Исследование реверсивного двоичного счётчика импульсов
изучение принципов работы электронных счётчиков импульсов с различными коэффициентами пересчета при помощи математического моделирования с использованием методов вычислительной техники. Принципы построения суммирующих, вычитающих и реверсивных счетчиков.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.04.2014 |
| Размер файла | 34,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Исследование реверсивного двоичного счётчика импульсов
Цель работы - изучение принципов построения и работы электронных счётчиков импульсов с различными коэффициентами пересчета при помощи математического моделирования с использованием средств и методов вычислительной техники.
1.1 Указания к организации самостоятельной работы
При подготовке к работе необходимо усвоить принцип действия JK -триггера, ознакомиться с принципами построения двоичного счетчика и счетчиков с другими коэффициентами пересчета, изучить работу дешифраторов и устройств индикации [1, с.232-247, 355,359; 2, с.164-174]. По справочнику определить основные параметры и характеристики современных микросхем триггеров, счетчиков, дешифраторов и индикаторов [3, с.86-105, 125]. Следует ознакомиться с особенностями моделирования триггерных схем и счетчиков в системе Electronics Workbench 5.0 [4, с. 239-247].
Триггеры. Дискретные счётчики строятся из двоичных ячеек - триггеров. В настоящее время в счетчиках используется большое разнообразие триггеров: RS-, T-, JK-, D-триггеры. Наиболее универсальными из перечисленных типов триггеров являются JK -триггеры. Счетчики с любым коэффициентом пересчёта выполняются на этих триггерах без каких-либо дополнительных элементов. Это обусловило широкое применение JК - триггеров в электронных счетчиках.
Работа JК- триггера описывается следующим логическим уравнением:
, (1.1)
где Qn, Кn, Jn - соответственно значения выходного сигнала и сигналов на входах К и J на данном такте;
Qn+1 - значение выходного сигнала на последующем такте.
По уравнению (1.1) можно построить таблицу состояний JK триггера для различных входных сигналов.
|
Qn |
Jn |
Kn |
Qn+1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
0 |
Из уравнения и таблицы видно, что JК- триггер не меняет своего состояния, если на входах J и К действуют нули, устанавливается в состояние "1", если на входе J действует "1", на входе К - "О", устанавливается в состояние "О", при наличии на входе J "нуля", а на входе К - "единицы, и, наконец, изменяет свое состояние на противоположное, если на обоих входах действуют единичные сигналы. Отсюда следует, что при воздействии сигналов в отдельности на входы J и К , JК - триггер аналогичен RS -триггеру, а при подаче сигналов одновременно на К, J - входы (т.е. при их объединении) работает как счетный триггер. Причем, переключение происходит по окончании сигнала. JК- триггеры, выпускаемые в микроисполнении, обычно имеют счетный вход, несколько J и К входов и два установочных входа. По счетному, J, K входам триггер управляется единичными сигналами, а по установочным - нулевыми. Например, сдвоенный ТТЛ JК - триггер типа К555ТВ6, имеет по одному счётному и по одному J, K, R -входу. Его параметры следующие: U0вых 0,4 В, U1вых 2,5 В, Краз=10, t1,0зр 10 нс, t0,1зр 10 нс, Рпот 2 мВт, f15 МГц.
Двоичные счетчики. Триггер со счётным входом делит частоту входных сигналов на два. Двоичный счётчик получают путём каскадного соединения триггеров. Частота выходных импульсов n- разрядного двоичного счётчика в 2n раз меньше частоты входных сигналов. При использовании JK- триггеров, а также других триггеров, выход Q (прямой) предыдущего триггера соединяют со счётным входом последующего. Если со счётными входами соединить не выходы Q, а инверсные выходы , считая по-прежнему выходами Q, то счётчик будет вычитающим.
Вводя специальные логические схемы между триггерами, можно осуществить в одном счётчике и суммирование и вычитание. Такой счётчик называется реверсивным.
Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета. В ряде случаев требуется при помощи бинарных ячеек построить счетчик, работающий в системе счисления с основанием, не равным целой степени числа 2. Особенно часто применяют десятичные счетчики, работающие в десятичной системе счисления. Для построения такого счетчика (одной декады) обычно используют четыре триггера. При этом возникает задача исключения лишних состояний четырехразрядного двоичного счетчика. Эта задача решается самыми различными способами, число которых весьма велико. Конечная цель этих способов - сброс счетчика в "ноль" по приходу десятого импульса.
