24205

ИССЛЕДОВАНИЕ СЧЕТЧИКОВ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Триггер может служить примером простейшего счетчика. Каждый из триггеров такой цепочки называют разрядом счетчика. Нулевое состояние всех триггеров принимается за нулевое состояние счетчика в целом. Число входных импульсов и состояние счетчика взаимно определены только для первого цикла.

Русский

2013-08-09

129.5 KB

73 чел.

Лабораторная работа № 12

исследование СЧЕТЧИКОВ

Цель работы: закрепить теоретические знания, полученные при изучении  счетчиков, исследовать их схемы.

Используемое оборудование и средства: персональный компьютер, программа Electronics Workbench.

Работа выполняется студентами за два часа аудиторных занятий.

Краткие теоретические сведения

Счетчиком называют устройство, сигналы на выходе которого отображают число импульсов, поступивших на счетный вход. Триггер может служить примером простейшего счетчика. Такой счетчик считает до двух. Счетчик, образованный цепочкой из т триггеров, может подсчитать в двоичном коде 2m импульсов. Каждый из триггеров такой цепочки называют разрядом счетчика. Число т определяет количество разрядов двоичного числа, которое может быть записано в счетчик. Число Ксч=2m называют коэффициентом (модулем) счета.

Информация снимается с прямых и (или) инверсных выходов всех триггеров. В паузах между входными импульсами триггеры сохраняют свои состояния, т.е счетчик запоминает число входных импульсов.

Нулевое состояние всех триггеров принимается за нулевое состояние счетчика в целом. Остальные состояния нумеруются по числу поступивших входных импульсов. Когда число входных импульсов Nвх>Kсч происходит переполнение, после чего счетчик возвращается в нулевое состояние и цикл повторяется. Коэффициент счета таким образом, характеризует число входных импульсов, необходимое для выполнения одного цикла и возвращения в исходное состояние. Число входных импульсов и состояние счетчика взаимно определены только для первого цикла.

После завершения каждого цикла на выходах последнего триггера возникают перепады напряжения. Это определяет второе назначение счетчиков: деление числа  входных импульсов. Если входные сигналы периодичны и следуют с частотой Fвых то частота выходных сигналов равна Fвых=Fвх/Kсч. В этом случае коэффициент счета называется коэффициентом деления и обозначается как Кдел.

У счетчика в режиме деления используется выходной сигнал только последнего триггера, промежуточные состояния остальных триггеров во внимание не принимаются. Всякий счетчик может быть использован как делитель частоты. Поэтому подобное устройство часто называют счетчиком-делителем. Такие делители имеют целочисленный коэффициент деления.

Символом счетчиков на схемах служат буквы СТ (от англ. counter — счетчик), после символа проставляют число, характеризующее модуль счета (например, 2 или 10 — СТ2, СТ10).

Основными эксплуатационными показателями счетчика являются емкость и быстродействие. Емкость счетчика, численно равная коэффициенту счета, равна числу импульсов за один цикл.

Быстродействие счетчика определяется двумя параметрами: разрешающей способностью Траз.сч и временем установки кода счетчика Туст. Под разрешающей способностью подразумевают минимальное время между двумя входными сигналами, в течение которого не возникают сбои в работе. Обратная величина Fмакс=l/Tpaз.сч называется максимальной частотой счета. Время установки кода Туст равно времени между моментом поступления входного сигнала и переходом счетчика в новое устойчивое состояние. Эти параметры зависят от быстродействия триггеров и способа их соединения между собой.

Введением дополнительных логических связей — обратных и прямых —'двоичные счетчики преобразуются в недвоичные. Наибольшее распространение получили десятичные (декадные) счетчики, работающие с Ксч,==10 в двоично-десятичном коде (двоичный — по коду счета, десятичный — по числу состояний).

Десятичные счетчики организуются из четырехразрядных двоичных счетчиков. Избыточные шесть состояний исключаются введением дополнительных связей. Возможны два варианта построения схем: счет циклически идет от 0000 до 1001 и исходным состоянием служит 0110B=6D; счет происходит до 1111В=15С (В, D — обозначения двоичного и десятичного чисел). Первый вариант на практике применяется чаще.

В суммирующем счетчике каждый входной импульс увеличивает на единицу число, записанное в счетчик, при этом перенос информации из одного разряда в другой, более старший, имеет место, когда происходит смена состояния 1 на 0.

Вычитающий счетчик действует обратным образом: двоичное число, хранящееся в счетчике, с каждым поступающим импульсом уменьшается на единицу. Переполнение вычитающего счетчика происходит после достижения им нулевого состояния. Перенос из младшего разряда в старший здесь имеет место при смене  состояния младшего разряда с 0 на 1.

