Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

фоэ, 2ч

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
17.05.2015
Размер:
775.62 Кб
Скачать

при переходе триггера более младшего разряда из состояния 1 в состояние 0. Восьмой импульс возвращает счетчик в исходное состояние (нулевое), и цикл счета повторяется. Из приведенной таблицы и диаграммы работы счетчика видно, что в каждый момент времени на выходах счетчика Q1, Q2, Q3 при-

сутствует 3-х разрядное двоичное число, показывающее количество поступивших на вход счетчика импульсов.

Рис. 11.1

Следует обратить внимание, что при написании многоразрядных чисел принято старший разряд числа записывать слева, а младший – справа, а в схеме построения счетчика триггер младшего разряда расположен слева, а старшего – справа, следовательно, двоичное число со схемы счетчика нужно считывать справа налево.

Таблица 11.1

Рис. 11.2

Вычитающий счетчик перебирает свои состояния в убывающем порядке. В нем производится вычитание числа поступивших на вход импульсов из начального числа, которое находилось в счетчике. В вычитающих счетчиках счетный вход каждого последующего двухтактного триггера соединен с инверсным выходом предыдущего, рис. 11.3.

50

Рис. 11.3

Таблица 11.2

Рис. 11.4

11.2. Реверсивные счетчики

Реверсивные счетчики (рис. 11.5) могут производить как сложение, так и вычитание. Для этого в цепи связи между триггерами включают логические схемы (мультиплексоры), переключающие связи между триггерами в зависимости от внешней команды. Мультиплексор – это функциональный узел, осуществляющий подключение (коммутацию) нескольких входов к одному выходу. Роль простейших мультиплексоров, осуществляющих связи между триггерами реверсивного счетчика на рис. 11.5, выполняют логические элементы И-ИЛИ- НЕ.

Рис. 11.5

51

При подаче сигнала 0 на R-вход триггера управления (рис. 11.5) на шине сложения появляется 1, а на шине вычитания 0, и сигнал на выходеY элемента И-ИЛИ-НЕ повторяет сигнал входа X 2:

Y = X1 X 2 + X 3 X 4 = 0 Q1+Q1 1 =Q1 =Q1.

Получается, что вход последующего триггера подключен к основному выходу предыдущего триггера, и счетчик работает в режиме сложения.

При подаче сигнала 0 на S-вход триггера управления на шине вычитания появляется 1, а на шине сложения – 0, а сигнал на выходеY элемента И-ИЛИ-

НЕ повторяет сигнал входа X 3:

Y = X1 X 2 + X 3 X 4 =1 Q1+Q1 0 =Q1.

Это соответствует подключению тактового входа последующего триггера

кинверсному выходу предыдущего, и счетчик переходит в режим вычитания.

11.3.Десятичные счетчики

Для получения недвоичного коэффициента пересчета, который не равен 2n, например К=10, счетчики строят на основе двоичных путем введения дополнительных связей между триггерами. На рис. 11.6 изображена схема двоич- но-десятичного счетчика с модулем счета К=10.

В этом счетчике первые девять импульсов вызывают переходы, характерные для обычного двоичного кода: от исходной кодовой комбинации 0000(0) до 1001(9). Десятый импульс должен перевести счетчик в исходное состояние. Возврат счетчика в нулевое состояние от десятого импульса есть недвоичный переход. Для его осуществления нужно введением дополнительных связей не позволить второму триггеру переключиться в единичное состояние, а четвертый триггер десятым входным импульсом перевести в единичное состояние. Для этого на вход J второго триггера подается сигнал с инверсного выхода

триггера 4 (J 2 =Q4); тактовый вход С четвертого триггера соединен с основным выходом первогоQ1, а на вход J четвертого триггера подан сигнал J 4 =Q2 Q3. Элемент И часто расположен в одной ИМС вместе со схемой

самого JK-триггера. Указанные дополнительные связи не позволяют четвертому триггеру переключиться от второго импульса, т.к. J 4 =Q2 Q3 = 0. К мо-

менту подачи восьмого импульса на входе J 4 =Q2 Q3 устанавливается 1

(временные диаграммы), поэтому восьмой импульс переводит четвертый триггер в единичное состояние. Десятый импульс переводит четвертый триггер в нулевое состояние, т.к. J 4 =Q2 Q3 = 0, но не переводит второй триггер в

52

единичное состояние, т.к. J 2 =Q4 = 0. Таким образом, десятый импульс возвращает счетчик в нулевое состояние, и цикл работы повторяется (рис. 11.7).

