Контрольные вопросы

1. Что называется триггером, каковы его назначение?

2. Какие бывают триггеры?

3. Объясните работу RS-триггера, синхронного и асинхронного.

4. Объясните работу T-триггера.

5. Объясните работу JK-триггера.

6. Объясните работу D-триггера.

Лабораторная работа №4

Исследование характеристик счетчиков

Цель:

Овладение практическими навыками исследования характеристик счетчиков средствами САПР Electronics Workbench.

Результат обучения:

После успешного завершения занятия пользователь должен:

• Знать назначение и функциональные возможности счетчиков

• Уметь проводить исследование этих элементов средствами САПР Electronics Workbench.

Используемые программы:

Electronics Workbench в. 5.0

I. Исследование характеристик счетчиков

1.1. Краткое описание назначения и основных функциональных возможностей счетчиков.

Счетчиком называется последовательное цифровое устройство, предназначенное для подсчета входных импульсов, которое под действием входных импульсов переходит из одного состояния в другое, изменяя свое состояние на единицу. В результате счетчик сохраняет число или код, соответствующий числу поступивших на его вход импульсов. Увеличение числа в счетчике на единицу называется операцией инкрементации, уменьшение на единицу – операцией декрементации. Счетчики строятся на триггерах Т-типа и некоторых логических схемах для формирования управляющих сигналов. Основными параметрами счетчика являются коэффициент пересчета и быстродействие.

Модуль счета или емкость счетчика М определяется как максимальное число различных состояний счетчика. После поступления М импульсов счетчик сбрасывается в начальное (нулевое) состояние и цикл счета повторяется. В зависимости от коэффициента (М) счетчики подразделяются на двоичные (коэффициент пересчета M=2ⁿ) и с произвольным коэффициентом пересчета (M2ⁿ). Разновидностью последних являются двоично-десятичные счетчики (М=10).

В цифровых схемах счетчики могут выполнять следующие микрооперации над кодовыми словами:

1) установка в исходное состояние (запись нулевого кода);

2) запись входной информации в параллельной форме;

3) хранение информации;

4) выдача хранимой информации в параллельной форме;

5) инкремент – увеличение хранящегося кодового слова на единицу;

6) декремент – уменьшение хранящегося кодового слова на единицу.

Классификация счетчиков

• По способу кодирования внутренних состояний счетчики делятся на двоичные, двоично-десятичные и др.

• По направлению счета счетчики делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные. Последние в зависимости от управляющего сигнала работают как суммирующие или как вычитающие.

• По организации межразрядных связей счетчики делятся на счетчики с последовательным или параллельным переносом.

Состояние счетчика определяется по выходам разрядных схем Q_n-1 Q_n-2 … Q₀, при этом входные импульсы поступают на младший разряд счетчика Q₀.

Счетчики бывают суммирующие и вычитающие. В суммирующем счетчике каждый импульс на входе увеличивает число на единицу, в вычитающем – уменьшает на единицу.

Для получения суммирующего двоичного счетчика Т-триггеры должны иметь инверсные динамические входы (должны переключаться по срезу тактового импульса С). для получения вычитающего счетчика Т-триггеры должны иметь прямые динамические входы. Таким образом, направление счета можно изменять путем изменения межразрядных связей. На этом принципе строятся реверсивные счетчики.

Для увеличения быстродействия используются счетчики с параллельным или сквозным переносом. С этой целью необходимо использовать синхронные Т-триггеры. Здесь триггеры устанавливаются в соответствующие состояния одновременно по переднему фронту синхроимпульса. Легко видеть, что быстродействие схемы (а) равно времени переключения одного триггера. В схеме рис. 1 б быстродействие равно:

t_{K. max}=t_{K. тр}+n*t_з.л., где t_з.л - время задержки логического элемента.

а)

б)

Рис. 1. Схемы четырехразрядного счетчика с параллельным (а)

и сквозным (б) переносом

Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета строятся на основе двоичных счетчиков с организацией обратной связи с выходных шин через схему И на вход R счетчика.

а) б)

Рис. 2. Схема двоично-десятичного счетчика (а) и временная

диаграмма его работы (б)

На рис. 2 при поступлении десятого импульса (код 1010) на выходах схемы И формируется сигнал, который переводит счетчик в ноль (код 0000). Если на входы микросхемы DD2 подать сигналы Q₃ и Q₄, то получится счетчик с коэффициентом пересчета М=12 и т.д.

Существует много интегральных схем, в которых счетчик совмещен с другими комбинационными схемами, например счетчик дешифратор К176ИЕ8, К176ИЕ9, счетчик преобразователь в семисегментный код К176ИЕ3, ,К176ИЕ4. имеются реверсивные счетчики К561ИЕ11(М=16), К561ИЕ14(М=10); программируемые счетчики К561ИЕ15; К561ИЕ19; таймерные счетчики К176ИЕ12, К176ИЕЁ13, К176ИЕ17, К176ИЕ18 и др.

2. Исследование суммирующих двоичных счетчиков с последовательным переносом.

Двоичный счетчик имеет модуль M = 2ⁿ, где n –целое число. Внутренние состояния двоичного счетчика образуют естественную последовательность, эквивалентную последовательности десятичных чисел 0, 1, ... М – 1. Счетчики обычно строятся на счетных Т триггерах, построенных на базе D и JK триггеров.

а) б) в)

Рис. 3. Схема трехразрядного двоичного счетчика с последовательным переносом (а), временная диаграмма работы (б), условное обозначение (в).

Рассмотренный выше счетчик является счетчиком с последовательным переносом. Его быстродействие t_{K. max}. зависит от количества разрядов:

t_{K. max}=t_{K. тр}+n*t_з.л., где t_з.л - время переключения одного счетчика.

Схема исследования простейшего последовательного двоичного счетчика, построенного на D триггерах с синхронизацией по переднему фронту синхроимпульса, представлена на рис. 4.

Рис.4. Схема исследования суммирующего двоичного счетчика с последовательным переносом

Счетчик собран на D триггерах, работающих в режиме счетного триггера. К выходу Q каждого триггера подключены логические пробники, выходы триггеров также подключены к логическому анализатору. Логический анализатор предназначен для отображения на экране лицевой панели временной диаграммы сигналов на выходах триггеров. Последовательность импульсов поступает на вход с левого триггера. Сигнал с его инверсного выхода поступает на вход с триггера второго разряда. ВходыQ триггеров подключены к счетным входам триггеров следующего разряда.

Задача исследования: Получить временную диаграмму функционирования счетчика.