6019

Синтез та дослідження роботи лічильників на основі тригерів

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Мета роботи: вивчення принципів побудови лічильників і лічильних схем, виконаних на основі тригерних інтегральних мікросхемах. У процесі виконання роботи студенти оволодівають практичними навиками побудови підсумовуючих, віднімаючих і реверсивних лічильних схем...

Украинкский

2012-12-27

13.15 MB

70 чел.

Синтез та дослідження роботи лічильників на основі тригерів

Мета роботи: вивчення принципів побудови лічильників і лічильних схем, виконаних на основі тригерних інтегральних мікросхемах. У процесі виконання роботи студенти оволодівають практичними навиками побудови підсумовуючих, віднімаючих і реверсивних лічильних схем з натуральним порядком лічби на основі D-тригерів і JK-тригерів і збирають різні лічильні схеми, досліджують їхню працездатність на основі К155ТМ2 і К155ТВ1, заповнюють таблиці станів лічильника, знімають осцилограми з виходів лічильника. Проведення досліжень може здійснюватися на стенді «Схемотехнік» або засобами моделюючого середовища EWB.

1. Загальні положення.

Однією з найпоширеніших операцій, що виконуються в обчислювальних пристроях цифрової обробки інформації, є підрахунок числа сигналів. Вузол обчислювальних пристроїв, який призначений для підрахунку числа вхідних сигналів, називається лічильником. Класифікують лічильники за системою числення, за операцією, яка реалізуються, за організацією ланцюгів переносу та за іншими ознаками [1].

Основою будь-якого лічильника служить лінійка з декількох тригерів. Різні варіанти лічильників відрізняються схемами керування цими тригерами. Між тригерами додаються логічні зв'язки, призначення яких заборонити проходження в циклі підрахунку "зайвих" імпульсів.

До основних параметрів лічильника відносяться:

Кмодуль лічби або коефіцієнт перерахунку лічильника;

Nємність лічильника;

fmax —максимальна частота надходження вхідних сигналів;

tb —час встановлення лічильника.

Для лічильників, які спрацьовують по рівню тактового сигналу, tb характеризує максимальний часовий інтервал між моментом надходження лічильного сигналу й моментом установлення коду лічильника. Для лічильників, які працюють у режимі з внутрішньою затримкою, tb визначається максимальним часом між моментом закінчення лічильного сигналу й моментом встановлення коду лічильника. Максимальний час встановлення лічильника tb max (із стану 11... 1 в стан 00...0) буде залежати від організації переносу. Параметри fmax, і tb max визначають швидкодію лічильника.

1Л Лічильники зі звичайним порядком лічби.

Простий лічильникце один тригер з лічильним входом (Т-тригер), який здійснює підрахунок і зберігання результату підрахунку не більше двох сигналів. З'єднавши декілька лічильних тригерів певним чином, дістанемо схему багаторозрядного лічильника. При цьому кожен тригер ділить частоту вхідних імпульсів на 2, тобто є подільником частоти на 2. У складі сучасних серій лічильних мікросхем для побудови лічильників знайшли широке застосування D-тригери та JK-тригери, які попередньо переводяться в режим роботи Т-тригера.

1.1.1 Для переведення D-тригера в режим роботи в якості Т-тригера: його інверсний Q- вихід з'єднують з D-входом і при цьому синхронний С-вхід стає Т-входом з імпульсним прямим лічильним входом '['(спрацювання тригера здійснюється за додатним перепадом з 0 до 1).

Підсумовуючий асинхронний лічильник на D-тригерах отримаємо, якщо інверсний Q- вихід попереднього тригера з'єднати з С-входом наступного тригера (рис.1). Асинхронний в таких схемах означає послідовний або, іншим словом, послідовний наскрізний перенос між розрядами, відповідно швидкодія спрацювання одного такту рахунку буде визначатися сумарною затримкою сигналу на всіх розрядах лічильника).

Для переведення D-тригера в режим роботи в якості Т-тригера: - його інверсний Q-вихід з'єднують з D входом і при цьому синхронний С-вхід стає Т-входом з імпульсним прямим

ЛІЧИЛЬНИМ ВХОДОМ (І) .

Підсумовуючий асинхронний (з послідовним переносом) лічильник на D-тригерах отримаємо, якщо інверсний Q-вихід попереднього тригера з'єднати з С-входом наступного тригера (рис.1). У віднімаючому лічильнику прямий Q-вихід попереднього тригера з'єднати з С-входом наступного тригера (рис.2).

Реверсивний асинхронний (з послідовним переносом) лічильник на D-тригерах отримаємо, якщо прямі Q-виходи та інверсні Q-виходи попереднього тригера з'єднати з С- входом наступного тригера через керовані схеми збігу (рис.З).

