Лабораторные Схема / Лабораторная работа 6

Лабораторная работа №6

Исследование недвоичных счетчиков.

Цель лабораторной работы: исследовать основные способы построения недвоичных счетчиков.

Необходимое оборудование: персональная ЭВМ с установленным программным пакетом EWB.

Задание: снять временные диаграммы, определить таблицы состояний и особенности работы счетчиков.

Порядок выполнения: включить персональную ЭВМ, запустить на выполнение программный пакет EWB и далее следовать порядку работы в пакете.

Оформление отчета. По каждой лабораторной работе каждым студентом должен быть представлен отчет в виде печатного или рукописного документа. В отчете приводится наименование и номер лабораторной работы, цель работы, программа работы с указанием всех необходимых экспериментов, полученных результатов их объяснения и выводов.

Программа работы.

1. На рабочем столе собрать логическую схему исследуемого счетчика.

2. Выполнить настройку измерительной аппаратуры.

3. Провести эксперименты и описать их.

4. Используя возможности пакета получить твердые копии графиков экспериментов, сделать выводы.

5. Оформить отчет.

В процессе выполнения лабораторной работы студенты должны рассмотреть построения недвоичных счетчиков по способу введения обратных связей для ликвидации избыточных состояний и по способу использования дешифратора состояний.

Для анализа первого способа нужно рассмотреть построение счетчиков с коэффициентами пересчета 3 и 5, схемы экспериментов приведены соответственно на рис 1 и рис 2.

При построении указанных счетчиков необходимо использовать универсальные JK триггеры (микросхемы 7472). Схема соединений рассмотрена в лекциях.

При исследовании указанных счетчиков по снятым временным диаграммам построить таблицы состояний, определить коэффициенты пересчета и выполнить оценку быстродействия.

При построении счетчиков с дешифратором состояния наиболее целесообразно использовать счетчики интегрального состояния, например 74191 (см. рис. 3).

Рис. 3. Счетчик с дешифратором состояния.

Эта микросхема является двоичным четырехразрядным реверсивным счетчиком с предварительной установкой. Она имеет: выходы ─ QA, QB, QC, QD; входы предварительной установки ─ A, B. C. D; счетный вход ─ CLK; вход направления счета ─ U – суммирование (активен высоким уровнем), ─ D - вычитание (активен низким уровнем); вход управления предварительной установкой ─ LOAD; выход переноса ─ RCO, выход дешифратора состояния, активен низким уровнем при достижении последнего состояния счетчика.

При выполнении этой части работы необходимо снимать временные диаграммы при различных состояниях входов предварительной установки и по временным диаграммам определять коэффициенты пересчета.

Рис. 4. Пример временной диаграммы.

На рис.4 показан пример временной диаграммы работы рассматриваемого счетчика при предварительной загрузке числа пять. На диаграмме показаны: счетный сигнал ─ CLK, выходы ─ A, B, C, D, MAX/MIN. Сигнал RCO не виден из-за кратковременности, но об изменении состояния счетчика можно судить по сигналу MAX/MIN. Счетчик работает в режиме вычитания. В момент времени счетчик достигает конечного нулевого состояния, это сопровождается формированием низкого уровня сигнала RCO и высокого уровня сигнала MAX/MIN. По спаду сигнала CLK происходит предварительная загрузка и выходы счетчика приобретают состояния A = 1, B = 0, C = 1, D = 0, что соответствует пятерке (это начальное состояние). Далее идет счет в соответствии с приходом счетных сигналов. В момент t3 начинается новый цикл. Если между моментами t2 и t3 посчитать количество счетных сигналов то получиться 5, то есть коэффициент пересчета у полученного счетчика Ксч = 5.

Теоретические пояснения.

Все счетчики в цифровой технике строятся с использованием счетных триггеров. При этом коэффициент пересчета определяется количеством триггеров Ксч = 2ⁿ, где n ─ количество триггеров. Но и в случае когда коэффициент пересчета не кратен 2 для построения счетчиков используют триггеры. Количество триггеров определяют соотношением n = {log₁₀ (Ксч)}. Фигурные скобки обозначают, что берется ближайшее большее целое. Так log₁₀ (10) ≈ 3,3, следовательно, n = 4. но счетчик построенный из четырех триггеров имеет Ксч = 16. Получаем, что шесть состояний избыточны, и их необходимо ликвидировать какими-либо схемотехническими решениями. Обычно в качестве таких решений используют либо введение обратных связей, либо добавление в счетчик дешифратора состояния. На примере построения счетчиков с Ксч = 3 и Ксч = 5 показано построение недвоичных счетчиков с введением обратных связей.

На примере использования микросхемы 74191необходимо исследовать возможность построения недвоичных счетчиков с дешифратором состояния. В микросхему встроен дешифратор состояния определяющий последнее состояние счетчика. При достижении последнего состояния на выходе RCO появляется импульс низкого уровня длительностью равной длительности счетного сигнала. Параллельная загрузка выполняется по низкому уровню сигнала на входе LOAD. Если выход RCO соединить со входом LOAD, то по достижении последнего состояния счетчика в него будет загружаться начальное состояние счетчика отличное от нулевого и следовательно коэффициент пересчета измениться.

Контрольные вопросы.

1. Что такое недвоичный счетчик?

2. как определить количество триггеров необходимое для построения счетчика?

3. Что такое обратная связь?

4. Что такое предварительная загрузка?

5. Что такое дешифратор состояния?