Реверсивный счетчик может работать в качестве суммирующего и вычитающего. Эти счетчики имеют дополнительные входы для задания направления счета. Режим работы определяется управляющими сигналами на этих входах. В программе EWB такие счетчики представлены ИМС 74163 и 74169 (К155ИЕ18, ИЕ17).

Счетчики с последовательным переносом представляют собой цепочку триггеров, в которой импульсы, подлежащие счету, поступают на вход первого триггера, сигнал переноса передается последовательно от одного разряда к другому.

Счетчики с параллельным переносом состоят из синхронных триггеров. Счетные импульсы подаются одновременно на все тактовые входы, а каждый из триггеров цепочки служит по отношению к последующим только источником информационных сигналов. Срабатывание триггеров параллельного счетчика происходит синхронно, и задержка переключения всего счетчика равна задержке одного триггера. В таких счетчиках используются JK- и D-триггеры. В схемном отношении они сложнее счетчиков с последовательным переносом. Число разрядов у этих счетчиков обычно невелико (4...6), поскольку с повышением числа разрядов число внутренних логических связей быстро растет.

Счетчики-делители, оформленные как самостоятельные изделия, имеются в составе многих серий микросхем. Номенклатуру счетчиков отличает большое разнообразие. Многие из них обладают универсальными свойствами и позволяют управлять коэффициентом и направлением счета, вводить до начала цикла исходное число, прекращать счет по команде, наращивать число разрядов и т.п.

Порядок разработки устройств на базе счетчиков рассмотрим на примере цифровых часов, функциональная схема которых приведена на рис.1. Часы содержат три пары индикаторов для отображения часов, минут, секунд и два одиночных индикатора-разделителя. Индикаторы управляются от подсхем cont24 и cont60 с питанием от источника +5V. В качестве задающего генератора используется функциональный генератор, режимы работы которого показаны на рис. 2.

Блок cont60 представляет собой счетчик с коэффициентом счета Ксч=60, его функциональная схема показана на рис. 3. Блок содержит подсхему-счетчик cont6 (Ксч=6) и двоично-десятичный счетчик 74160 (К155ИЕ9). Микросхема К155ИЕ9 (74160) — декадный двоично-десятичный счетчик. Он запускается положительным перепадом тактового импульса и имеет синхронную загрузку (предварительную установку каждого триггера по входам А, В, С, D). Несколько счетчиков ИЕ9 образуют синхронный многодекадный счетчик. Сброс всех триггеров — асинхронный по общему входу сброса R (CLR').

Рис. 12.1.   Функциональная схема часов.

Рис. 12.2.   Панель функционального генератора в схеме часов.

Рис. 12.3. Функциональная схема счетчика cont60.

Счетчик ИЕ9 — полностью программируемый, поскольку на каждом из его выводов можно установить требуемый логический уровень. Такая предварительная установка происходит синхронно с перепадом тактового импульса и не зависит от того, какой уровень присутствует на входах разрешения счета СЕР (ENP) и СЕТ (ENT). Напряжение низкого уровня, поступившее на вход параллельной загрузки РЕ (LOAD`), останавливает счет и разрешает подготовленным на входах D0...D3 (А, В, С, D) данным загрузиться в счетчик в момент прихода следующего положительного перепада тактового импульса (от низкого к высокому уровню или при переходе от 0 к 1).

Сброс счетчика ИЕ9 — асинхронный. Если на общий вход сброса R поступило напряжение низкого уровня, на выходах всех четырех триггеров устанавливаются низкие уровни независимо от сигналов на входах С (CLK), РЕ, СЕТ и СЕР. Внутренняя схема ускоренного переноса необходима для синхронизации многодекадной цепи счетчиков ИЕ9. Специально для синхронного каскадирования микросхема имеет два входа разрешения: СЕР (параллельный) и СЕТ (вспомогательный, с условным названием "трюковый"), а также выход ТС (RCD — окончание счета).

Счетчик считает тактовые импульсы, если на обоих его входах СЕР и СЕТ напряжение высокого уровня. Вход СЕТ последующего счетчика получает разрешение счета в виде напряжения высокого уровня от выхода ТС предыдущего счетчика. Длительность высоких уровней (сигнала логической 1) на выходе ТС примерно соответствует длительности высокого уровня на выходе Q0 предыдущего счетчика.

Для счетчиков ИЕ9 не допускаются перепады от высокого уровня к низкому на входах СЕР и СЕТ, если на тактовом входе присутствует напряжение низкого уровня. Нельзя подавать положительный перепад на вход РЕ, если на тактовом входе присутствует напряжение низкого уровня, а на входах СЕР и СЕТ — высокого (во время перепада или перед ним). Сигналы на входах СЕР и СЕТ можно изменять, если на тактовом входе С присутствует напряжение низкого уровня. Когда на входе РЕ появляется высокий уровень, а входы СЕ неактивны (т.е. на СЕР и СЕТ — низкий уровень), то вместе с последующим положительным перепадом тактового импульса на выходах Q0...Q3 (QA, QB, QC, QD) появится код от входов D0...D3.

