Схемотехника / Учебники и методички / YAKUNIN3
.pdfРис.17. 4-разрядный регистр
Рис.18. Временная диаграмма работы регистра
Перечень индивидуальных заданий
1.Используя сдвиговый регистр, разработать самовосстанавливающийся делитель частоты на N (тип триггера и N указаны в индивидуальном задании).
2.Используя триггеры, разработать 4-разрядный регистр, выполняющий несколько микроопераций. Тип триггера и перечень микроопераций указаны в индивидуальном задании.
3.Оформить схемы отдельными компонентами MAXPLUSII. Просимулировать работу регистра, сравнить временные диаграммы с расчётными.
Допуск к работе: выполнить задания, построить временную диаграмму ко второму заданию (для одного разряда), показать на ней выполнение всех операций.
81
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Вариант 1
1.Тип триггера: JK. N = 10.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - лог. «И»; - лог. «ИЛИ»;
- «хранение».
Вариант 2
1.Тип триггера: JK. N = 11.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - «приём данных»; - лог. «И»; - лог. «=».
Вариант 3
1.Тип триггера: JK. N = 12.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - приём данных; - лог. «И»;
- лог. «XOR».
Вариант 4
1.Тип триггера: JK. N = 13.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - приём данных; - лог. «ИЛИ»; - лог. «1».
Вариант 5
1.Тип триггера: JK. N = 9.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - приём данных; - лог. «И»; - «0».
Вариант 6
1.Тип триггера: D. N = 10.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - приём данных; - лог. «ИЛИ»;
- лог. «XOR».
82
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Вариант 7
1.Тип триггера: D. N = 11.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - приём данных;
- лог. «XOR»; - лог. «0».
Вариант 8
1.Тип триггера: JK. N = 12.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - приём данных; - лог. «И»; - лог. «ИЛИ».
Вариант 9
1.Тип триггера: D. N = 13.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - лог. «И»; - лог. «1»; - лог. «=».
Вариант 10
1.Тип триггера: D. N = 9.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - лог. «И»; - лог. «ИЛИ»;
- «приём данных».
Вариант 11.
1.Тип триггера: D. N = 10.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - лог. «И»; - лог. «=»; - «0».
Вариант 12
1.Тип триггера: D. N = 11.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - лог. «ИЛИ»;
83
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
-лог. «=»;
-Qt +1 = Q t + x .
Вариант 13
1.Тип триггера: D. N = 12.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - лог. «ИЛИ»;
- лог. «XOR»; - лог. «0».
Вариант 14
1.Тип триггера: D. N = 13.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - лог. «И»; - лог. «=»;
- «счётный режим»; - лог. «1».
Вариант 15
1.Тип триггера: D. N = 9.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - лог. «XOR»;
- лог. «ИЛИ»; - лог. «1».
Вариант 16
1.Тип триггера: JK. N = 10.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - приём данных; - лог. «И»; - лог. «0»; - лог. «1».
Вариант 17
1.Тип триггера: JK. N = 11.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - приём данных; - лог. «ИЛИ»;
- «счётный режим».
84
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Вариант 18
1.Тип триггера: JK. N = 12.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - лог. «ИЛИ»;
- лог. «XOR»;
- «приём данных».
Вариант 19
1.Тип триггера: JK. N = 13.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - лог. «1»; - лог. «И»;
- «счётный режим».
Вариант 20
1.Тип триггера: JK. N = 9.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - лог. «XOR»;
- приём данных; - «счётный режим»; - лог. «1».
Вариант 21
1.Тип триггера: JK. N = 10.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - приём данных;
- лог. «XOR»; - лог. «ИЛИ».
Вариант 22
1.Тип триггера: JK. N = 11.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - лог. «=»; - приём данных;
- лог. «ИЛИ».
Вариант 23
1.Тип триггера: JK. N = 12.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - лог. «И»; - лог. «ИЛИ»;
85
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
-«счётный режим»;
-лог. «1».
Вариант 24
1.Тип триггера: JK. N = 13.
2.Тип триггера: D. Выполняемые микрооперации: - лог. «И»; - лог. «=»;
- приём данных; - лог. «0».
Вариант 25
1.Тип триггера: JK. N = 9.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - лог. «ИЛИ»; - лог. «И»;
- «счётный режим».
Вариант 26
1.Тип триггера: D. N = 10.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - лог. «И»; - лог. «ИЛИ»;
- «хранение».
Вариант 27
1.Тип триггера: D. N = 11.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - приём данных;
- лог. «XOR»; - лог. «0»; - лог. «1»;
Вариант 28
1.Тип триггера: D. N = 12.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - лог. «XOR»;
- «1»; - «Хранение»;
86
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Вариант 29
1.Тип триггера: D. N = 13.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - лог. «И»; - лог. «ИЛИ»;
- лог. «XOR»;
Вариант 30
1.Тип триггера: D. N = 9.
2.Тип триггера: JK. Выполняемые микрооперации: - лог. «И»; - «Хранение»;
- «Счётный режим»; - лог. «0».
87
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Лабораторная работа № 4 Счётчики
Цели работы: изучить принципы работы, виды и состав счетчиков; овладеть методами синтеза структур счетчиков на базе современных типов триггеров; приобрести навыки в создании, наладке и экспериментальном исследовании структур счетчиков в среде MAX+PLUS II.
Продолжительность работы - 4 часа.
Лабораторное задание
1.Ознакомиться с правилами техники безопасности в учебном кабинете.
2.Выполнить синтез структур, заданных в индивидуальном задании, построить временные диаграммы
работы.
