11

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического

приборостроения

Кафедра № 22 «Радиотехнических систем»

Методические указания по выполнению лабораторной работы

«Исследование последовательностных цифровых устройств»

(Реализация счетчиков и регистров с заданными характеристиками на базе триггеров и ИМС средней степени интеграции.)

2003 г.

Цель работы: ознакомление с функциональными особенностями

цифровых устройств последовательностного типа,

получение навыков синтеза счетчика с заданным

коэффициентом пересчета, моделирование получен-

ных результатов с помощью пакета программ

Electronics Workbench (EWB).

Задание на лабораторную работу.

Разработать на базе триггеров и ИМС средней степени интеграции счетчик требуемого типа с заданным коэффициентом пересчета.

Последовательностным цифровым устройством (ПЦУ) называется устройство, у которого состояние выходов в некоторый момент дискретного времени зависит не только от комбинаций сигналов на его входах в тот же момент времени, но и от состояния входов и выходов в предыдущий момент времени.

Все ПЦУ делятся на два основных класса:

1) Счетчики

a. По структуре: b. По направлению счета: - последовательные; - прямого счета

(суммирующие);

- параллельные; - обратного счета

(вычитающие);

- параллельно-последовательные. - с управляемым

направлением счета

(реверсивные).

Счетчики могут быть с естественным порядком счета и с требуемым порядком счета.

2) Регистры

1. Параллельные регистры (регистры хранения).

2. Последовательные регистры (регистры сдвига).

3. Параллельно-последовательные регистры с управляемым направлением сдвига (универсальные).

Элементарной структурной единицей всех ПЦУ является триггер,

который может находиться в одном из двух устойчивых состояний.

Основные виды используемых триггеров представлены в таблице 1.

Таблица 1.

СХЕМА	Условное графическое							Таблица истинности
	обозначение
									входы					выходы
								Режим	S			R		Q	_
								работы							Q
RS-триггер			S	T	Q			Запрещенное	1			1		-	-
(асинхронный)					_			состояние
			R		Q			Установка лог.0	0			1		0	1
								Установка лог.1	1			0		1	0
								Хранение	0			0		Q	_
															Q
									входы					выходы
								Режим	C		D	S	R	Q	_
								работы							Q
								Запрещенное	-		-	0	0	-	-
								состояние
D-триггер			S	T	Q			Асинхронная	-		-	1	0	0	1
(синхронный)			D					установка лог.0
			C		_			Асинхронная	-		-	0	1	1	0
			R		Q			установка лог.1
								Cинхронная			0	1	1	0	1
								установка лог.0
								Cинхронная			1	1	1	1	0
								установка лог.1
									входы					выходы
								Режим	C	J	K	S	R	Q	_
								работы							Q
								Запрещенное	-	-	-	0	0	-	-
								состояние
								Асинхронная	-	-	-	1	0	0	1
JK-триггер			S		Q			установка лог.0
(синхронный)			J	T				Асинхронная	-	-	-	0	1	0	1
			C					установка лог.1
			K		_			Хранение		0	0	1	1	Q	_
			R		Q										Q
								Cинхронная		0	1	1	1	0	1
								установка лог.0
								Cинхронная		1	0	1	1	1	0
								установка лог.1
								Переключение		1	1	1	1	_	Q
														Q

У словные обозначения:

0 -низкий уровень; 1-высокий уровень; - переход от низкого уровня к высокому; - переход от высокого уровня к низкому;

Алгоритм синтеза счетчика с заданным коэффициентом пересчета.

1) Составление таблицы состояний для заданного счетчика, выделив первый код лишнего и разрешенного состояния в зависимости от направления счета.

2) Разработка в соответствии с первым кодом лишнего состояния деши-фратора, выходы которого поступают в соответствии с первым кодом разрешенного состояния на входы предварительной установки триггеров, входящих в состав счетчика.

3) Реализация требуемого счётчика на базе триггеров и ИМС средней степени интеграции:

- синтез рабочей схемы при помощи пакета программ Electronics Workbench;

- синтез рабочей схемы на основе отечественных интегральных микросхем.

4) Анализ работы полученного устройства, выводы по полученным результатам.

Выполнение работы.

Схема заданного асинхронного четырёхразрядного двоичного счетчика на базе D-триггеров представлена на рис.1.

Необходимо разработать двух декадное цифровое устройство, выполня-ющее функции секундомера, поэтому работу желательно разделить на две части:

• реализация счетной декады младших разрядов с коэффициентом пересчёта десять;

• р еализация счетной декады старших разрядов с коэффициентом пересчёта шесть;

Рис.1 Рабочая схема асинхронного двоичного счетчика на базе D-триггеров.

Синтез счетной декады младших разрядов.

1.Составление таблицы состояния заданного двоичного счетчика.

Выделение кодовых комбинаций, соответствующих разрешенному состоянию.

