Лабораторна робота №14-15
1. Вивчити структури і досліджувати роботи підсумовують і віднімають лічильників.
2. Вивчити способи зміни коефіцієнта перерахунку лічильників.
3. Дослідити роботи лічильників з коефіцієнтом перерахунку, відмінним від 2.
Лічильник - пристрій для підрахунку числа вхідних імпульсів. Число, яке надається станом його виходів по фронту кожного вхідного імпульсу, змінюється на одиницю. Лічильник можна реалізувати на декількох тригерах. У підсумкових лічильниках кожен вхідний імпульс збільшує число на його виході на одиницю, в віднімається лічильниках кожен вхідний імпульс зменшує це число на одиницю. Найбільш прості лічильники - виконавчі. На рис. 14.18 представлений суммирующий двійковий лічильник і діаграми його роботи.
Зміна напрямку рахунку. Як вже говорилося раніше, лічильники можна реалізувати на тригерах. При цьому тригери з'єднують послідовно. Вихід кожного тригера безпосередньо діє на тактовий вхід наступного. Для того щоб реалізувати лічильник, що підсумовує, необхідно лічильний вхід чергового тригера підключати до інверсного виходу попереднього. Для того, щоб змінити напрям рахунку (реалізувати віднімає лічильник), можна запропонувати наступні способи:
а). Зчитувати вихідні сигнали лічильника не з прямих, а з інверсних виходів тригерів. Число, утворене станом інверсних виходів тригерів лічильника, пов'язане з числом, утвореним станом прямих виходів тригерів наступним співвідношенням:
де n - розрядність виходу лічильника.
б). Змінити структуру зв'язків в лічильнику: подавати на рахунковий вхід наступного тригера сигнал ні з інверсного, а з прямого виходу попереднього, як показано на рис. 14.19. В цьому випадку змінюється послідовність перемикання тригерів.
Зміна коефіцієнта перерахунку.
Лічильники характеризуються числом станів протягом одного періоду (циклу). Для схем на рис. 14.18 і 14.19 цикл містить N = 2 3 = 8 станів (від 000 до 111). Часто число станів називають коефіцієнтом перерахунку Ксч. який дорівнює відношенню числа імпульсів Nc на вході до числа імпульсів NQст на виході старшого розряду за період:
Якщо на вхід лічильника подавати періодичну послідовність імпульсів з частотою fc. то частота f q на виході старшого розряду лічильника буде менше в Ксч раз: Ксч = Fс / FQ. Тому лічильники також називають дільниками частоти, а величину Ксч - коефіцієнтом ділення. Для збільшення величини Ксч доводиться збільшувати число тригерів в ланцюжку. Кожен додатковий тригер подвоює число станів лічильника і число Ксч. Для зменшення коефіцієнта Ксч можна в якості виходу лічильника розглядати виходи тригерів проміжних каскадів.
Наприклад, для лічильника на трьох тригерах Ксч = 8, якщо взяти вихід 2-го тригера, то Ксч = 4. При цьому Ксч є цілою ступенем числа 2: 2, 4, 8, 16 і т. Д. Можна реалізувати лічильник, для якого Ксч будь-яке ціле число. Наприклад, для лічильника на трьох тригерах можна зробити Ксч від 2 до 7, але при цьому один або два тригера можуть бути зайвими. При використанні всіх трьох тригерів можна отримати Ксч = 5. 7: 22 <Ксч <23. Счетчик с Ксч должен иметь 5 состояний, которые в простейшем случае образуют последовательность: . Циклическое повторение этой последовательности означает, что коэффициент деления счетчика равен 5. Для построения суммирующего счетчика с Ксч =5 надо, чтобы после формирования последнего числа из последовательности счетчик переходил не к числу 5, а к числу 0. В двоичном коде это означает, что от числа 100 нужно перейти к числу 000, а не 101. Изменение естественного порядка счета возможно при введении дополнительных связей между триггерами счетчика. Можно воспользоваться следующим способом: как только счетчик попадает в нерабочее состояние (в данном случае 101), этот факт должен быть опознан и повлечь последующую выработку сигнала, который перевел бы счетчик в состояние 000.
1. Дослідження підсумовуючого лічильника.
Зберіть схему. Увімкніть схему. Подаючи на вхід схеми тактові імпульси за допомогою ключа С та спостерігаючи за виходів лічильника за допомогою логічних пробників, складіть часові діаграми роботи підсумовуючого лічильника. Визначте коефіцієнт перерахунку лічильника. Зверніть увагу на числа, що формуються станами інверсних виходів лічильника.
2. Дослідження віднімає лічильника.
Зберіть схеми. Увімкніть схему. Замалюйте тимчасові діаграми роботи віднімає лічильника і порівняйте їх з діаграмами, отриманими в пункті 1.
3. Дослідження лічильника зі зміненим коефіцієнтом перерахунку.
Зберіть схему. Увімкніть схему. Подаючи на вхід схеми тактові імпульси за допомогою ключа С та спостерігаючи за виходів лічильника за допомогою логічних пробників, складіть часові діаграми роботи лічильника і визначте коефіцієнт перерахунку. Як зробити, щоб лічильник вважав тільки до 6? 5? 4? 3?
4. Дослідження регістра Джонсона.
Зберіть схему. Лічильний пристрій, приведений на малюнку, отримало назву регістра Джонсона або регістра з перехресними зв'язками. Увімкніть схему. Побудуйте тимчасові діаграми сигналів на виходах тригерів. Визначте коефіцієнт перерахунку регістра Джонсона.
5. Дослідження регістра Джонсона, реалізованого на JK-тригерах.
Зберіть схему. Встановіть ключ S в нижнє положення (логічний 0). Увімкніть схему. Побудуйте тимчасові діаграми роботи схеми. Порівняйте отримані діаграми з результатами експерименту в пункті 4.
Встановіть схему в стан 000. Подайте за допомогою ключа S короткочасний імпульс на вхід S другого тригера. При цьому схема повинна встановитися в стан 010. Подаючи на вхід С схеми тактові імпульси за допомогою відповідного ключа і спостерігаючи стан виходів схеми за допомогою логічних пробників, складіть часові діаграми роботи пристрою. Визначте коефіцієнт перерахунку схеми.
Повернути схему до свого попереднього стану можна подачею короткочасного імпульсу на вхід S другого тригера в момент, коли схема знаходиться в стані 101.
1. Чому при підключенні рахункових входів тригерів до інверсним виходів попередніх каскадів лічильник на D-тригерах працює як суммирующий, а при підключенні до прямих - як віднімає?
2. В якому режимі буде працювати лічильник на JK-тригерах при підключенні рахункових входів тригерів до прямих виходів попередніх каскадів? Як зміниться режим роботи лічильника при підключенні рахункових входів тригерів до інверсним виходів?
3. Який коефіцієнт перерахунку має регістр Джонсона?
4. Якими способами можна змінити коефіцієнт перерахунку лічильника?
5. Цифровий годинник в метро реалізовані на основі лічильників. Іноді можна помітити, що парне число секунд на табло годинника зберігається помітно довше, ніж непарне (можлива і зворотна закономірність). Чому це відбувається?