методические указания для лабораторных работ / изучение счетчиков электрических импульсов

Примечание. Описанный счетчик имеет один счетный вход «С», а

входы «+1» и «-1» являются управляющими. Внутренняя схема счетчика может быть построена так, что счетных входов два: один обозначается знаком «+1» и соответствует режиму суммирования, другой обозначается знаком «-1» и соответствует режиму вычитания (рис. 10). Назначение вы-

водов в каждом конкретном случае определяется техническим описанием.

Счетчик рис. 9, изготовленный как интегральная схема, изображает-

ся условным знаком рис. 10.

Рис. 10. Условные обозначения реверсивных счетчиков: а – счетчик с одним счетным входом и входами управления режимом; б – счетчик с разными счетными входами на режимы сложения и вычитания

Примером промышленных реверсивных счетчиков являются К155ИЕ6, К155ИЕ7.

Счетчик с предустановкой. Существуют технические задачи, в кото-

рых счет импульсов необходимо вести не с нуля, а с наперед заданного числа. Счетчики с такой функцией называются счетчиками с предустанов-

кой. Суть предустановки в том, что перед началом счета в триггеры счет-

чика записывается заданное число. Для записи числа вторые ступени всех двухступенчатых Т – триггеров счетчика снабжаются R и S входами, обла-

дающими более высоким приоритетом по отношению к счетному вводу.

Выше вход R был использован в счетчиках для начальной установки триггеров, то есть для их обнуления. Входы R всех триггеров включаются параллельно, поэтому обнуление происходит одновременно. Входы S каж-

дого триггера выполняются независимыми, это позволяет записывать во

11

все триггеры одновременно разные требуемые числа по команде разреше-

ния записи. Входы записи начальной информации (данных) обозначаются символом D с присвоением индекса, соответствующего номеру разряда триггера в счетчике (D0, D1, D2 и т.д.), вход разрешения записи данных начальной установки может обозначаться V.

С учетом введенных обозначений УГО счетчика с предустановкой имеет вид:

Рис. 11. Обозначение счетчика со входами начальной установки

Перед началом счета счетчик обнуляется подачей импульса на вход

R, на входы начальной установки D1 – D4 подаются уровни сигналов, со-

ответствующие числу начала счета. Запись числа в триггеры счетчика про-

исходит в момент подачи разрешающего импульса на вход V. Далее на счетный вход подаются импульсы и выполняется их счет.

Универсальный счетчик. Он совмещает в себе функции реверсив-

ного счетчика и счетчика с предустановкой. Этим обеспечивается расши-

рение его возможностей и вариантов применения. По сути, счетчик, пока-

занный на рис. 11, является универсальным.

Счетчик-делитель. Рисунки 1 и 3 показывают, что частота импуль-

сов на выходе любой ступени двоичного счетчика вдвое меньше частоты импульсов на входе. На этом основании каждый триггер счетчика и счет-

чик в целом можно рассматривать как делитель частоты импульсов на 2, 4, 8 и так далее.

12

Счетчики по произвольному основанию. Потребности практики требуют счетчиков с модулем счета (основанием) не только кратным целой степени двойки, но и с произвольным основанием. Например, в схемах ча-

сов и календарей требуются модули счета 7, 24, 60. Часто требуются счет-

чики с модулем 10.

Способов построения счетчиков с произвольным основанием много.

Простейший из них поясняется рис. 12.

Рис.12. Счетчики с произвольным основанием: а – принцип организации счетчика с произвольным основанием; б – счетчик по модулю 10

Суть способа в следующем. Код, соответствующий модулю счета,

содержит единицы на строго определенных выходах счетчика. Сигнал с этих выходов подается на схему «И». Импульс на выходе схемы появляет-

ся только тогда, когда на всех входах присутствуют единицы. Выходной импульс схемы «И» используется как сигнал сброса счетчика и подается на вход обнуления R. Счетчик сбрасывается в исходное состояние, не нако-

пив максимально возможный код.