Таблица 2.

16-код	Двоичное представление 16-го кода				Примечание
N	Q3	Q2	Q1	Q0
0	0	0	0	0	1-й код разрешенного состояния
1	0	0	0	1
2	0	0	1	0
3	0	0	1	1
4	0	1	0	0
5	0	1	0	1
6	0	1	1	0
7	0	1	1	1
8	1	0	0	0
9	1	0	0	1
A	1	0	1	0	1-й код запрещённого состояния
b	1	0	1	1
C	1	1	0	0
d	1	1	0	1
E	1	1	1	0
F	1	1	1	1

- разрешённые кодовые комбинации;

- запрещённые кодовые комбинации;

2. Разработка дешифратора.

Для дешифрации первого кода лишнего состояния необходимо разработать цифровое устройство, работа которого описывается выражением:

_ _

A=Q0*Q2*Q1*Q3

Для синтеза рабочей схемы дешифратора необходимы следующие КЦУ:

- три схемы НЕ (инверторы);

- схема 4И;

Рабочая схема дешифратора представлена на рис.2.

Рис.2 Рабочая схема синтезированного дешифратора.

3.1 Реализация счётной декады младших разрядов с помощью пакета

программ EWB.

Функциональная схема счетчика представлена на рис.3.

Р ис.3 Рабочая схема счётной декады младших разрядов.

Временные диаграммы сигналов для счётчика приведены на рис.4.

вход	C
	Q0
	Q1
выходы
	Q2
	Q3
Двоичный счёт		0000	0001		0010		0011		0100		0101		0110		0111		1000		1001		0000

Рис.4 Временная диаграмма полученного счётчика.

- граница одного полного цикла преобразованного счётчика.

3.2 Синтез рабочей схемы на основе отечественных интегральных

микросхем.

При выборе ИМС рекомендуется воспользоваться справочной литера-турой, список которой приведён в конце данного пособия.

Необходимо выбрать следующие ИМС и триггеры:

• три схемы НЕ (инверторы);

• схема 4И;

• четыре D-триггера;

Выбраны:

- схемы НЕ: микросхемы типа ЛН1, ЛН2, ЛН3, ЛН5 (графическое обозначение микросхем ЛН дано на рис.5.)

J1	1	1	2	Y1
J2	3	1	4	Y2
J3	5	1	6	Y3
J4	9	1	8	Y4
J5	11	1	10	Y5
J6	13	1	12	Y6
	14-питание
	7-общий

Рис.5 Условное обозначение и цоколевки микросхем типа ЛН.

- схема 4И: микросхемы типа ЛИ6 (графическое обозначение микросхем ЛИ дано на рис.6.)

A1	1
B1	2	&
			6	A1B1C1D1
C1	4
D1	5
A2	9
B2	10	&
			8	A2B2C2D2
C2	12
D2	13
	14-питание
	7-общий

Рис.6 Условное обозначение и цоколевки микросхем типа ЛИ.

- четыре схемы D-триггера: микросхемы типа ТМ2 (графическое обозначение триггеров ТМ2 дано на рис.7.)

R1	1	R		5	Q
			TT
D1	2	D
C1	3	C
S1	4	S		6	_
					Q
R2	13	R		9	Q
			TT
D2	12	D
C2	11	C
S2	10	S		8	_
					Q
	14-питание
	7-общий

Рис.7 Условное обозначение и цоколевки триггеров ТМ2.

Принципиальная схема счётной декады младших разрядов представлена на рис.8.

Q0

Q1

Q2

Q3

+U

DD1.1

DD2.1

1

&

DD1.2

1

DD3.1

DD3.2

DD3.3

DD3.4

R

R

R

R

TT

TT

TT

TT

D

D

D

D

C

C

C

C

C

S

S

S

S

Рис.8 Принципиальная схема счётной декады на основе отечественных ИМС.

3.3 Синтез рабочей схемы с использованием специальных ИМС.

Существуют специальные ИМС, которые заведомо выполняют необходи-мые нам операции. В нашем случае весьма хорошо подходят микросхемы типа ИЕ2 и ИЕ4. Цоколевка и условное графическое обозначение микро-схем типа ИЕ2 и ИЕ4 приведена на рис.9.

		ИЕ2
14	C1
		CT10						ИЕ4
1	C2		1	12		14	C1		1	12
								CT10
2	&		2	9		1	C2		2	11
3	R		4	8		6	&		4	9
6	&		8	11		7	R		8	8
7	R9					5-питание
						10-общий
5-питание						2,3,4,13-свободные
10-общий
4,13-свободные

Рис.9 Цоколевка и условное обозначение микросхем типа ИЕ2 и ИЕ4.

Принципиальная схема на базе выбранных специальных ИМС представлена на рис.10.

???

Рис.10 Принципиальная схема счётной декады на основе специальных ИМС.

4.Выводы по полученным результатам.

@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@