Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра телевидения и управления (ТУ)

СЧЕТЧИК С ДЕШИФРАТОРОМ

Лабораторная работа №1 по дисциплине "Цифровые устройства и микропроцессоры"

Студент группы з-

Руководитель:

В.А. Потехин

2003

Цель работы.

Данная лабораторная работа направлена на ознакомление с типовыми схемами ТТЛ логики отечественного производства и их импортными аналогами. Работа выполняется в программе Electronic WorkBench версии 4.0. Данный программный продукт позволяет проектировать цифровые схемы, а также осуществлять контроль и испытание полученных цифровых устройств.

1. План выполнения работы.

1. Собрать схему суммирующего счетчика.

Зарисовать осциллограммы напряжений на управляющих входах счетчика и на всех его выходах.

Зарисовать осциллограммы напряжений на любых трех соседних выводах дешифратора от 0 до 9.

2. Собрать схему вычитающего счетчика.

Зарисовать осциллограммы напряжений на управляющих входах счетчика и на всех его выходах.

Зарисовать осциллограммы напряжений на любых трех соседних выводах дешифратора от 0 до 9.

2. Собрать схему программируемого делителя на базе суммирующего счетчика с использованием дешифратора и дополнительных ЛЭ.

Зарисовать осциллограммы напряжений на выводах устройства.

3. Собрать схему программируемого делителя на базе вычитающего счетчика.

Зарисовать осциллограммы напряжений на выводах устройства.

3. Выполнение работы.

Принципиальная схема исследуемого устройства включает в себя счетчик и дешифратор.

Счетчик - К555ИЕ6 (74192) - синхронный реверсивный четырехразрядный двоично-десятичный. Счетчик работает в коде 1-2-4-8.

Асинхронный вход R (CLR) - установка исходного нулевого состояния счетчика уровнем лог. 1, при этом запрещается счет импульсов.

Входы "+1" и "-1" (UP и DOWN)- счетные входы для выполнения операций суммирования и вычитания соответственно, при отсутствии какого-либо из управляющих сигналов на вход должен быть подан высокий уровень напряжения.

Выходы "≥9" и "≤0" (C0 и B0)- выхода переноса при суммировании и вычитании соответственно.

Входы D1, D2, D4, D8 (A, B, C, D)- предназначены для записи в счетчик параллельного четырехразрядного управляющего кода, запись кода ведется при поступлении на вход синхронизации С (LOAD) сигнала низкого уровня. При выполнении микрооперации установки, на входах "+1" и "-1" должны быть установлены высокие уровни сигналов.

Дешифратор - К555ИД19 или 74154 - комбинационная схема для преобразования четырехразрядного двоичного кода (подается на входы 1-2-4-8 (A, B, C, D)) в шестнадцатеричный унитарный двоичный код (снимается со входов 0 - 15). Для включения дешифратора необходимо, чтобы на управляющих входах W0 и W1 (G1 и G2) были установлены сигналы низкого уровня.

1. Суммирующий счетчик.

С хема суммирующего счетчика представлена на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 - Суммирующий счетчик.

Первоначальная установка нуля осуществляется нажатием кнопки "R". На вход UP подаются тактовые импульсы, на входы DOWN и LOAD подключен высокий уровень напряжения - счетчик работает в режиме суммирования. Выходы QA, QB, QC, QD счетчика подключены к входам A, B, C, D дешифратора. К выходам В0 и С0 счетчика подключены индикаторы. За 10 тактовых импульсов счетчик приходит в состояние от 0 - 0000 до 9 - 1001, когда все триггеры находятся в единичном состоянии, то очередной десятый тактовый импульс (низкий уровень сигнала) проходит на выход переноса С0 - правый индикатор гаснет.

Осциллограммы напряжений на управляющих входах счетчика, на всех его выходах, на выходах дешифратора "0", "1", "2" изображены на рис. 3.2.

Р исунок 3.2 - Осциллограммы напряжений суммирующего счетчика.

На осциллограммах напряжений видно, что счет происходит по положительному фронту импульсов, у первого импульса фронт отсутствует, поэтому на выходах счетчика сохраняются нули. Десятый импульс переводит счетчик в состояние 9 - 1001, при этом низкий уровень десятого импульса проходит на выход переноса С0, счетчик обнуляется и счет начинается заново. Активным уровнем для выходов дешифратора является низкий уровень напряжения, на рис. 3.2. наблюдается последовательное появление сигнала на выходах дешифратора, соответствующее сумме счетчика в данный момент.

2. Вычитающий счетчик.

Схема вычитающего счетчика приведена на рис. 3.3.

Р исунок 3.3 - Вычитающий счетчик.

С хема вычитающего счетчика отличается от схемы суммирующего тем, что тактовые импульсы подаются на вход DOWN счетчика, вход UP подключен к напряжению высокого уровня. Счетчик проходит от состояния 9 до состояния 0, при этом левый индикатор, подключенный к выходу В0 счетчика, гаснет. Осциллограммы напряжений на входах и выходах счетчика, на выходах дешифратора "3", "4", "5" приведены на рис. 3.4.