3.Получить допуск к лабораторной работе, показав преподавателю выполненные задания и ответив на вопросы теоретической части.
Пример индивидуального задания
1.Используя JK-триггеры, синтезировать вычитающий асинхронный счётчик, считающий от 11 до 0.
2.Используя D-триггеры, синтезировать вычитающий синхронный счётчик, считающий от 11 до 0.
Порядок выполнения работы
Используя JK-триггеры, синтезируем вычитающий асинхронный счётчик, считающий от 11 до 0.
Перед выполнением лабораторной работы студентам рекомендуется изучить теоретический материал по счётчикам [2]. Дельнейшие пояснения по выполнению лабораторной работы рассчитаны на то, что студенты имеют представление об этапах синтеза асинхронных и синхронных счётчиков.
Для синтеза асинхронного счётчика составим временную диаграмму работы, показанную на рис.1.
ТИ
Q0
Q1
Q2
Q3
0 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
11 |
Рис.1. Временная диаграмма работы асинхронного счётчика, считающего от 11 до 0
88
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
По временной диаграмме определим цепи подключения тактовых входов каждого из триггеров. Следует выбирать такие цепи, которые, с одной стороны, могут обеспечить переходы триггера, с другой стороны, должны иметь как можно меньше переключений. В результате анализа получаем:
C0 = ТИ;
C1 = Q0 ;
C2 = Q1;
C3 = Q1.
Используя полученные выражения, по временной диаграмме рис.1 определим триггеры, которые работают в счётном режиме. Триггер работает в счётном режиме, если он изменяет своё состояние на противоположное при каждом активном фронте на входе тактового импульса. Видно, что в счётном режиме работают триггеры, формирующие выходы Q0 и Q1. Если схема строится на базе D-триггеров, то для построение счётного триггера
достаточно на его информационный вход D подать инверсное состояние его выхода Q . Если схема строится на
базе JK-триггеров, то для построения счётного триггера необходимо на его информационные входы J и K подать уровень логической «1». Триггеры Q2 и Q3 работают в несчётном режиме, поэтому для их информационных входов составляем карты Карно.
На картах Карно отметим состояния, отсутствующие в рабочем цикле, чёрточками «–». Заметим также, что в наборах с номерами 1, 3, 5, 7, 9, 11 на тактовый вход триггеров Q2 и Q3 приходит неактивный фронт тактового сигнала, поэтому триггер физически не может изменить состояние на своём выходе. Поэтому на этих наборах в карте Карно ставим знак «×». В остальных клетках заполняем значения информационных входов, исходя из требуемых переходов (они отмечены дугами на рис.1) и характеристической таблицы (табл.1) для JK-триггера.
Таблица 1
Характеристическая таблица для JK-триггера
Qt |
→ Qt+1 |
J |
K |
0 |
0 |
0 |
× |
|
|
|
|
0 |
1 |
1 |
× |
|
|
|
|
1 |
0 |
× |
1 |
|
|
|
|
1 |
1 |
× |
0 |
|
|
|
|
|
C: = 1 → 0 |
|
|
|
|
|
|
Заполненные карты Карно показаны на рис.2.
Минимизируем значения функций алгебры логики J3, K3, J2, K2:
J2 = Q3;
K2 = 1;
J3 = Q2;
K3 = 1.
Перед построением схемы счётчика необходимо убедиться, что он является самовосстанавливающимся, т.е. счётчик за конечное число шагов должен войти в рабочий цикл, даже если он начинает счёт из состояния, непредусмотренного режимом работы. Для этого должны быть проанализированы состояния с «12» по «15». Анализ пояснён в табл.2 - 5. «Сч.р.» в таблицах означает «Счётный режим». Следует проверку начинать с
89
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
младшего разряда к старшему, т.е. от разряда Q0 к разряду Q3. Анализируя текущие состояния, таблица заполняется с правых столбцах к левым. Таким образом, получаем, что счётчик из состояния «15» (11112) перейдёт в состояние «14» (11102) и т.д. Результат проверки, оформленный в виде графа, приведён на рис.2, где в квадратах отмечены нерабочие состояния.
J2 |
1 |
K2 |
Q1 |
|
Q |
|
|
|
1 |
|
|
Q3 |
|
Q3 |
|
|
Q2 |
|
Q2 |
|
|
|
1 |
|
0 |
|
|
|
Q0 |
|
Q0 |
J |
|
K3 |
|
3 |
Q1 |
|
Q1 |
|
|
||
|
|
|
1 |
Q3 |
|
Q3 |
|
|
Q2 |
|
Q2 |
|
0 |
|
|
|
1 |
|
|
|
Q0 |
|
Q0 |
Рис.2. Карты Карно для триггеров, работающих в несчётном режиме
Таблица 2
Проверка выхода счётчика из нерабочего состояния «15»
|
|
|
Q3 |
Q2 |
Q1 |
|
Q0 |
|
|
||
|
Значение выхода до переключения |
1 |
|
1 |
|
1 |
1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тактовый импульс |
Нет |
Нет |
Нет |
|
Есть |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Состояние входов J, K |
× |
|
× |
|
× |
|
Сч. р. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значение выхода после переключения |
1 |
|
1 |
|
1 |
0 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проверка выхода счётчика из нерабочего состояния «14» |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q3 |
|
Q2 |
|
Q1 |
|
Q0 |
||
|
Значение выхода до переключения |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тактовый импульс |
|
Нет |
|
Нет |
|
Есть |
|
Есть |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Состояние входов J, K |
|
× |
|
× |
|
Сч. р. |
|
Сч. р. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значение выхода после переключения |
|
1 |
|
1 |
|
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4
90
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com