8

Федеральное агентство по образованию

ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра телевидения и управления

Лабораторная работа по курсу «Вычислительная техника и информационные технологии»

СЧЕТЧИК С ДЕШИФРАТОРОМ

Проверил: Выполнили:

Доцент кафедры ТУ студенты группы 157

Потехин В.А._________ Семкин А.О. ________

Биктимирова Н.С._________

Томск 2009

Введение

Целью цикла лабораторных работ является ознакомление с типовыми узлами ЭВМ и микропроцессоров, получение навыков проверки субблоков, изготавливаемых с использованием микросхем средней и малой степени интеграции. Все используемые микросхемы относятся к классу транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).

Целью данной лабораторной работы является ознакомление с принципом работы двоичного реверсивного счетчика К155ИЕ7 (на принципиальной схеме имеет обозначение D1) и дешифратора К155ИД3 (на принципиальной схеме имеет обозначение D3), получение навыков реализации делителя частоты с заданным коэффициентом деления.

1. Принципиальная схема устройства

Принципиальная схема устройства представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Схема устройства

Счетчик D1 (К155ИЕ7):

• Вход R – асинхронный вход установки в нулевое состояние высоким уровнем напряжения. Т.е. это вход, который служит для исполнения микрокоманды установки в ноль.

Y₁: Сч(4) := 0;

• Входы «+1», «–1» – счетные команды для выполнения микрооперации счета.

+1: Y₂: Сч(4) := Сч(4) + 1;

-1: Y₃: Сч(4) := Сч(4) – 1;

Причем, при отсутствии какого-либо из управляющих сигналов на вход должен быть подан высокий уровень напряжения. При подаче на вход «+1» импульсов с генератора на входах 1,2,4,8 счетчика образуется двоичный код, соответствующий числу импульсов, пришедших на счетный вход. Т.к. счетчик четырехразрядный, то он имеет 16 состояний.

0 0000 1 0001 2 0010 ……. 15 1111

Когда счетчик находится в состоянии 1111, то очередной импульс на его входе «+1» переведет выходы 1,2,4,8 счетчика в нулевое состояние, а на выходе « ≥ 15 » появится сигнал переноса единицы из старшего разряда (низкий уровень сигнала)

1111

+

1

---------

10000

перенос

Если счетчик работает на вычитание (вход «–1»), то при переходе из состояния 0000 в состояние 1111 возникает заем из старшего разряда. Это отображается появлением сигнала низкого уровня на выходе «≤ 0»

1 0000 – 1 --------- 1111 заем

• Входы D1, D2, D4, D8 предназначены для записи четырехразрядного кода в счетчик, причем, этот код записывается при поступлении на вход С сигнала низкого уровня. Т.е. в счетчике реализуется микрооперация присвоения:

Y4: Сч(4) := D;

где D – четырехразрядный двоичный код на входах D1, D2, D4, D8. При выполнении микрокоманды установки, на всех остальных входах (+1, –1) должны быть установлены высокие уровни сигнала.

Дешифратор D3 – это комбинационная схема для преобразования четырехразрядного двоичного кода (подается на входы 1,2,4,8) в шестнадцатиразрядный унитарный двоичный код (снимается с выходов 0 – 15).

Унитарный двоичный код – это такой код, который характерен отличием значения одного разряда от всех остальных. Выход дешифратора, имеющий отличное от остальных значение, называется возбужденным выходом.

Дешифратор D3 (К155ИД3):

• Дешифратор описывается системой булевых функций:

Y₀ = ₀∙₁ ∙ (₀∙₁∙₂∙₃);

Y₁ = ₀∙₁ ∙ (₀∙₁∙₂∙₃);

Y₂ = ₀∙₁ ∙ (₀∙₁∙₂∙₃);

Y₃ = ₀∙₁ ∙ (₀∙₁∙₂∙₃);

………………………….

Y₁₅ = ₀∙₁ ∙ (₀∙₁∙₂∙₃),

где ₀, ₁ – сигналы на входах управления W0, W1;

₀ – сигнал на входе 1;

₁ – сигнал на входе 2;

₂ – сигнал на входе 4;

₃ – сигнал на входе 8;

_i – сигнал на i-ом выходе (i = 0 + 15);

• Для «включения» дешифратора в работу необходимо, чтобы на управляющих входах W0, W1 присутствовали сигналы низкого уровня.

• Каждой кодовой комбинации на входах 1,2,4,8 соответствует свой выход Yi, причем возбужденный выход принимает низкое значение сигнала.

