно проводить следующим образом. В первую (рис. 5.8) строку записываются уровни сигналов, соответствующие исходному (сбойному) состоянию кольцевого счетчика и значение функцииD для данной кодовой комбинации. В следующую строку заносятся состояния счетчика после прихода тактирующего импульса, которые получаются путем сдвига вправо на

один разряд предыдущей кодовой комбинации и записи в младший разряд вычисленного по соответствующей формуле значен

Рис. 5.8

ия сигнала на входеD.

Эту процедуру продолжают вплоть до появления одной из рабочих комбинаций. Далее счетчик будет функционировать в нормальном режиме.

П

Рис. 5.9

олученный данным способом полный граф переходов четырехразрядного счетчика представлен на рис. 5.9.

В ряде случаев информацию о состояниях кольцевого счетчика бывает необходимо представлять в двоичном коде, как это показано в таблице на рис. 5.2. Для этого к выходам кольцевого счетчика требуется подключить специальное устройство - преобразователь унитарного кода в двоичный. Из той же таблицы следует, что младший разряд двоичного кода будет описываться выражением, а старший -. В базисе И-НЕ требуемые функции будут выглядеть следующим образом:,, то есть для преобразователя кода потребуется два элемента 2И-НЕ и соответствующее количество инверторов.

66

67