Лабораторна робота №12

Тема роботи: ДОСЛІДЖЕННЯ лічильників і регістрів

Мета роботи: дослідження принципів реалізації і застосування лічильників і регістрів

Матеріально –технічне забезпечення

1.ПК

2.Програмне забезпечення

3.Інструкція з виконання лабораторної роботи

Короткі теоретичні відомості

1. Визначення, основні параметри і класифікація лічильників

Лічильником називається послідовнісний пристрій, призначений для рахування вхідних імпульсів та фіксації їх числа в двійковому коді.

В цифрових схемах лічильники можуть виконувати наступні мікрооперації над кодовими числами:

1) встановлення в початковий стан(запис нульового коду);

2) запис вхідної інформації в паралельній формі;

3) зберігання інформації;

4) виведення інформації, що зберігається в паралельній формі;

5) інкремент – збільшення кодового числа (слова), що зберігається на одиницю;

6) декремент – зменшення кодового числа (слова), що зберігається на одиницю.

Основним статичним параметром лічильника є модуль рахунку М, який характеризує максимальну кількість імпульсів, після надходження яких лічильник встановлюється у початковий стан.

Основним динамічним параметром, що визначає швидкодію лічильника, є час встановлення вихідного коду t_k, який характеризує інтервал часу між моментом надходження вхідного сигналу і моментом встановлення нового коду на виході.

 Асинхронний двійковий складаючий лічильник

Асинхронний двійковий лічильник являє собою сукупність послідовно з'єднаних тригерів (D - або JK), кожний з яких асоціюється з бітом у двійковому представленні числа. Якщо в лічильникуm тригерів, то число можливих станів лічильника дорівнює 2^m, і, отже, модуль рахунку М також дорівнює 2^m.  Розглянемо двійковий складаючий  лічильник за модулем рахунку М=16, реалізований на базі JK-тригерів (ри. 23.1).

 

         Рисунок 1. – Структурна схема послідовного чотирьох розрядного лічильника на JK - тригерах

Як видно з рисунку, синхронізуючі входи всіх тригерів, крім крайнього лівого (Т1), з'єднані з виходами попередніх тригерів. Тому стан тригера змінюється у відповідь зі зміною стану попереднього тригера.

З таблиці переходів лічильника видно, що значення розряду в обраній позиції змінюється тоді, коли в сусідній праворуч позиції стан переходить із “1” в “0”, керування тригерами здійснюється заднім фронтом синхроімпульсів (від’ємним перепадом напруги імпульсу синхронізації).

Часова діаграма, що пояснюють роботу асинхронного складаючого лічильника наведені на мал. 2.

Рисунок 2. – Часова діаграма роботи асинхронного складаючого лічильника.

Лічильник зворотного рахунку (віднімаючий лічильники

На рисунку 3 наведена схема асинхронного трьохрозрядного двійкового віднімаючого лічильника, побудованого на базі D-тригерів. Відзначимо, що умови для зміни станів тригерів віднімаючих лічильників аналогічні умовам для складаючих лічильників з тією лише різницею, що вони повинні “опиратися” на значення інверсних, а не прямих виходів тригерів. Отже, розглянутий вище лічильник можна перетворити у віднімаючий, просто перемкнувши входи “С” тригерів з виходів Q на виходи  . Якщо в якості розрядних тригерів використовуються D-тригери, що синхронізуються переднім фронтом синхроімпульсів, то для одержання асинхронного віднімаючого лічильника входи “С” наступних тригерів з'єднуються із прямими виходами попередніх, як і в лічильнику прямого рахунку, побудованого на JK-тригерах.

Робота віднімаючого лічильника на D-тригерах наочно показана на рис. 3. Видно, що після нульового стану всіх тригерів, з надходженням першого синхроімпульсу вони встановлюються в стан “1”. Надходження другого синхроімпульсу призводить до зменшення цього числа на одну одиницю і т.д.

 

  Рисунок 3. –Структурна схема трьох розрядного віднімаючого лічильника на D-тригерах

Після надходження восьмого імпульсу, знову, всі тригери обнуляються і цикл рахунку повторюється, що відповідає модулю М=8.