Таблица 11.3

Рис. 11.6

Делители частоты отличаются от счетчика тем, что в них используется только один выход – выход последнего триггера. Поэтому n-разрядный двоичный счетчик можно рассматривать как делитель частоты следования входных

импульсов на 2n , а счетчик с модулем счета 10 – как делитель частоты на 10.

11.4. Счетчики с параллельным переносом

Рассмотренные выше счетчики являются счетчиками с последовательным переносом. Переключение триггеров в них происходит последовательно, каждый следующий триггер переключается после переключения предыдущего. Задержка распространения сигнала такого счетчика растет пропорционально числу его разрядов (триггеров). Если разрядов много, то большая задержка может оказаться серьезным недостатком такого счетчика. Для уменьшения времени задержки, т.е. для повышения быстродействия, используют счетчики с параллельным переносом. Принцип параллельного переноса заключается в следующем. Из диаграммы работы счетчика с последовательным переносом,

53

рис. 11.2, 11.6, видно, что в единичное состояние переходят те триггеры старших разрядов, перед которыми все более младшие триггеры находились в состоянии 1. Поэтому в счетчиках с параллельным переносом на входе каждого триггера, кроме первого, включен конъюнктор, рис. 11.7.

Рис. 11.7.

Входной сигнал поступает параллельно на все конъюнкторы. На вход каждого конъюнктора, кроме входного сигнала, поданы сигналы с выходов всех триггеров младших разрядов. При подаче входного сигнала изменяют свое состояние все те триггеры, перед которыми все младшие триггеры находились в состоянии 1. В счетчике с параллельным переносом все триггеры начинают переключаться почти одновременно в пределах разбросов времени задержки входных конъюнкторов. В результате время задержки у счетчиков с параллельным переносом заметно меньше и не зависит от числа разрядов. Однако конъюнктор каждого следующего разряда должен иметь на один вход больше конъюнктора предыдущего. Поэтому на максимальную разрядность таких счетчиков накладывает ограничение максимально возможное число входов логического элемента И.

11.5. Порядок выполнения работы

11.5.1. Ознакомьтесь со схемой лабораторного макета, приложение 2. Исследуемый счетчик собран на универсальных JK-триггерах 1533ТВ1.

Для переключения счетчика из режима сложения в режим вычитания служит входной RS-триггер, состоянием которого управляет клавиша S3. Если клавиша S3 отжата, то счетчик работает в режиме сложения, если нажата – в режиме вычитания. Состояние триггеров счетчика определяется по индикаторным светодиодам, которые подключены к прямым выходам триггеров Q0 Q3 (гнез-

да X 8 X11 соответственно). Свечение индикатора соответствует единичному состоянию триггера.

При исследовании работы счетчика в статическом режиме на вход счетчика подаются импульсы с гнезда Х12 путем периодического нажатия кнопки S 4 (клавиша S5 при этом постоянно нажата, S6 – отжата). При исследовании счетчика в динамическом режиме на вход счетчика поступают импульсы от генератора G , клавиша S5 отжата, S6 нажата. Для снятия осциллограмм в динамическом режиме осциллограф подключается к гнездам X 8 X11.

54

Счетчик устанавливается в нулевое состояние нажатием кнопки «Сброс». 11.5.2. Проверить таблицу состояний триггеров суммирующего счетчика в

статическом режиме.