  1.  Дослідження асинхронного 4-розрядного підсумовуючого лічильника на основі D-тригерів (мікросхеми К155ТМ2)
  2.  Встановити відповідне підключення на стенді (на основі рис.1).
  3.  Дослідити асинхронний 4-розрядний підсумовуючий лічильник. Замалювати схеми, часові діаграми і таблиці станів.
  4.  Дослідження асинхронного 4-розрядного віднімаючого лічильника на основі D- тригерів (мікросхеми К155ТМ2)
  5.  Встановити відповідне підключення на стенді (на основі рис.2).
  6.  Дослідити асинхронний 4-розрядний віднімаючий лічильник. Замалювати схеми, часові діаграми і таблиці станів.
  7.  Дослідження асинхронного 3-розрядного реверсивного лічильника на основі мікросхеми К155ТМ2
  8.  Встановити відповідне підключення на стенді (рис.З).
  9.  Дослідити реверсивний лічильник. Переконатися, що часові діаграми і таблиці станів відповідають наведеним на рис.З.

2.2 Дослідження лічильників на основі JK-тригерів (мікросхема К155ТВ1)

Мікросхема К155ТВ1 (рис. 6) - це один JK-тригер.

Рис. 2 Мікросхема К155ТВ1 (один JK-тригер):

а) - функціональна схема JK-тригера K155ТВ1;

б) - зовнішній вигляд IMC K155JIA3, К155ТМ2 і К155ТВ1 і нумерація їх виводів.

Для переведення JK-тригера в режим роботи в якості Т-тригера, - всі його J (Jl, J2, J3) і К (К1, К2, КЗ) входи під'єднують до живлення мікросхеми +Еж ( до логічної одиниці ) і при цьому синхронний С-вхід стає Т-входом з імпульсним інверсним лічильним входом (спрацювання тригера здійснюється за від'ємним перепадом з 1 до 0 -

При побудові підсумовуючого асинхронного лічильника на JK-тригерах необхідно з'єднати прямий Q-вихід попереднього тригера з С-входом наступного тригера. Часові діаграми роботи 4-розрядного асинхронного підсумовуючого лічильника на JK-тригерах з імпульсним інверсним лічильним С-входом відповідають синхронному, які приведені на рис.4г.

При побудові віднімаючого асинхронного лічильника на JK-тригерах необхідно з'єднати інверсний Q-вихід попереднього тригера з С-входом наступного тригера.

При побудові синхронних лічильників на JK-тригерах необхідно забезпечити паралельний перенос, який легко реалізується на JK-тригерах ( рис. 4 ), що мають по декілька J- та К-входів, з'єднаних знаком логічного множення &. Синхронний в таких схемах означає, що С-входи всіх тригерів запаралелені, і відповідно швидкодія спрацювання одиничного рахунку буде визначатися затримкою сигналу на одному тригері (розряді) лічильника.

  1.  Дослідження асинхронного 4-розрядного підсумовуючого лічильника на основі JK-тригерів (мікросхеми К155ТВ1)
  2.  Встановити відповідне підключення на стенді.
  3.  Дослідити асинхронний 4-розрядний підсумовуючий лічильник . Переконатися, що часові діаграми і таблиці станів відповідають наведеним на рис.4.
  4.  Дослідження синхронного 4-розрядного підсумовуючого лічильника на основі JK-тригерів (мікросхеми К155ТВ1)
  5.  Встановити відповідне підключення на стенді.
  6.  Дослідити асинхронний 4-розрядний підсумовуючий лічильник. Переконатися, що часові діаграми і таблиці станів відповідають наведеним на рис.4.

Рис. 4. Синхронний підсумовуючий 4-розрядний лічильник з паралельним переносом на JK-тригерах:

а) схема на JK-тригерах з одним J і К входом і додатковими логічними схемами збігу;

б) схема на JK-тригерах з трьома J і К входами;

в) таблиця станів схеми на JK-тригерах з трьома J і К входами;

г) часові діаграми схеми на JK-тригерів з трьома J і К входами.

Розглянуті лічильники мають коефіцієнт перерахунку К=2", де пчисло розрядів лічильника. Але на практиці часто виникає необхідність у лічильниках, коефіцієнт перерахунку яких відмінний від 2". Принцип побудови таких лічильників передбачає виключення "зайвих" стійких станів в лічильника з К=2", тобто в організації схем, які забороняють (виключають) деякі стани. Число заборонених станів М=(2") - К.

В залежності від того, які стани лічильника вибираються робочими, усі лічильники з довільним коефіцієнтом переліку можна розділити на лічильники з довільним або звичайним порядком лічби.