Подавая сигналы высокого уровня на входы СЕТ и СЕР при низком уровне сигнала на тактовом входе, получим на выходах наложение кодов загрузки и внутреннего счета. Если при низком уровне тактового сигнала на входы СЕТ, СЕР и РЕ поданы положительные перепады, нарастающие от низкого уровня к высокому, тактовый перепад изменит код на выходах Q0...Q3 на последующий.

Схема счетчика cont6 показана на рис. 4. Счетчик выполнен на трех JK-триггерах в счетном режиме (на J- и К-входы поданы сигналы 1). Для обеспечения коэффициента счета Ксч,=6 использована обратная связь на элементе И U2, который срабатывает при коде 110B=6D, при этом сигнал 1 с его выхода через элемент ИЛИ U1 поступает на R-входы триггеров, переводя их в нулевое состояние. Ко второму входу элемента U1 подключен вход R для подачи внешнего сигнала сброса. Поскольку для рассматриваемого счетчика и счетчика 74160 эти сигналы различны (для первого это 1, а для второго — 0), на входе R счетчика cont6 (рис. 3) включен инвертор. Схема счетчика часовых интервалов cont24 показана на рис. 5. Счетчик выполнен на двух ИМС 74160 и обеспечивает коэффициент Ксч=24.

Рис.  12.4. Функциональная схема счетчика cont6.

Рис. 12.5. Функциональная схема счетчика cont24.

Задание на подготовку к работе

  1.  Изучить принцип работы суммирующего счетчика.
  2.  Изучить принцип работы вычитающего счетчика.
  3.  Изучить принцип работы реверсивного счетчика.
  4.  Изучить порядок выполнения работы и подготовить необходимые схемы и таблицы.

Контрольные вопросы

  1.  Что такое счетчик?
  2.  Какого типа бывают счетчики?
  3.  Как создаются счетчики с коэффициентом счета, не кратным 2?
  4.  Как подразделяются счетчики по способу переноса информации между разрядами?

Порядок выполнения работы

1.   Исследование схемы счетчика, выполненного на трех JK-триггерах в счетном режиме.

        соберите схему, изображенную на рис.4.

переведите функциональный генератор в режим формирования прямоугольных импульсов.

установите параметры выходных импульсов генератора такими, как показано на рис.2.

включите схему и по показаниям индикатора определите коэффициент счета.

объясните назначение элемента U2 и при каком коде он срабатывает?

объясните каким образом триггеры счетчика переводятся в нулевое состояние.

  2.      Исследование схемы двоично-десятичного счетчика.

         соберите схему, изображенную на рис.5.

переведите функциональный генератор в режим формирования прямоугольных импульсов.

установите амплитуду и постоянную составляющую импульсов равными 2В, а частоту их следования установите с учетом того, что микросхемы 74160 представляют собой счетчики с коэффициентом счета Ксч = 60.

         включите схему и по показаниям индикаторов определите коэффициент счета.

         опишите порядок работы исследуемого счетчика.

Содержание отчета

  1.  Название и цель лабораторной работы.
  2.  Схемы исследуемых счетчиков.
  3.  Наименование каждого пункта исследования и полученные результаты (таблицы и

графики) по каждому пункту исследования.

  1.  Выводы по результатам исследований.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62685. Внеклассное занятие по математике в 3 классе «математический турнир» 75.54 KB
  Ключевые компетенции Здоровьесберегающая компетенция Профессиональная компетенция Общекультурная компетенция Коммуникативная компетенция Применяемые технологии Технология модульно-блочного структурирования содержания материала.
62689. Уменьшаемое, вычитаемое, разность 28.77 KB
  Надо помочь им дополнить их записи найти числа которые они не записали составить равенства и прочитать их. Рассмотрите рисунок подберите числа в окошки так чтобы полученные выражения соответствовали рисунку.
62690. Вычитание. Название компонентов и результата действия 20.04 KB
  Педагогические технологии: личностно-ориентированного обучения; объяснительно-иллюстративного обучения; словесной продуктивной и творческой деятельности; педагогика сотрудничества учебный диалог учебная дискуссия...
62691. Урок математики в классах КРО и ККО 26.39 KB
  Особенности урока математики обусловливаются специфическими особенностями учебного предмета его целями и задачами составом учащихся и общими задачами классов КРО и ККО. Уроки математики одновременно с вооружением учащихся математическими знаниями...
62692. Деление по содержанию и на равные части 20.71 KB
  Познакомить детей с делением по содержанию и на равные части; повторять действия сложения вычитания умножения. Вы заметили что мы с вами повторили 3 действия А сколько всего действий вы знаете А какое действие мы не назвали Правильно деление.