На рис. 12б код «1010» десятого импульса мгновенно обнуляет счет-

чик. Он может накопить максимальный код «1001», соответствующий де-

вяти. Вместе с кодом нуля счетчик может хранить десять цифр и поэтому называется десятичным. Подобным образом организуются счетчики с дру-

гим основанием.

13

ПЕРЕЧЕНЬ ОБОРУДОВАНИЯ

Лабораторная работа выполняется на аналоговой вычислительной машине АВК-32. В состав функциональных блоков машины входит блок БЛТ-31, содержащий универсальный счетчик, который позволяет изучить основные режимы и проверить его функционирование.

Блок БЛТ-31 со стороны наборного поля снабжен цветной наклад-

кой, содержащей входные и выходные клеммы (гнезда) внутренней схемы и гнезда входов управления. Гнезда позволяют выполнять соединения внутренней схемы счетчика с внешними цепями формирования входных импульсов, импульсов управления и элементами контроля уровней напря-

жения на входах и выходах. Входы управления позволяют задавать сле-

дующие режимы внутренней схемы: режим независимо используемых триггеров, режим двоичного реверсивного счетчика, режим десятичного реверсивного счетчика, режим сдвигового регистра (в лабораторной работе не используется). Дополнительно в состав блока входят два логических элемента «И-НЕ», формирователь коротких импульсов и формирователь импульсов из «дребезжащего» сигнала.

Накладка содержит графический рисунок внутренних элементов счетчика и служебные надписи гнезд, облегчающие правильное соедине-

ние счетчика с внешними цепями.

Внешний вид цветной накладки приведен на рис. 13.

Все элементы блока по управляющим и информационным входам управ-

ляются задним фронтом импульса (перепадом 1- 0) с уровнем напряжения

5 В. Логика работы элементов по выходу отрицательная: низкий уровень напряжения соответствует логической единице, а высокий – логическому нулю. Гнезда напряжений логического нуля и логической единицы распо-

ложены в правой части нижней горизонтальной накладки (рис. 14 и 15).

Формирование импульсов выполняется нажатием на одну из кнопок

14

Рис. 13. Цветная накладка блока БЛТ-31

15

Гнезда для подключения сигнальных ламп и кнопок

Верхняя и нижняя горизонтальные линейки накладок

Клавиш сброса логических элементов в «0»

Гнезда напряжения уровней логического «0» и логической «1» (см. рис.15б)

16

Стрелочный вольтметр, сигнальные лампы и кнопки формирования импульсов (см. рис. 15а)

Клавиши включения и выключения питания АВК-32

Рис.14. Общий вид аналоговой машины АВК-32

Рис. 15. Элементы аналоговой машины АВК-32: а – фрагмент правой вертикальной па-

нели; б – фрагмент нижней горизонтальной линейки с гнездами логических «0» и «1»;

в - фрагмент верхней горизонтальной линейки с гнездами подключения ламп и кнопок

17

(предпочтительнее с маркировкой «кн»), расположенных на вертикальной панели машины справа от наборного поля (рис. 14 и 15а). Внимание!

Гнезда для подключения кнопок находятся на верхней горизонтальной нак-ладке и расположены в порядке расположения кнопок слева направо

(рис. 14 и 15в).

Триггеры счетчика снабжены светодиодными индикаторами состоя-

ния (рис. 13): индикатор светится – состояние триггера соответствует еди-

ничному, индикатор не светится – состояние нулевое. Для наблюдения све-

чения индикаторов глаз необходимо располагать на уровне отверстия на накладке. Для удобства в работе рекомендуется индикацию состояния триггеров продублировать сигнальными лампами (рис. 14 и 15а). Они рас-

положены на правой вертикальной панели под стрелочным вольтметром и промаркированы цифрами 1, 2, 3, 4. Лампы включаются соединением вы-

ходов триггеров с гнездами ламп, расположенных на верхней горизонталь-

ной линейке в порядке расположения ламп. Читать двоичный код в счет-

чике по индикации ламп удобно, если выход младшего триггера «Тг0» со-

единить с лампой «4», выход триггера «Тг1» - с лампой «3» и так далее.

Все рисунки содержат расшифровку назначения элементов. Для вы-

полнения работы все рисунки необходимо детально рассмотреть, прочи-

тать поясняющие надписи и сопоставить все элементы рисунка с одно-

именными элементами на оборудовании АВК-32.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Поочередно задавать режимы универсального счетчика, подавая им-

пульс напряжения с перепадом 1- 0 на управляющие входы выбора режи-

ма. Для простоты рекомендуется включать режим соединением соответст-

вующего входа с гнездом логического нуля. Выбор режима контролиро-

вать по зажиганию светодиода на лицевой панели блока рядом с одно-

18

именным гнездом выбора режима. Проверку функционирования начинать с установки исходного состояния подачей импульса на вход «сброс».

Для каждого режима выполнить проверку функционирования счетчи-

ка подачей последовательности импульсов на счетный вход с контролем состояния каждого триггера по состоянию индикаторов или измерением уровня напряжения вольтметром на прямых выходах. Реакцию счетчика по выходам на каждый входной импульс регистрировать в таблице состояний.

Результат сравнить с теоретической таблицей состояний.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

1. Сборку и разборку схемы выполнять только при отключенном пи-

тании оборудования и приборов.

2. При выполнении работы не касаться оголенных токоведущих про-

водов и деталей. На рабочем месте не размещать никакие посторонние предметы.

3.В аварийных ситуациях (замыкание оголенных проводов, искрение

изапах гари) незамедлительно обесточить установку.

4.Лица, не прошедшие инструктаж по технике безопасности, к работе не допускаются.

5.Категорически запрещается включение установки без ее проверки преподавателем или лаборантом.

6.Не подавать напряжения на гнезда функциональных блоков АВК32, не используемых в лабораторной работе.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

З а д а н и е 1. Проверка функционирования суммирующего

двоичного счетчика

1. Изучить рис. 13, 14, 15, найти в составе АВК-32 блок БЛТ-31, стре-

19

лочный вольтметр, кнопки формирования импульсов, сигнальные лампы,

клавиши включения питания, верхнюю и нижнюю горизонтальные линей-

ки. На горизонтальных линейках найти гнезда подключения кнопок, сиг-

нальных ламп и гнезда с напряжениями логического нуля и единицы.

2.Подать питание на АВК-32 нажатием клавиша «питание - вкл». Над клавишем зажигается сигнальная лампа, светятся все индикаторные табло.

3.Включить режим двоичного счетчика. Для этого коммутационным проводом соединить гнездо «дв» блока БЛТ-31 с гнездом «логич. нуль»

нижней горизонтальной линейки. Правее гнезда в отверстии зажигается светодиод включения режима.

4. Включить режим суммирования счетчика. Для этого коммутацион-

ным проводом соединить гнездо «+» блока БЛТ-31 с гнездом «логич.

нуль». Правее гнезда в отверстии зажигается светодиод включения режи-

ма.

5. Сбросить счетчик в нулевое состояние. Для этого кратковременно соединить гнездо «сброс» блока БЛТ-31с гнездом «логич. нуль» или на-

жать клавиш «сброс логич.» (рис. 14). Убедиться, что все светодиоды внутри прямоугольников триггеров блока погашены.

6. Собрать узел формирования импульсов. Для этого:

гнездо «логич. нуль» коммутационным проводом соединить с одним из гнезд кнопки «кн» верхней горизонтальной линейки,

второе гнездо кнопки «кн» соединить коммутационным проводом с гнездом « » формирователя импульса «антидребезга» блока БЛТ-31,

гнездо « » выхода формирователя импульса «антидребезга» соеди-

нить с гнездом счетчика «вх. счет».

Схема соединений должна иметь вид рис. 16.

7. Продублировать индикацию состояний триггеров внешними по от-

ношению к блоку БЛТ-31сигнальными лампами на вертикальной панели справа. Для этого инверсные выходы триггеров счетчика соединить с гнез-

20