Соедините проводником гнезда X12 (выход генератора импульсов) и

X 7 (вход счетчика), клавишу

S3 отжать, клавишу S5 нажмите,

S6 – отожмите. Нажатием кнопки

«Сброс» установите счетчик в нулевое со-

стояние. Нажатием кнопки S 4 подавайте на вход счетчика одиночные импульсы и по индикаторным светодиодам определите состояния триггеров, заполняя таблицу 11.4.

11.5.3. Проверить таблицу состояний триггеров счетчика в режиме вычитания, для чего клавишу S3 нажмите, клавишу S5 нажмите, S6 – отожмите. Нажатием кнопки «Сброс» установите счетчик в нулевое состояние. Однократным нажатием кнопки S 4 переведите счетчик в исходное единичное состояние. Нажатием кнопки S 4 подавайте на вход счетчика одиночные импульсы и по лампочкам определите состояния триггеров, заполняя таблицу 11.5.

11.5.4. Проверьте работу суммирующего и вычитающего счетчика в динамическом режиме. Зарисуйте осциллограммы импульсов на выходах каждого

разряда счетчика.

 

Таблица 11.4

Таблица 11.5

Число

Q3

Q2

Q1

Q0

имп.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0

0

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

.

 

 

 

 

.

 

 

 

 

.

 

 

 

 

16

 

 

 

 

Чис-

Q3

Q2

Q1

Q0

ло

 

 

 

 

имп.

 

 

 

 

 

1

1

1

1

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

.

 

 

 

 

.

 

 

 

 

.

 

 

 

 

16

 

 

 

 

11.6. Выполнение работы с использованием программы моделирования электронных устройств “Electronics Workbench”.

11.6.1. Изучается 4-х разрядный двоичный реверсивный счетчик на интегральной микросхеме КМОП 4516 (561ИЕ11), схема подключения которого изображена на рис.11.8.

Выводы микросхемы имеют следующее назначение:

16 (VDD) – питание;

8 (VSS) – общий;

55

9 (MR) – сброс (высокий уровень);

15 (CP) – вход (активный фронт);

10 (UP/DN’) – переключатель направления счета (высокий уровень – сложение, низкий уровень – вычитание);

6, 11, 14, 2 (Q0, Q1, Q2, Q3) – выходы; 7 (TC’) – выход «перенос»;

5 (CE’) – вход «перенос»;

1 (PL) – разрешение параллельной загрузки (высокий уровень); 4, 12, 13, 3 (P0, P1, P2, P3) – входы параллельной загрузки.

Рис.11.8

Переключатель (G) служит для сброса счетчика, переключатель (D) устанавливает направление счета, переключатель (T) формирует входные импульсы. Нижнее по схеме положение переключателей задает нулевой уровень, верхнее – единичный. Индикаторы Q0 – Q4 показывают состояние соответствующих выходов (“1” – светится, “0” – не светится).

11.6.2.Активизируйте схему. Произведите сброс счетчика путем установки переключателя G сначала в верхнее, а затем в нижнее положение.

11.6.3.Для исследования счетчика в режиме сложения установите переключатель D в верхнее положение. Действуя переключателем (T), подавайте на вход счетчика импульсы и, согласно свечению индикаторов, занесите результаты в таблицу 11.6.

 

 

 

 

Таблица 11.6

N

Q3

Q2

Q1

Q0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

2

0

0

1

0

1

1

1

1

56

0

0

0

0

11.6.4. Для исследования счетчика в режиме вычитания установите переключатель D в нижнее положение. Действуя переключателем (T), подавайте на вход счетчика импульсы и, согласно свечению индикаторов, занесите результаты в таблицу 11.7.

 

 

 

 

Таблица 11.7

 

 

 

 

 

 

N

Q3

Q2

Q1

Q0

0

0

0

0

0

 

1

1

1

1

1

 

2

1

1

1

0

 

 

0

0

0

1

 

0

0

0

0

 

11.7. Содержание отчета

В отчете приведите схему исследуемого счетчика, таблицы и временные диаграммы работы счетчика в режимах сложения и вычитания.

