СКАЧАТЬ:  laboratornaya-3.zip [141,31 Kb] (cкачиваний: 165)

ОТЧЁТ

по лабораторной работе №3

по дисциплине: «Устройства цифровой автоматики»

на тему: «Исследование счётчиков с произвольным

коэффициентом счёта»

ИССЛЕДОВАНИЕ СЧЁТЧИКОВ С ПРОИЗВОЛЬНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ СЧЁТА

Цель работы: Изучение структуры и исследование работы счётчика с произвольным коэффициентом счёта, изучение способов изменения коэффициентов счёта.

Сведения из теории:

1) Счетчики на D-триггерах

Трехразрядный двоичный суммирующий счётчик на D-триггерах может быть реализован следующим образом:

Рис. 1. Двоичный суммирующий счётчик на D-триггерах

Процессы, происходящие в данной схеме можно описать следующей временной диаграммой:

Рис. 2. Временная диаграмма работы счётчика на D-триггерах

2) Счетчики на JK-триггерах

Трехразрядный двоичный суммирующий счётчик на JK -триггерах может быть реализован следующим образом:

Рис. 1. Двоичный суммирующий счётчик на JK-триггерах

Процессы, происходящие в данной схеме можно описать следующей временной диаграммой:

Рис. 2. Временная диаграмма работы счётчика на JK-триггерах

Как видно из временной диаграммы цепочка JK-триггер выполняет функцию счёта, так как каждый триггер выполняет деление частоты поступающей на его вход в два раза, тем самым на выходе появляется количество поступивших на вход первого триггера количество импульсов.

         3) Счётчики с произвольным коэффициентом счета

Счетчики характеризуются числом состояний в течении одного периода (цикла). Часто число состояний называют коэффициентом пересчета К_сч, который равен отношению числа импульсов N_с на входе к числу импульсов N_Qсm на выходе старшего разряда за период:

Если на вход счетчика подавать периодическую последовательность импульсов с частотой f_c, то частота f_q на выходе старшего разряда счетчика будет меньше в К_сч раз: К_сч = f_C/f_Q. Поэтому счетчики также называют делителями частоты, а величину К_сч – коэффициент деления. Для увеличения величины К_сч приходится увеличивать число триггеров в цепочке. Каждый дополнительный триггер удваивает число состояний счетчика и число К_сч. Для уменьшения коэффициента К_сч можно в качестве выхода счетчика рассматривать выходы триггеров промежуточных каскадов. Например, для счетчика на трех триггерах К_сч = 8, если взять выход 2-го триггера, то К_сч = 4. При этом К_сч является целой степенью числа 2: 2, 4, 8, 16 и т.д.

Можно реализовать счетчик, для которого К_сч – любое целое число. Например, для счетчика на трех триггерах можно сделать К_сч от 2 до 7, но при этом один или два триггера могут быть лишними. При использовании всех трех триггеров можно получить К_сч=5…7: 2² < К_сч < 2³. Счетчик с К_сч = 5 должен иметь 5 состояний, которые в простейшем случае образуют последовательность: {0,1,2,3,4}. Циклическое повторение этой последовательности означает, что коэффициент деления счетчика равен 5.

Для построения суммирующего счетчика с К_сч = 5 надо, чтобы после формирования последнего числа из последовательности {0,1,2,3,4} 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.

Для этого можно ввести логическую функцию, которая принимает определённое значение при установлении счётчика в состояния, которые требуется перешагнуть. Эта функция будет принимать значение логической единицы при попадании счётчика в нерабочее состояние, если его определить как дизъюнкцию конъюнкций выходных состояний всех триггеров (, если в этот момент  и , если – ). Реализация этой функции возможна на базисе элементов И, ИЛИ, НЕ, подключив входы логической схемы к выходам триггеров, а выход к их асинхронным установочным входам, так, чтобы триггеры счётчика при появлении на выходе логической схемы определённого значения (логическая единица, если установочные входы триггеров прямые, ноль – если инверсные) устанавливались в те состояния, при которых выходной код счётчика был равен его начальному состоянию.

Применяя такие схемы с обратной связью для сброса счетчика, нужно иметь в виду, что операция сброса занимает конечное время, поэтому непосредственно перед сбросом счетчика в начальное состояние на выходе первого триггера появляются кратковременные импульсы, или “иголки”. Это не имеет значения при подключении счетчика напрямую к индикатору, но при использовании этого выхода счетчика в качестве источника тактовых импульсов могут возникнуть определенные проблемы. Это явление можно устранить, если ввести в схему допольнительный триггер, который опеределяет факт попадания в счётчика в состояние, предшествующего запрещённому состоянию и синхронно с со следующим входным импульсом счётчика вырабатывает сигнал сброса в начальное состояние.

Задание:

Разобрать, собрать и проверить работу счётчика на D- и JK-триггерах с  со следующими последовательностями состояний:

а) 0, 1, 2, 3, 4, 5;          б) 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Реализация счётчиков с последовательностью состояний а:

1) Определяем логическое уравнение, описывающее факт попадания счётчика в нерабочее состояние:

;

2) Собираем схему счётчика на D-триггерах в EWB и исследуем его с помощью семисегментного индикатора со встроенным дешифратором и логического анализатора. Для обнаружения факта попадания счётчика в нерабочее состояние используем схему, реализующее функцию  и выполненную на элементах И-НЕ:

3) Запускаем схему и исследуем его работу:

4) Собираем схему в которой устранено появление перед сбросом счётчика кратковременных импульсов на выходе триггера Т1:

5) Запускаем схему и исследуем его работу:

6) Собираем схему счётчика на JK-триггерах:

7) Запускаем схему и исследуем его работу:

8) Собираем схему в которой устранено появление перед сбросом счётчика кратковременных импульсов на выходе триггера Т1:

         9) Запускаем схему и исследуем его работу:

Реализация счётчиков с последовательностью состояний б:

1) Определяем логическое уравнение, описывающее факт попадания счётчика в нерабочее состояние:

;

2) Собираем схему счётчика на D-триггерах в EWB и исследуем его с помощью семисегментного индикатора со встроенным дешифратором и логического анализатора. Для обнаружения факта попадания счётчика в нерабочее состояние используем схему, реализующее функцию  и выполненную на элементах И-НЕ:

3) Запускаем схему и исследуем его работу:

4) Собираем схему в которой устранено появление перед сбросом счётчика кратковременных импульсов на выходе триггера Т1:

5) Запускаем схему и исследуем его работу:

6) Собираем схему счётчика на JK-триггерах:

7) Запускаем схему и исследуем его работу:

8) Собираем схему в которой устранено появление перед сбросом счётчика кратковременных импульсов на выходе триггера Т1:

         9) Запускаем схему и исследуем его работу:

Выводы

В ходе этой лабораторной работы мы изучили работу двоичных суммирующих счётчиков на D- и JK-триггерах, а также рассмотрели приёмы которые позволяют изменять коэффициент счёта этих счётчиков таких типов. Также мы собрали и исследовали работу счётчиков на программном пакете EWB, и убедились в выполнении изученной ранее теории на практике. Сравнивая изученные два способа изменения коэффициента счёта счётчика можно сделать вывод, что первый рассмотренных метод проще в техническом плане, но в определённых ситуациях не надёжна. Второй приём исключает недостаток первого, но имеет более сложную техническую реализацию.