 

 

         Рисунок 4. – Часова діаграма роботи трьох розрядного віднімаючого лічильника на D-тригерах

Реверсивні лічильники

У деяких випадках необхідно, щоб лічильник міг працювати як у прямому, так і в зворотному напрямку рахунку. Такі лічильники називаються реверсивними. Реверсивні лічильники можуть бути як асинхронного, так і синхронного типу. Вони будуються шляхом застосування логічних комутаторів (мультиплексорів) в ланцюгах зв'язку між тригерами. Так, наприклад, асинхронний реверсивний двійковий лічильник можна побудувати, якщо забезпечити подачу сигналів з прямого (при складанні) або з інверсного (при відніманні) виходу попереднього JK- або Т-триггера на рахунковий вхід наступного. У випадку, коли реверсивний лічильник будується на базі D-тригерів, керованих переднім фронтом, для одержання режиму прямого рахунку варто з'єднати інверсний вихід попереднього з рахунковим входом наступного тригера.

  Всі розглянуті типи лічильників можуть бути використані в цифрових пристроях “помірної” швидкодії, коли частота проходження синхроімпульсів не перевищує критичного значення, при якому час затримки встановлення тригерів останніх (старших) розрядів лічильника стає рівним із тривалістю періоду вхідних тактових імпульсів.

Регістри послідовної дії.

Реалізація регістрів зсуву. Принцип дії

Регістри зсуву. Регістри з послідовним прийомом або видачею інформації називаються регістрами зсуву.

 Регістри зсуву можуть виконувати функції зберігання та перетворення інформації. Вони можуть бути використані для побудови помножувачів і дільників чисел двійкової системи числення, тому що зсув двійкового числа ліворуч на один розряд відповідає множенню його на два, а зсув праворуч – поділенню на два.

Регістри зсуву широко використаються для виконання різних часових перетворень цифрової інформації: перетворення послідовної цифрової інформації в паралельний код або перетворення паралельного коду в послідовний.

Регістри зсуву звичайно реалізуються на D-тригерах або на RS-тригерах, де для введення інформації в перший розряд включається інвертор (перший розряд являє собою D-тригер).

На рисунку.5 наведені схеми 4-розрядних регістрів зсуву, реалізованих на D- і RS-тригерах, а часові діаграми, що пояснюють роботу регістра зсуву, наведені на рисунку6.

 

 

Рисунок5. – Схеми 4-розрядних регістрів зсуву, реалізованих на D-тригерах (а) і RS-тригерах (б).

 

Рисунок6– Часова діаграма регістра зсуву.

Порядок виконання роботи

1.Запустіть Electronics Workbench - Пуск; .

2. Підготуйте новий файл для роботи. Для цього необхідно виконати такі операції з меню:

File/New і File/Save as.

При виконанні операції Save as буде необхідно вказати ім'я файлу і каталог, у якому буде зберігатися схема. (Мої документи; Електроніка; гр. — .)

3. Розгляньте схему на рис. 7 і виконайте її моделювання.

- Перенесіть необхідні елементи з заданої схеми на робочу область Electronics Workbench.

Для цього необхідно вибрати розділ на панелі інструментів у якому знаходиться потрібний вам елемент, потім перенести його на робочу область.

- З'єднайте контакти елементів і розташуйте елементи в робочій області для одержання необхідної вам схеми.

Для з'єднання двох контактів необхідно клацнути на один з контактів лівою кнопкою миші і, невідпускаючи клавішу, довести курсор до другого контакту.

У разі потреби можна додати додаткові вузли (розгалуження).

Натисканням на елементі правою кнопкою миші можна одержати швидкий доступ до найпростіших операцій над положенням елементу, таким як обертання (rotate), розворот (flip), копіювання/вирізання (copy/cut), вставка (paste).

• Проставте необхідні номінали і властивості кожному елементу. Для цього потрібно двічі виконати подвійне натискування лівою кнопкою миші на зображенні елементу