Розглянемо спосіб побудови лічильника із звичайним порядком лічби. У таких лічильниках зменшення числа стійких станів досягається за рахунок скидання його в нульовий стан при запису заданого числа сигналів. До лічильника додається логічний пристрій, який перевіряє умову: "код на лічильнику відображає число рівне К", і в залежності від результату перевірки направляє вхідний сигнал або в шину "встановлення 0" або на підсумування до записаного коду. Ця умова може бути перевірена n-вхідною схемою "І", зв'язаною з прямими виходами тих тригерів, які при запису в лічильнику числа К повинні знаходитись в стані "1". В якості n-вхідної схеми "І" використовують вбудовані n-вхідні схеми "І" входу R лічильника, наприклад, 2-вхідна схеми "І" - входи R1 і R2 лічильника К155ИЕ5.

1.2 Лічильники з довільним порядком лічби.

У практиці проектування лічильних схем з Кф2 часто застосовується принцип організації лічби на основі лічильників з К=2П+1, тобто на лічильниках, які дозволяють збільшити модуль рахунку на одиницю. Для побудови такого лічильника необхідний модуль рахунку треба представити у вигляді добутку співмножників (груп), кожний з яких складається з чисел степеня 2 і додаткових одиниць. Наприклад, 9=(2+1)(2+1) 10=(2+1)2=(4+1)2, 11=2(4+1), 12=4(2+1), 13=4(2+1)+! , 14=2x2(2+1)+!, 15=(2+1)(4+1).

 

2. Проведення експериментальних досліджень.

2.1 Дослідження лічильників на основі D-тригерів (мікросхема К155ТМ2)

Структурна і функціональна схема К155ТМ2 приведена на рис.5.

Рис. 5 Мікросхема К155ТМ2 (два D-тригери):

а) - структурна схема одного D-тригера К155ТМ2; б) - функціональна схема К155ТМ2;

DD 1.1, DDI.2

Рис. 1. Асинхронний підсумовуючий 3-розрядний лічильник на D-тригерах.

У віднімаючому асинхронному лічильнику на D-тригерах прямий Q-вихід попереднього тригера з'єднують з С-входом наступного тригера (рис.2).

Рис. 2. Асинхронний віднімаючий 3-розрядний лічильник на D-тригерах.

Реверсивні лічильники підраховують число імпульсів як у прямому, так і у зворотному напрямках. Для побудови реверсивних лічильників необхідно передбачити схеми, які пропускають сигнали на входи наступних тригерів або з інверсних Q, або з прямих Q-виходів попередніх тригерів (рис.З).

Рис. 3. Асинхронний реверсивний 3-розрядний лічильник на D-тригерах.

1.1.2 Для переведення двоступеневого JK-тригера в режим роботи в якості Т-тригера: його J і К входи під'єднують до живлення мікросхеми +Еж (до логічної одиниці) і при цьому синхронний С-вхід стає Т-входом з імпульсним інверсним лічильним входом І (спрацювання тригера на виході здійснюється за від'ємним перепадом з 1 до 0).

При побудові підсумовуючого асинхронного лічильника на JK-тригерах необхідно з'єднати прямий Q-вихід попереднього тригера з С-входом наступного тригера. Часові діаграми роботи 4-розрядного асинхронного підсумовуючого лічильника на JK-тригерах з імпульсним інверсним лічильним входом І відповідають синхронному, які приведені на рис.4г.

У віднімаючого асинхронного лічильника на JK-тригерах необхідно з'єднати інверсний Q-вихід попереднього тригера з С-входом наступного тригера. Асинхронні реверсивні послідовні лічильники на JK-тригерах будуються аналогічно до реверсивних лічильників на D- тригерах.

Асинхронні (з послідовним наскрізним переносом) схеми лічильників мають низьку швидкість. Час встановлення таких лічильників рівний сумі часу встановлення всіх тригерів (розрядів) лічильника.

Збільшення швидкодії можна досягти шляхом зменшення часу розповсюдження переносу, використовуючи лічильники з паралельними або груповими переносами (такі лічильники називають синхронними).

При груповому переносі багаторозрядний лічильник розбивають на декілька груп. У середині кожної групи організується паралельний перенос, а між групами послідовний перенос. Реалізація лічильників з паралельним переносом на одноступеневих D-тригерах потребує значних додаткових апаратурних затрат і, відповідно, призводить до ускладнення схеми.