2. Ход работы

Для того, чтобы ознакомиться с принципами работы дешифратора и счетчика, соберем схему, изображенную на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 Схема лабораторной установки, счетчик с дешифратором, соединенный с элементами управления

Таким образом, мы соединили все входы устройства с тумблерами стенда (блоки тумблеров E₀ – E₈ и F₀ – F₈), а все выходы устройства со светодиодами стенда (блоки светодиодов A, B, C, D). Т.е. получена возможность пронаблюдать отклик устройства, а именно двоичный код числа, на импульсное воздействие, вызываемой переключением определенного тумблера. Схема управляющих элементов приведена на рисунке 2.2 и рисунке 2.3.

Рисунок 2.2 Подключенные в соответствии со схемой светодиоды стенда

Рисунок 2.3 Подключенные в соответствии со схемой тумблеры стенда

Рассмотрим принцип действия устройства на примере определенного числа:

• Запишем число 11 в счетчик (двоичный код числа 11 имеет вид 1011), не используя дешифратор (подав на входы W₀, W₁ сигналы высокого уровня, тумблер F2 включен). Для этого, подадим на вход C низкий уровень сигнала (тумблер F0 выключен), обеспечив режим записи, на входы D₁, D₂, D₈ соответственно – высокий уровень (тумблеры E0, E1, E3), а на вход D₄ – низкий (тумблер E2). Если схема собрана верно, загорятся светодиоды, соответствующие числу 1011 (светодиоды C0, C2, C3). Обратим внимание, что на вход R должен быть подан сигнал высокого уровня (тумблер F1 включен).

• Проверим операцию сложения. Для этого необходимо подать высокий уровень сигнала на вход «+1» (тумблер E4). Если схема собрана верно, загорятся светодиоды, соответствующие числу «1100» (светодиоды C0, C1) . При дальнейших повторениях импульсов на вход «+1» число, «изображаемое» светодиодами будет расти. Когда оно примет значение «1111», дальнейшие импульсы на вход «+1» вызовут переполнение, погаснет светодиод, соответствующий выходу счетчика «>15» (светодиод C6), а счетчик «покажет» «0000».

• Проверим операцию вычитания. Для этого необходимо подать высокий уровень сигнала на вход «-1» (тумблер E5). Если схема собрана верно, загорятся светодиоды, соответствующие числу «1010» (светодиоды C0, C2) . При дальнейших повторениях импульсов на вход «-1» число, «изображаемое» светодиодами будет уменьшаться. Когда оно примет значение «0000», дальнейшие импульсы на вход «-1» вызовут переполнение, погаснет светодиод, соответствующий выходу счетчика «<0» (светодиод C7), а счетчик «покажет» «1111».

• Ознакомимся с принципом действия дешифратора. Вновь зададим в счетчик число 1011. Чтобы задействовать дешифратор, подадим низкий уровень на входы W₀, W₁. Если схема собрана верно, загорятся все светодиоды, соответствующие выходам дешифратора (светодиоды A0-A7 и B0-B7), кроме B2, который соответствует числу 11. При дальнейшем увеличении/уменьшении числа, если схема собрана верно, будет гаснуть светодиод, соответствующий заданному числу.

• Счетчик D1 помимо счета выполняет еще одну функцию – делителя входной частоты. По отношению к входной частоте f (на входах «+1» или «–1») частота на выходе 1 имеет значение f/2, на выходе 2 – f/4, на выходе 3 – f/8, на выходе 4 – f/16. Этот счетчик может быть использован и для делителя частоты с коэффициентом деления, отличным от 2,4,8,16. Этого можно достичь несколькими способами. Рассмотрим один из них:

Если записать в счетчик какое-либо двоичное число N < 15 (по входам D1, D2, D3, D4) и подавать импульсы с генератора на вход «+1», то до переполнения на счетчик необходимо подать 16-N импульсов. И если при выработке каждого импульса переполнения (выход « ≥ 15 ») в счетчик опять записать это же число, то, таким образом, счетчик всегда будет вести счет от N до 15 (исключается состояние от 0 до N-1). Таким образом, коэффициент пересчета счетчика окажется равным 16-N. На рисунке 2.4 реализована схема делителя частоты

Рисунок 2.4 Делитель частоты с коэффициентом деления 5

Выводы.

В ходе работы ознакомились с принципами работы двоичного рекурсивного счетчика и дешифратора, были получены навыки чтения и сборки схем. Все интересующие функции счетчика и дешифратора проверены, реализован делитель частоты с коэффициентом деления 5.