Рисунок 3.4 - Осциллограммы напряжений вычитающего счетчика.

Низкий уровень первого тактового импульса проходит на выход переноса В0, после чего следующий импульс начинает обратный счет от 9 до 0. Низкий уровень одиннадцатого импульса (с учетом того, что первый в счете не участвовал, то десятого импульса) опять проходит на выход переноса.

3. Программируемый делитель на базе суммирующего счетчика.

Согласно заданию, коэффициент деления К_ДЕЛ = N = 4, где N - последняя цифра индивидуального номера (пароля).

Схема программируемого делителя на базе суммирующего счетчика с использованием дешифратора и дополнительных ЛЭ (И-НЕ) с К_ДЕЛ = 4 приведена на рис. 3.5.

Р исунок 3.5 - Программируемый делитель на базе суммирующего счетчика.

Т ак как К_ДЕЛ = 4, то требуемый сигнал взят с выхода "4" дешифратора. Через инвертор (ЛЭ И-НЕ) сигнал подается на вход CLR счетчика. Осциллограммы напряжений на основных входах и выходах счетчика, а также на выходе "4" дешифратора приведены на рис. 3.6.

Рисунок 3.6 - Осциллограммы напряжений программируемого делителя на базе суммирующего счетчика

Счетчик проходит состояния от 0 до 3 за четыре тактовых импульса, положительный фронт пятого импульса образует состояние 4 счетчика, которое проходит на выход "4" дешифратора и на обнуляющий вход CLR счетчика, после чего счетчик сразу же обнуляется и переходит в состояние 0. На рисунке видно, что этот процесс характеризуется короткими импульсами: на выходе QC счетчика импульс напряжения высокого уровня (переход в состояние 4), на выходе "4" дешифратора импульс активного уровня (низкого), на входе CLR счетчика импульс напряжения высокого уровня (обнуление счетчика).

Цикл состояний счетчика проходится за четыре тактовых импульса, т. е. происходит деление частоты сигнала на 4, согласно заданному коэффициенту деления.

Ширина коротких импульсов зависит от времени установления нового состояния на выходе счетчика (t_у) (перевод всех триггеров счетчика в новое состояние), т. е. Δt_{имп кор} = 2 t_у.

4. Программируемый делитель на базе вычитающего счетчика.

Согласно заданию, коэффициент деления К_ДЕЛ = 9 - N = 5, где N - последняя цифра индивидуального номера (пароля).

С хема программируемого делителя на базе вычитающего счетчика с загрузкой счетчика выходным сигналом счетчика В0 с К_ДЕЛ = 5 приведена на рис. 3.7.

Рисунок 3.7 - Программируемый делитель на базе вычитающего счетчика.

В схеме реализована возможность ввода любого коэффициента деления от 1 до 9. При заданном коэффициенте деления К_ДЕЛ = 5, необходимо нажать на кнопки "1" и "3". Ввод кода в счетчик для заданного деления частоты (на 5) осуществляется подачей напряжения высокого уровня на входы счетчика A, B, C, D (A и C), вход LOAD соединен с выходом В0 для управлением записи кода в счетчик. Осциллограммы напряжений на основных входах и выходах счетчика приведены на рис. 3.8.

Рисунок 3.8 - Осциллограммы напряжений программируемого делителя на базе вычитающего счетчика.

При включении схемы на входе В0 (LOAD) находилось напряжение низкого уровня, сразу же произошла запись кода (5 - 0101) в счетчик и счетчик перешел в состояние 5 с первым же тактовым импульсом, поэтому первый импульс в процессе деления не участвует. За пять импульсов счетчик прошел от состояния 5 до состояния 0. Низкий уровень пятого импульса прошел на выход В0, т. е. попал на вход LOAD (очень короткий импульс от высокого уровня напряжения до низкого). Так как активным уровнем сигнала для входа LOAD является низкий, то произошла запись включенного кнопками "1" и "3" кода 0101 - 5 в счетчик, что перевело счетчик в состояние 5. На выходе переноса появилось напряжение высокого уровня (отсутствие переноса), которое перешло на вход LOAD и перевело счетчик в режим вычитания, затем цикл повторяется.

На осциллограммах видно, что цикл вычитания счетчика повторяется каждые пять тактовых импульса (не считая первого цикла), поэтому происходит деление частоты на заданный коэффициент деления К_ДЕЛ = 5.

При всех выключенных кнопках ("1", "2", "3", "4") счетчик не производит вычитание, так как получается, что задается нулевой коэффициент деления, счетчик все время находится в состоянии 0000. Если все время подавать через переключатели напряжение высокого уровня, то счетчик будет находиться в режиме минимального деления частоты (в данной лабораторной работе К_{ДЕЛ МИН} = 10), т. е. деления частоты происходить не будет, а заданный коэффициент деления образовывать путем оставления включенными нужных переключателей (на напряжении высокого уровня), а остальные выключать.