По одному из способов второй и третий триггер после восьмого или девятого импульса принудительно устанавливаются в единичное состояние. При этом в счетчике будет записано двоичное число 1110 или 1111. Тогда в первом случае после поступлении еще двух, а во втором - одного импульса счетчик устанавливается "ноль". Названные способы связаны с некоторым неудобством при дешифрации двоичного кода.
Другие способы направлены на то, чтобы предотвратить срабатывание второго и третьего триггера при поступлении десятого импульса и сбросить в "ноль" первый и четвертый. Это достигается введением различных запрещающих и разрешающих обратных связей и созданием "обходных" путей. Конкретная реализация того или иного способа зависит от типа применяемых триггеров.
Рассмотрим работу десятичного счетчика на JК - триггерах, в котором реализуется последний способ исключении избыточных состояний (рис. 1). Пусть исходное состояние счетчика - нулевое. При поступлении на вход первых семи импульсов счетчик работает как двоичный. Сигналы, поступающие с выхода первого триггера Q1 на вход К четвертого триггера, до этого не меняют его состояния. После седьмого импульса состояние счетчика будет 0111, значит, на входах J,К четвертого триггера будут действовать "единицы". По приходу восьмого импульса первый, второй и третий триггеры переключаются в нулевое состояние. При этом четвертый триггер устанавливается в единичное состояние. На выходе Q4 устанавливается "ноль". Этот "ноль" подаётся на вход J второго триггера и запрещает его переключение по счётному входу. Девятый импульс переводит первый триггер в единичное состояние. На входе четвертого триггера при этом действует "0", а на входе К - "1". Десятый импульс переключает первый триггер в нулевое состояние и поэтому четвертый триггер также устанавливается в "ноль" (переключение J,K триггера происходит на заднем фронте сигнала). Так как переключение триггеров происходит с определенной задержкой, то к моменту установления на выходе Q4 единичного уровня на счетном входе второго триггера успевает установиться ноль и его состояние (нулевое) не меняется. Таким образом, счетчик в целом устанавливается в нулевое состояние. Аналогичным способом может быть построен счетчик и с другим коэффициентом пересчета, не равным 2.
Рисунок 1 Схема десятичного счетчика
Помимо указанных способов может быть применен способ, в котором используется самоустановка счётчика в определенное состояние, в частности, в ноль по поступлении на вход заданного количества импульсов. По этому способу сигналы с выходов триггеров подаются на схему И, а с ее выхода на входы "Установка нуля триггеров". При образовании комбинации выходных сигналов, определяемой заданным коэффициентом пересчёта, на выходе схемы И устанавливается уровень, который производит сброс счетчика. Например, чтобы получить коэффициент пересчета 10, сигналы с выходов Q4 и Q2 подают на входы схемы И. Для принудительной установки нуля счетчика (вручную) на один из входов схемы И подают единичный сигнал или просто размыкают контакт, соединяющий этот вход с "землей". Подобным образом можно получить и другие коэффициенты пересчета, руководствуясь таблицей состояний двоичного счетчика.
1.2 Описание лабораторной работы
В лабораторной работе исследуется функционирование реверсивного четырехразрядного счетчика с изменяемым коэффициентом пересчета на основе JK-триггеров, схема которого изображена на рис. 2.
Счетчик построен на синхронных JK-триггерах К555ТВ6 DD1-DD4 с асинхронным входом установки в "0" (вход R). Сигнал сброса подается от источника логической единицы +Vcc с помощью ключа К8, он автоматически замыкается в верхнее положение на время 1 мс в начале каждого запуска программы моделирования. Синхровходы всех триггеров объединены, на них с помощью ключа К2 подается входной сигнал уровня логической "1" от генератора логического сигнала G1 с частотой 1 Гц. Замыкание и размыкание ключа К2 осуществляется нажатием клавиши "Пробел" клавиатуры. На входы J и K первого триггера DD1 постоянно подан уровень логической "1", т. е. он работает в счетном режиме. На объединенные между собой J и K входы каждого последующего триггера (DD2-DD4) поступает сигнал с выхода предыдущего триггера. В данный момент времени переключаются только те триггеры, на J и K входах которых присутствует "1". Так, если текущее состояние выходов счетчика Q1 Q2 Q3 Q4 равно 1,0,1,0, то по приходу очередного входного сигнала переключается только DD1 и DD2. DD4 не переключится, т.к. на выходе DD7 присутствует "0", обусловленный логическим "0" с выхода DD6.
