Элементы систем автоматики лабораторная работа №4 исследование цифровых элементов и узлов систем телемеханики
Цель работы – изучение функционирования счетчиков импульсов, делителей частоты, сдвиговых регистров, сумматоров двоичных чисел, мультиплексоров.
Общие сведения
Простейшим делителем частоты является триггер. Соединив последовательно несколько триггеров, получим простейший многоразрядный двоичный делитель. Более общее название делителей частоты – счетчики. Коэффициент деления счетчика, состоящего из n – триггеров, составляет 2n; здесь n – число двоичных разрядов счетчиков. Четырехтриггерный счетчик может делить исходную частоту на 16, так как 24=16.
Выходные сигналы счетчика представляются в двоично–десятичном коде 8-4-2-1. Счетчики бывают двоичными и десятичными. Минимальный выходной код счетчиков 0000. Максимальный выходной код двоичного счетчика–1111 (15-десятичное число).
Десятичный счетчик, также как и двоичный, является четырехтриггерным, но счет в нем благодаря запрещенным обратным связям останавливается при выходном коде 1001 (десятичное число 9).
Расширить функции счетчика, то есть изменить коэффициент деления им частоты, можно видоизменив цепи его управления, то есть организовав сброс в нулевое состояние всех триггеров счетчика в момент появления выходного кода, соответствующего требуемому коэффициенту деления. Пример организации счетчика с коэффициентом деления 2 представлен на рис.1.
D2 D3 D4 20 21 22 23
D1 D5 T Q1 Q2 T T Q3 Q4 T +5
В S S S S
D D D D &
C C C Q4 C
R Q1 R Q2 R Q3 R
Рис.1. Пример организации счетчика с коэффициентом деления 2
Как только на выходе элемента D2 появится сигнал логической единицы, что означает поступление в счетчик двух импульсов, на выходе элемента D5 образуется нулевой сигнал. Этим сигналом осуществится сброс всех триггеров счетчика в нулевое состояние, и счет начнется вновь с нуля.
Кроме однонаправленных счетчиков, счет в которых только увеличивается, существуют двунаправленные или реверсивные счетчики, счет в которых может увеличиваться или уменьшаться. Представителями таких счетчиков в серии 155 являются микросхемы 155 ИЕ6 и 155 ИЕ7. Счетчик ИЕ6 – двоично-десятичный, а ИЕ7 – двоичный. Упрощенная функциональная схема реверсивного счетчика, аналогичная структуре перечисленных микросхем, представлена на рис.2.
Q4 +1
«Cложение»
Q1 Q2 Q3 D1 D3 D2
J J J J TT TT TT TT
& 1 & 1 & 1
S S S S
& & &
R R R R
Q1 Q2 Q3
Q4
-1
«Вычитание»
Рис.2. Упрощенная функциональная схема реверсивного счетчика
При сложении сигнал единичного уровня подается только на верхние логические элементы D1…D3 типа 2 И-ИЛИ. Триггеры работают по прямым выходам Q1…Q4, счет происходит на увеличение при поступлении импульсов тактовой частоты.
При
вычитании сигнал единичного уровня
снимается с шины «сложение»
и подается
на шину «вычитание», то есть на нижние
схемы D1…D3
типа 2 И-ИЛИ. Включение схем происходит
при наличии сигналов единичного уровня
на инверсных выходах
триггеров.
С приходом каждого тактового импульса
на выход С первого триггера из содержимого
счетчика будет вычитаться единица.
Условное обозначение реверсивного счетчика представлено на рис. 3.
Рис.3. Условное обозначение реверсивного счетчика
Обозначение входов и выходов счетчика следующие:
-
Д1,Д2,Д3,Д4 – параллельные информационные входы;
-
«+1» – счетный вход на увеличение;
-
«–1» – счетный вход на уменьшение;
-
С – вход разрешения параллельной записи данных;
-
R – вход сброса выходов в нулевое состояние;
-
Q1,Q2,Q3,Q4 – выходы счетчика в двоично-десятичном коде 8-4-2-1.
Сдвиговый регистр – линейка из нескольких триггеров, в которой в отличие от счетчиков-делителей нет внутренних запрещающих обратных связей. В простейшем регистре триггеры соединены последовательно (рис.4): выход Q предыдущего триггера передает бит данных на вход D последующего.
Рис.4. Пример организации простейшего сдвигового регистра
Все таковые входы С триггеров соединены параллельно. При таком включении единичный сигнал, записанный по входу D в первый триггер после подачи следующего тактового импульса на вход С, перейдет во второй триггер, затем в третий и так далее.
Представителем сдвигового регистра в серии 155 является микросхема 155 ИР1. Микросхема может работать в двух режимах: режиме сдвига, режиме параллельной записи. Условное обозначение сдвигового регистра представлено на рис. 5.
Рис.5. Условное обозначение сдвигового регистра
. Обозначение входов и выходов микросхемы следующие: