53

6. Лабораторная работа № 5

«Построение и исследование

счётчиков ИМПУЛЬСОВ»

Цель работы: изучение принципов построения последовательных и параллельных суммирующих и вычитающих счетчиков в САПР MAX+plus II.

Последовательные счетчики

1. Исследование четырёхразрядного вычитающего счётчика

Требуется создать проект схемы счетчика такой, что при выключенном переключателе Sw происходит вычитание импульсов, задаваемых кнопкой Key, а при Sw = 1 на вход подается частота 1 Гц (Clk) с установленного на лабораторном стенде генератора. Результат счета выводится на светодиоды в двоичном виде. Также должен быть предусмотрен асинхронный сброс схемы (установка всех выходов в «1»).

Порядок выполнения работы

1.1. Открыть приложение MAX+plusII.

1.2. Создать новый графический файл (см. раздел 1 лабораторной работы № 1), сохранить его как c:\Student\AT\SubtrCounter.gdf и сделать данный проект текущим Ctrl+Shift+J.

1.3. Подключить пользовательскую библиотеку c:\student\support\ \clk_switcher в меню Options\User Libraries (см. задание № 3, пункт 2 лабораторной работы № 2). Вставить в рабочее поле готовый символ входного переключателя Clk_switcher, который содержит схему для защиты от дребезга при нажатии кнопки на лабораторном стенде Defense (см. прил. 7), делитель частоты 4 МГц генератора до 1 Гц f_divider (см. прил. 8) и логическую схему переключения между способами задания входного сигнала.

1.4. Собрать в рабочем поле схему счетчика, учитывая, что триггеры работают по переднему фронту, а все входы и выходы должны быть инвертированы для корректной проверки работы схемы на лабораторном стенде (входной переключатель уже учитывает эту особенность).

1.5. Указать тип ПЛИС FLEX 8000 EPF8282ALC84-4 в меню Assign\Device.

1.6. Связать выводы схемы проекта с выводами ПЛИС стенда в меню Assign\ Pin/Location/Chip.. (см. раздел 4 лабораторной работы № 1) следующим образом:

Key => key1, Sw => sw1, Clk => Osc (Clk),

Reset => key2, Q[3..0] => led1-led4.

1.7. Сохранить и откомпилировать проект Save & Compile (Ctrl+L).

1.8. Подключить лабораторный стенд, запрограммировать ПЛИС и проверить работу схемы, зарисовать временные диаграммы.

1.9. Провести анализ быстродействия схемы и определить предельную допустимую частоту генератора:

1.9.1. Открыть приложение Timing Analyzer (меню MAX+plus II).

1.9.2. Выбрать Analysis\Registered Performance или нажать .

1.9.3. Нажать Start (программа автоматически определит период и предельную частоту).

Нажав List Paths, можно просмотреть список всех путей распространения сигнала и узнать соответствующие задержки.

1.9.4. Записать результаты анализа (период и частоту) и сделать вывод о быстродействии схемы и ее блоков.

2. Исследование четырёхразрядного суммирующего счётчика

2.1. Открыть файл SubtrCounter.gdf и сохранить его как c:\Student\AT\SumCounter.gdf, сделать данный проект текущим Ctrl+Shift+J (см. раздел 1 лабораторной работы № 1).

2.2. Вставить из библиотеки примитивов дополнительные элементы и изменить схему таким образом, чтобы получился суммирующий счетчик, а при Reset = 0 происходила установка триггеров в «ноль».

2.3. Указать тип ПЛИС FLEX 8000 EPF8282ALC84-4 в меню Assign\Device.

2.4. Связать выводы схемы с соответствующими выводами ПЛИС (см. раздел 4 лабораторной работы № 1).

2.5. Сохранить и откомпилировать проект Save & Compile (Ctrl+L).

2.6. Проверить работу схемы на стенде и зарисовать временные диаграммы.

3. Исследование трёхразрядного реверсивного счётчика

3.1. Открыть файл SumCounter.gdf и сохранить его как c:\Student\AT\RevCounter.gdf, сделать данный проект текущим Ctrl+Shift+J (см. раздел 1 лабораторной работы № 1).

3.2. Вставить из библиотеки примитивов дополнительные элементы и изменить схему таким образом, чтобы получился реверсивный счетчик, меняющий направление счета в зависимости от состояния входа V (необходимо использовать функции «2И-ИЛИ»). Также требуется обеспечить установку всех выходов в «0» (Reset) и «1» (Set).

3.3. Указать тип ПЛИС FLEX 8000 EPF8282ALC84-4 в меню Assign\Device.

3.4. Связать выводы схемы с соответствующими выводами ПЛИС (см. раздел 4 лабораторной работы № 1) следующим образом:

Key => key1, Reset => key2, Set => key3, Sw => sw1,

V => sw2, Clk => Osc (Clk), Q[2..0] => led1-led3.

3.5. Сохранить и откомпилировать проект Save & Compile (Ctrl+L).

3.6. Проверить работу схемы на стенде и зарисовать временные диаграммы.

4. Исследование четырёхразрядного недвоичного

счётчика с модулем счета 10

4.1. Открыть файл SubtrCounter.gdf и сохранить его как c:\Student\AT\Counter10.gdf, сделать данный проект текущим Ctrl+Shift+J (см. раздел 1 лабораторной работы № 1).

4.2. Так как модуль счета равен 10, то необходимо установить в «0» все триггеры при появлении на выходе числа 1010₂. Вставить дополнительные ЛЭ и изменить схему, согласно рисунку.

4.3. Указать тип ПЛИС FLEX 8000 EPF8282ALC84-4 в меню Assign\Device.

4.4. Связать выводы схемы с соответствующими выводами ПЛИС (см. раздел 4 лабораторной работы № 1).

4.5. Сохранить и откомпилировать проект Save & Compile (Ctrl+L).

4.6. Проверить работу схемы на стенде и зарисовать временные диаграммы.

Исследование параллельного суммирующего счетчика

Как видно из таблицы двоичного кода, старший разряд меняет состояние, когда во всех младших разрядах присутствует «1», следовательно, следует подать на вход каждого последующего триггера конъюнкцию выходов предыдущих триггеров.

Порядок выполнения работы

1. Открыть файл SubtrCounter.gdf и сохранить его как c:\Student\ \AT\ParalCounter.gdf, сделать данный проект текущим Ctrl+Shift+J (см. раздел 1 лабораторной работы № 1).

2. Вставить из библиотеки примитивов дополнительные элементы и изменить схему таким образом, чтобы получился параллельный суммирующий счетчик, а при Reset = 0 происходила установка триггеров в «ноль».

3. Указать тип ПЛИС FLEX 8000 EPF8282ALC84-4 в меню Assign\Device.

4. Связать выводы схемы с соответствующими выводами ПЛИС (см. раздел 4 лабораторной работы № 1).

5. Сохранить и откомпилировать проект Save & Compile (Ctrl+L).

6. Проверить работу схемы на стенде и зарисовать временные диаграммы.

Исследование кольцевого счетчика

1. Создать новый графический файл (см. раздел 1 лабораторной работы № 1), сохранить его как c:\Student\AT\LoopCounter.gdf и сделать данный проект текущим Ctrl+Shift+J.

2. Вставить в рабочее поле готовый символ входного переключателя Clk_switcher или скопировать входной блок схемы проекта суммирующего (вычитающего) счетчика.

3. Вставить символы D-триггера (DFF), логических и других необходимых элементов и собрать схему кольцевого счетчика.

4. Указать тип ПЛИС FLEX 8000 EPF8282ALC84-4 в меню Assign\Device.

5. Связать выводы схемы с соответствующими выводами ПЛИС (см. раздел 4 лабораторной работы № 1).

6. Сохранить и откомпилировать проект Save & Compile (Ctrl+L).

7. Проверить работу схемы на стенде и зарисовать временные диаграммы.

Задания для самостоятельной работы

1. Создать последовательный вычитающий счетчик с модулем счета 7.

2. Создать последовательный суммирующий счетчик с модулем счета 13.

3. Создать параллельный четырехразрядный вычитающий счетчик.

4. Создать устройство, реализующее эффект бенгальского огня, бегущего слева направо (порядок отображения разрядов на стенде должен соответствовать разрядам двоичного числа).

5. Создать на базе четырехразрядного кольцевого счетчика устройство, реализующее поочередное мигание светодиодов.

Контрольные вопросы

1. Что такое коэффициент (модуль) K_сч счета счетчика?

2. Чему равен K_сч для двоичного и недвоичного счетчиков?

3. Чем отличается асинхронный счетчик от синхронного?

4. Как реализуется суммирующий и вычитающий счетчики при синхронизации JK-триггеров задним фронтом синхроимпульса?

5. Реализуйте двоично-десятичный счетчик на JK-триггерах с синхронизацией по заднему фронту синхроимпульса по схеме принудительной установки в «0».

6. Во сколько раз частота переключения старшего разряда 3-х разрядного двоичного суммирующего счетчика будет меньше или больше частоты импульсов, поступающих на счетный вход младшего разряда.

7. Нарисуйте 4-х разрядный вычитающий двоичный счетчик на JK-триггерах, синхронизированных задним фронтом синхроимпульса.

Содержание отчета

1. Задание для самостоятельной работы.

2. Функциональная схема исследованного счетчика импульсов.

3. Временные диаграммы.

4. Результаты анализа временных диаграмм работы исследованного счетчика.

5. Выводы.

Литература

1. Браммер Ю.А. Импульсные и цифровые устройства. – М.: Высш. шк., 1999. С. 241.

2. Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники. – М.: Высш. шк., 2000. С. 273.

3. Панов Ю.В. Синтез счетчиков сигналов / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 1990.