Переключение счетчика из режима суммирования в режим вычитания происходит с помощью ключа К1 и логических элементов DD5-DD113. Ключ К1 переключается из верхнего положения в нижнее при нажатии клавиши R клавиатуры. При подаче "1" на элемент DD5 (К1 в верхнем положении ) разрешена работа элементов И DD5, DD6 и DD7. К J и K входам триггеров подключаются прямые выходы предыдущих триггеров, счетчик работает в режиме суммирования. При этом работа элементов И, DD8, DD9, DD10 запрещена отсутствием уровня логической 1 от источника +Vcc. Если ключ К1 находится в нижнем положении, запрещается работа элементов DD5, DD6, DD7 и разрешается работа элементов DD8, DD9, DD10. На J и К входы триггеров через элементы ИЛИ (DD11 - DD13) поступают сигналы с инверсных выходов предыдущих триггеров. Счетчик работает в режиме вычитания.
Состояния разрядов счетчика (выходов триггеров) отображается индикаторами ЕL1 - ЕL4. Наличие уровня "1" на выходе триггера приводит к зажиганию соответствующего индикатора.
На элементе DD14 построена схема совпадения, которая с помощью ключей К3 - К6 позволяет изменять коэффициент пересчета счетчика. Коэффициент пересчета задается ключами К3 - К6 в двоичном коде. Например, если К3 и К5 замкнуты, то Кпер=5, если замкнуты К5 и К6 - Кпер=12 и т.д. В последнем случае к входам DD15 подключаются выходы Q3 и Q4. Когда на них появятся логические 1, сработает DD14, логическая 1 с его выхода поступит на R-входы всех триггеров, и они сбросятся в "0" (Q3=Q4="1" соответствует числу 12). Управление ключами К3-К6 осуществляется клавишами 1, 2, 4, 8 клавиатуры соответственно.
Число, хранящееся в счетчике, отображается с помощью индикатора HL1, который работает в шестнадцатеричной системе, т.е. число 10 индицируется как А, 11-как b, 12-как C, 13 -как d, 14-как E, 15-как F.
Индикаторы EL5 и EL6 играют вспомогательную роль и отображают наличие входного импульса и импульса сброса.
При верхних положениях ключей К3-К6 с помощью ключа К7 можно осуществлять ручной сброс всех триггеров (клавиша S клавиатуры).
Элемент DD15 играет вспомогательную роль, его наличие обусловлено особенностями программы моделирования EWB5.0.
1.3 Порядок выполнения работы
1. Вызвать программу EWB5.0. С помощью команды Open открыть файл со схемой лабораторного макета под именем Shetchic.ewb. Установить масштаб изображения таким, чтобы на схеме в достаточной степени были видны ее компоненты, надписи и переключатели. В случае необходимости использовать полосы прокрутки.
2. Исследовать суммирующий двоичный четырехразрядный счетчик. Для этого установить ключи К1, К3-К7 в верхнее положение, а ключ К2 - в нижнее положение. Запустить моделирование путем нажатия кнопки 0/1, расположенной в правом верхнем углу экрана. При этом на индикаторе появится 0 - начальное состояние счетчика. Нажимая клавишу "Пробел", получить все состояния счетчика от нуля до 15. Записать полученные данные в таблицу, столбцами которой являются: Q1, Q2, Q3, Q4, показания HL1. Состояние выхода триггера единичное, если соответствующий индикатор ЕL горит. Определить коэффициент пересчета такого счетчика.
3. Исследовать вычитающий двоичный четырехразрядный счетчик. Для этого перевести ключ К1 из верхнего положения в нижнее. Запустить моделирование. Пронаблюдать за изменением показаний индикатора HL1. Определить коэффициент пересчета такого счетчика. Сделать выводы.
4. Исследовать реверсивный режим двоичного счетчика. Включить счетчик в режиме суммирования. Не дожидаясь, когда индикатор сбросится в 0, переведите клавишей R счетчик в режим вычитания, а затем наоборот. Запишите полученные показания индикатора и поставьте им в соответствие двоичный код выходов триггеров.
5. Исследовать суммирующий счетчик с произвольным коэффициентом пересчета. Для этого при замкнутом состоянии ключа К7 путем переключения соответствующих ключей К3-К6 в нижнее положение установить 3 различных коэффициента пересчета. Полученные данные занести в таблицу, аналогичную п. 2. Проследить за поведением индикатора EL6.
6. Исследовать вычитающий счетчик с произвольным коэффициентом пересчета. Для этого перевести счетчик в двоичный режим суммирования и остановить его, разомкнув ключ К2, когда на индикаторе появится число 9. Не выключая клавишу моделирования 0/1 перевести счетчик в режим вычитания, замкнуть ключ К7, установить ключ К5 в нижнее положение (соответствующее коэффициенту пересчета, равному 4) и замкнуть ключ К2. Записать полученные данные и объяснить их. Затем в любом режиме установить на индикаторе число 7. Не выключая клавишу моделирования установить режим вычитания, замкнуть ключ К7, установить ключ К6 в нижнее положение (соответствующее коэффициенту пересчета, равному 8) и замкнуть ключ К2. Записать полученные данные и дать им объяснение. Установить с самого начала режим вычитания с произвольным коэффициентом пересчета и включить моделирование. Убедиться в том, что показания индикатора HL1 остаются нулевыми, несмотря на наличие входного сигнала (индикатор EL5 "мигает"). Объяснить полученный результат.
7. Изменяя частоту входного сигнала, найти такое ее значение, при котором счетчик перестает нормально функционировать. Объяснить полученный результат.
1.4 Содержание отчета
В отчете должна содержаться схема исследуемого счетчика, таблицы состояний в режимах суммирования, вычитания и реверса; результаты исследования счетчика в режиме вычитания с произвольным коэффициентом пересчета, анализ полученных результатов; значение предельной частоты входного сигнала; выводы по работе в целом.
1.5 Контрольные вопросы и задания
электронный счетчик импульс реверсивный
1. Какие типы триггеров могут быть использованы в счетчиках и почему?
2. Назовите параметры и характеристики счетчиков.
3. Охарактеризуйте основные типы счетчиков (суммирующие, вычитающие, реверсивные, кольцевые, синхронные, асинхронные, двоичные, двоично-десятичные и др.).
4. Каковы принципы построения суммирующих, вычитающих и реверсивных счетчиков?
5. Приведите примеры современных интегральных схем счетчиков, выполненных по различным технологиям (ТТЛ, ЭСЛ, на полевых транзисторах). Назовите их электрические параметры и характеристики.
6. В каких устройствах применяются счетчики?
Список литературы
1. Ю.Н. Ерофеев. Импульсная техника. - Москва: Высшая школа. 1984. -391 с.
2. В.С. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. -Ленинград: Энергоатомиздат. 1988. - 304 с.
3. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/М.И. Богданович, И.Н. Грель, С.А. Дубина и др.- Минск: Беларусь, Полымя. 1996.- 605 с.
4. В.И. Карлащук . Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. -Москва: "Солон-Р". 1999.- 506 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Предназначение цифровой электронной техники и ее развитие. Принцип действия и классификация счётчиков, разработка принципиальной схемы. Составление структурной и функциональной схемы счётчика. Характеристика простейших одноразрядных счетчиков импульсов.
курсовая работа [409,9 K], добавлен 26.05.2010Классификация счётчиков электронных импульсов. Составление таблицы функционирования счетчика, карт Карно, функций управления входов для триггеров. Выбор типа логики, разработка принципиальной схемы и блока индикации, временная диаграмма работы счётчика.
контрольная работа [130,9 K], добавлен 10.01.2015Принципы и основы работы счётчиков и сумматоров. Классификация приборов, конструктивные особенности. Основы работы в среде Multisim. Схемотехническое моделирование работы и конструкции счетчиков и сумматоров на базе триггеров и интегральных микросхем.
курсовая работа [445,8 K], добавлен 07.02.2016Синтез распределителя импульсов на двух вариантах триггеров с выбором наилучшего из них по критерию "минимум аппаратных затрат". Построение схемы обнуления по включению питания. Расчет генератора тактовых импульсов. Построение временных диаграмм работы.
автореферат [279,5 K], добавлен 09.06.2013Принципиальная схема генератора пачек импульсов и перечень его элементов, разработка алгоритма и программы функционирования. Обзор архитектуры AT90S2313 и система его команд. Моделирование работы генератора пачек импульсов с помощью Visual Micro Lab.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 06.06.2011Способы определения дифференциальных параметров транзисторов. Этапы расчета параметров эквивалентной схемы биполярного транзистора. Особенности разработки принципиальных электрических схем параллельного и последовательного суммирующих счетчиков.