Контрольные вопросы

1.Изобразите схемы и диаграммы работы суммирующего, вычитающего

иреверсивного двоичных счетчиков.

2.Изобразите схему и диаграмму работы десятичного счетчика.

3.Укажите достоинства счетчика с параллельным переносом.

4.Поясните работу схемы лабораторного макета для исследования счетчиков импульсов. Укажите назначение отдельных узлов схемы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГИСТРОВ СДВИГА

Цель работы: проверка работы регистров сдвига в различных режимах

Краткие теоретические сведения

12.1. Регистры сдвига вправо и влево, реверсивные

Различаются регистры памяти и сдвига. Регистр памяти – это устройство для запоминания и хранения двоичного кода числа. В регистре сдвига управляющие импульсы вызывают перемещение записанной информации (кода) на

57

один разряд вправо или влево. Регистры сдвига применяются в цифровой технике для преобразования последовательного кода в параллельный или наоборот, а также для сдвигов кодов чисел на определенное число разрядов вправо или влево, что бывает необходимо, например, при умножении или делении чисел в двоичной системе счисления.

Рис. 12.1.

Регистр сдвига состоит из последовательно соединенных триггеров, в которые записываются разряды обрабатываемого кода. Наиболее просто построить регистр сдвига на D-триггерах. На рис. 12.1 изображена структура регистра со сдвигом вправо. Тактовые входы С всех D-триггеров подключены к общей шине.

Согласно функции, выполняемой D-триггером: при подаче разрешающего импульса на тактовый С-вход на выходе триггера появляется тот сигнал, который был на D-входе до подачи тактового импульса: Qn = Dn -1 , где n номер

такта работы устройства. Поскольку в регистре (рис.12.1) D-вход каждого последующего i-го триггера (разряда) подключен к Q- выходу предыдущего (i-1)- го триггера, то значение сигнала, хранящееся в (i-1)-м разряде при подаче n -го тактового импульса на вход С сдвинется в разряд i

Qin = Din -1 =Qin-1-1 .

При проектировании регистров сдвига обязательным является применение триггеров, синхронизируемых фронтом, по следующей причине. Изменение состояния триггеров происходит во время действия синхроимпульсов. Выходы триггеров подключены к входам последующих триггеров и, если синхроимпульс не кончился, то триггеры, синхронизируемые уровнем, а не фронтом, переключатся в новое состояние. В результате за время действия одного синхроимпульса информация в регистре может продвинуться больше, чем на один разряд. Правило работы регистра: сдвиг на один разряд за один такт при этом нарушается.

58

В регистрах сдвига вправо на вход D данного триггера подается сигнал с выхода предыдущего триггера, как на рис. 12.1. Для получения сдвига влево на вход D данного триггера нужно подавать сигнал с выхода последующего триггера.

12.2 Реверсивные регистры

Регистр, производящий сдвиг числа как вправо, так и влево, называется реверсивным. Схема реверсивного регистра на D- триггерах с цепью параллельной записи чисел в регистр изображена на рис. 12.2.

Подключение D-входов триггеров к выходам или предыдущих или последующих триггеров в зависимости от выполняемой регистром операции «сдвиг вправо» или «сдвиг влево» осуществляют через мультиплексоры. Роль простейших мультиплексоров могут выполнять логические элементы

И - ИЛИ - НЕ, стоящие в цепях связи между триггерами, рис. 12.2. Например, сигнал на выходе Y второго элемента И - ИЛИ - НЕ (т.е. на входе D второго триггера) в режиме «сдвиг вправо» (X 2 = 0, X 4 =1) равен

Y = X1 X 2 + X 3 X 4 =Q0 0 +Q2 1 =Q2 =Q2 ,

что соответствует подключению выхода Q2 на вход D последующего триггера. В режиме «сдвиг влево»

Y = X1 X 2 + X 3 X 4 =Q0 1+Q2 0 =Q0 =Q0 ,

что соответствует подключению к D-входу данного триггера основного выхода последующего триггера Q0 .

Рис. 12.2

59