Паралельний перенос легко реалізується на двоступеневих JK-тригерах, оскільки нема необхідності попередньо їх переводити в режим Т-тригера. За допомогою схем збігу є можливість переводити JK-тригери в режим лічби тільки тоді, коли прямі Q-виходи (для додавання) або інверсні Q-виходи (для віднімання) попередніх молодших розрядів рівні логічній 1. В іншому випадку (J=K=0 - пам'ять) є режим блокування лічби. С-входи всіх тригерів запаралелені і відповідні тригери спрацьовують одночасно, тому тривалість одиниці рахунку буде визначатися затримкою сигналу на одному тригері (розряді) лічильника (рис.4а). Окремі мікросхеми двоступеневих JK-тригерів мають внутрішні схеми збігу (знаком логічного множення & з'єднані окремо декілька J-входів і окремо декілька К-входів. (рис. 46)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29342. Воспроизведение тонового изображения 46 KB
  Это оригиналы представленные в виде цифровых изображений изготовленных цифровым способом: с помощью цифровых фотокамер методом сканирования. Эта обработка в основном соответствует той обработке в которой нуждаются оригиналы первого класса в системах цифровой обработки. Традиционные оригиналы представляют собой оригиналы аналогового типа в отличие от оригиналов второго класса которые всегда имеют дискретизацию двух видов: в пространстве и по уровню.
29343. Требования к точности для разных классификаций оригиналов 44 KB
  Однако в случае невозможности создания колометрически точного воспроизведения возможно 2 пути решения: 1 формирование колометрически точного воспроизведения большинства цветов изображения и сведения к максимальному приближению тех цветов которые находятся вне цветового охвата. В случае воспроизведения изображения для каталогов цвета чаще всего не являются насыщенными и входят в цветовой охват и задачей является точное воспроизведение необходимых цветов возможно даже за счет искажения цветов окружающих предметов. Ко второму классу...
29344. Special Literary Vocabulary 24.36 KB
  A term unlike other words directs the mind to the essential quality of the thing phenomenon or action as seen by the scientist in the light of his own conceptualization. With the increase of general education and the expansion of technique to satisfy the evergrowing needs and desires of mankind many words that were once terms have gradually lost their quality as terms and have passed into the common literary or even neutral vocabulary. Such words as 'radio' 'television' and the like have long been incommon use and their terminological...
29345. Special Colloquial Vocabulary 22.56 KB
  The first thing that strikes the scholar is the fact that no other European language has singled out a special layer of vocabulary and named it slang though all of them distinguish such groups of words as jargon cant and the like. Webster's Third New International Dictionary gives the following meanings of the term: Slang [origin unknown] 1: language peculiar to a particular group: as a: the special and often secret vocabulary used by class as thieves beggars; b: the jargon used by or associated with a particular trade profession or...
29346. Phonetic Expressive Means and Stylistic Devices 18.9 KB
  This is the way a word a phrase or a sentence sounds. The sound of most words taken separately will have little or no aesthetic value. The way a separate word sounds may produce a certain euphonic impression but this is a matter of individual perception and feeling and therefore subjective. In poetry we cannot help feeling that the arrangement of sounds carries a definite aesthetic function.
29347. Lexical Expressive Means and Stylistic Devices 21.57 KB
  By being forcibly linked together the elements acquire a slight modification of meaning. The elevated ancestors simile unhallowed disturb in the now obsolete meaning of tear to pieces are put alongside the colloquial contraction the Country's the country is and the colloquial done for. Interaction of different of different types of lexical meaning Words in context as has been pointed out may acquire additional lexical meanings not fixed in dictionaries what we have called contextual meanings. The latter may sometimes deviate from...
29348. Interaction of primary and derivative logical meanings. Stylistic Devices Based on Polysemantic Effect, Zeugma and Pun 23.92 KB
  Epithet is a stylistic device based on the interplay of emotive and logical meanings in an attributive word emotionally colored attitude of the speaker to the object he describes. 1 refer the mind to the concept due to some quality of the object it is attached to. 2 attributes used to characterize the object by adding a feature unexpected in it. One of the two members of oxymoron illuminates the feature observed while the other one offers a purely subjective individual perception of the object.
29349. Syntactical expressive means and stylistic devices 23.95 KB
  Its expressive effect may be based on the absence of logically required components of speech parts of the sentence formal words or on the other hand on a superabundance of components of speech; they may be founded on an unusual order of components of speech the change of meaning of syntactical constructions and other phenomena. The object is placed at the beginning of the sentence: Talent Mr. The adverbial modifier is placed at the beginning of the sentence: My dearest daughter at your feet I fall. However in modern English and American...
29350. Particular ways of combining parts of the utterance 16.65 KB
  Particular ways of combining parts of the utterance Asyndeton Asyndeton that is connection between parts of a sentence or between sentences without any formal sign becomes a stylistic device if there is a deliberate omission of the connective where it is generally expected to be according to the norms of the literary language. Polysyndeton Polysyndeton is the stylistic device of connecting sentences or phrases or syntagms or words by using connectives mostly conjunctions and prepositions before each component part as in: The heaviest...