контрольная работа [736,4 K], добавлен 28.03.2013Общая характеристика работы лазеров. Рассмотрение импульсного "режима свободной генерации", генерации "пичков". Подробное изучение методов получения коротких мощных импульсов излучения лазера с использованием режима модуляции добротности резонатора.
реферат [123,4 K], добавлен 21.08.2015Изучение схемотехники и функционирования биквадратурного генератора прямоугольных импульсов. Вычисление значения частот на выходах микросхемы. Определение назначения резисторов. Применение генератора при создании синхронных фильтров частотных сигналов.
лабораторная работа [310,0 K], добавлен 18.06.2015Преобразование энергии источника постоянного тока в энергию электрических колебаний при помощи релаксационных генераторов. Устройство автоколебательного мультивибратора на дискретных компонентах. Выбор структурной схемы генератора прямоугольных импульсов.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 14.06.2011Современные тенденции развития источников сверхкоротких электромагнитных импульсов. Исследование электромагнитной обстановки в помещении, ее моделирование при воздействии сверхкоротких электромагнитных импульсов на цифровые электронные средства.
дипломная работа [3,1 M], добавлен 13.05.2012Блок нормирования импульса запуска. Цифровой программируемый ждущий мультивибратор. Блоки настройки и индикации. Формирование последовательности импульсов заданной частоты. Подача стартового импульса. Схема устранения влияния вибрации контактов.
курсовая работа [986,4 K], добавлен 09.02.2013Изучение свойств спектрального анализа периодических сигналов в системе компьютерного моделирования. Проведение научных исследований и использование измерительных приборов. Изучение последовательности импульсов при прохождении через интегрирующую RC-цепь.
лабораторная работа [2,8 M], добавлен 31.01.2015Интегральная микроэлектроника как элементная база дискретной техники. Применение биполярных и полевых транзисторов в качестве активных элементов цифровых микросхем. Выбор и обоснование структурной схемы суммирующего двоично-десятичного счетчика импульсов.
курсовая работа [702,9 K], добавлен 04.06.2010Виды счетчиков - последовательных устройств для счета входных импульсов и фиксации их числа в двоичном коде, их статические и динамические параметры. Схемотехническое моделирования TV-триггера, инвертора и буфера. Динамические характеристики вентилей.
курсовая работа [5,4 M], добавлен 04.02.2011Разработка преобразователя двоичного кода на базе элементов 2И и его расчет с простым инвертором по максимальным значениям входного и выходного тока для уровня логического нуля. Построение двоичного счётчика со схемой гашения на базе синхронного триггера.
курсовая работа [753,2 K], добавлен 26.02.2013Проектирование формирователя "пачки" импульсов. Исходные данные к проектированию, анализ задачи, общая схема алгоритма работы устройства, его функциональная и принципиальная схемы, основные параметры. Оценка потребляемой мощности и аппаратных затрат.
курсовая работа [852,3 K], добавлен 24.06.2013Построение генератора прямоугольных импульсов с видом характеристики типа "меандр". Амплитуда сигнала стандартная для транзисторно-транзисторной логики. Функциональная схема устройства: описание ее работы, выбор элементов и расчет их параметров.
курсовая работа [72,8 K], добавлен 12.07.2009Основные преимущества цифровых систем связи по сравнению с аналоговыми. Принципы работы дискретных устройств, особенности их построения. Устройство генератора импульсов, синтез счетчика, мультиплексора и дешифратора. Разработка асинхронного автомата.
курсовая работа [552,1 K], добавлен 21.11.2012Изучение структуры и алгоритмов работы асинхронных и синхронных триггеров. Суммирующие и вычитающие счетчики. Изменение коэффициента пересчета счетчиков. Временные диаграммы работы суммирующего счетчика. Логические сигналы на прямом и инверсном выходах.
лабораторная работа [614,9 K], добавлен 20.06.2011Сенсорное выключение паяльника при работе с КМОП-микросхемами. Цифровой термостабилизатор воды в сосуде. Детектор скрытой проводки. Генератор прямоугольных импульсов. Принципиальная схема генератора управляющих импульсов.
статья [379,8 K], добавлен 12.03.2007
