Г.
Цель работы: ознакомление с функциональными особенностями
цифровых устройств последовательностного типа,
получение навыков синтеза счетчика с заданным
коэффициентом пересчета, моделирование получен-
ных результатов с помощью пакета программ
Electronics Workbench (EWB).
Задание на лабораторную работу.
Разработать на базе триггеров и ИМС средней степени интеграции счетчик требуемого типа с заданным коэффициентом пересчета.
Последовательностным цифровым устройством (ПЦУ) называется устройство, у которого состояние выходов в некоторый момент дискретного времени зависит не только от комбинаций сигналов на его входах в тот же момент времени, но и от состояния входов и выходов в предыдущий момент времени.
Все ПЦУ делятся на два основных класса:
1) Счетчики
a. По структуре: b. По направлению счета: - последовательные; - прямого счета
(суммирующие);
- параллельные; - обратного счета
(вычитающие);
- параллельно-последовательные. - с управляемым
направлением счета
(реверсивные).
Счетчики могут быть с естественным порядком счета и с требуемым порядком счета.
2) Регистры
a. Параллельные регистры (регистры хранения).
b. Последовательные регистры (регистры сдвига).
c. Параллельно-последовательные регистры с управляемым направлением сдвига (универсальные).
Элементарной структурной единицей всех ПЦУ является триггер,
который может находиться в одном из двух устойчивых состояний.
Основные виды используемых триггеров представлены в таблице 1.
Таблица 1.
| СХЕМА | Условное графическое | Таблица истинности | |||||||||||||
| обозначение | |||||||||||||||
| входы | выходы | ||||||||||||||
| Режим | S | R | Q | _ | |||||||||||
| работы | Q | ||||||||||||||
| RS-триггер | S | T | Q | Запрещенное | - | - | |||||||||
| (асинхронный) | _ | состояние | |||||||||||||
| R | Q | Установка лог.0 | ||||||||||||
| Установка лог.1 | |||||||||||||||
| Хранение | Q | _ | |||||||||||||
| Q | |||||||||||||||
| входы | выходы | ||||||||||||||
| Режим | C | D | S | R | Q | _ | |||||||||
| работы | Q | ||||||||||||||
| Запрещенное | - | - | - | - | |||||||||||
| состояние | ||||||||||||||
| D-триггер | S | T | Q | Асинхронная | - | - | |||||||||
| (синхронный) | D | установка лог.0 | |||||||||||||
| C | _ | Асинхронная | - | - | |||||||||||
 
| R | Q | установка лог.1 | ||||||||||||
| Cинхронная | ||||||||||||||
| установка лог.0 | |||||||||||||||
| Cинхронная | |||||||||||||||
| установка лог.1 | |||||||||||||||
| входы | выходы | ||||||||||||||
| Режим | C | J | K | S | R | Q | _ | ||||||||
| работы | Q | ||||||||||||||
| Запрещенное | - | - | - | - | - | ||||||||||
| состояние | |||||||||||||||
| Асинхронная | - | - | - | ||||||||||||
| JK-триггер
| S | Q | установка лог.0 | ||||||||||||
| (синхронный) | J | T | Асинхронная | - | - | - | |||||||||
| C | установка лог.1 | ||||||||||||||
| K | _ | Хранение | Q | _ | |||||||||||
 
| R | Q | Q | ||||||||||||
| Cинхронная | |||||||||||||||
| установка лог.0 | ||||||||||||||
| Cинхронная | |||||||||||||||
| установка лог.1 | |||||||||||||||
| Переключение | _ | Q | |||||||||||||
| Q |
Условные обозначения:
0-низкий уровень; 1-высокий уровень; 
- переход от низкого уровня к высокому; - переход от высокого уровня к низкому;
Алгоритм синтеза счетчика с заданным коэффициентом пересчета.
1) Составление таблицы состояний для заданного счетчика, выделив первый код лишнего и разрешенного состояния в зависимости от направления счета.
2) Разработка в соответствии с первым кодом лишнего состояния деши-фратора, выходы которого поступают в соответствии с первым кодом разрешенного состояния на входы предварительной установки триггеров, входящих в состав счетчика.
3) Реализация требуемого счётчика на базе триггеров и ИМС средней степени интеграции:
- синтез рабочей схемы при помощи пакета программ Electronics Workbench;
- синтез рабочей схемы на основе отечественных интегральных микросхем.
4) Анализ работы полученного устройства, выводы по полученным результатам.
Выполнение работы.
Схема заданного асинхронного четырёхразрядного двоичного счетчика на базе D-триггеров представлена на рис.1.
Необходимо разработать двух декадное цифровое устройство, выполня-ющее функции секундомера, поэтому работу желательно разделить на две части:
- реализация счетной декады младших разрядов с коэффициентом пересчёта десять;
-
 |
реализация счетной декады старших разрядов с коэффициентом пересчёта шесть;
Рис.1 Рабочая схема асинхронного двоичного счетчика на базе D-триггеров.
Синтез счетной декады младших разрядов.
1.Составление таблицы состояния заданного двоичного счетчика.
Выделение кодовых комбинаций, соответствующих разрешенному состоянию.
Таблица 2.
| 16-код | Двоичное представление 16-го кода | Примечание | |||
| N | Q3 | Q2 | Q1 | Q0 | |
| 1-й код разрешенного состояния | |||||
| A | 1-й код запрещённого состояния | ||||
| b | |||||
| C | |||||
| d | |||||
| E | |||||
| F |
- разрешённые кодовые комбинации;
- запрещённые кодовые комбинации;
2. Разработка дешифратора.
Для дешифрации первого кода лишнего состояния необходимо разработать цифровое устройство, работа которого описывается выражением:
_ _
A=Q0*Q2*Q1*Q3
Для синтеза рабочей схемы дешифратора необходимы следующие КЦУ:
- три схемы НЕ (инверторы);
- схема 4И;
 |
Рабочая схема дешифратора представлена на рис.2.
Рис.2 Рабочая схема синтезированного дешифратора.
3.1 Реализация счётной декады младших разрядов с помощью пакета
программ EWB.
Функциональная схема счетчика представлена на рис.3.
 |
Рис.3 Рабочая схема счётной декады младших разрядов.
Временные диаграммы сигналов для счётчика приведены на рис.4.
| вход | C | |||||||||||||||||||||
| Q0 | ||||||||||||||||||||||
| Q1 | ||||||||||||||||||||||
| выходы | ||||||||||||||||||||||
| Q2 | ||||||||||||||||||||||
| Q3 | ||||||||||||||||||||||
| Двоичный счёт |
Рис.4 Временная диаграмма полученного счётчика.
- граница одного полного цикла преобразованного счётчика.
3.2 Синтез рабочей схемы на основе отечественных интегральных
микросхем.
При выборе ИМС рекомендуется воспользоваться справочной литера-турой, список которой приведён в конце данного пособия.
Необходимо выбрать следующие ИМС и триггеры:
- три схемы НЕ (инверторы);
- схема 4И;
- четыре D-триггера;
Выбраны:
- схемы НЕ: микросхемы типа ЛН1, ЛН2, ЛН3, ЛН5 (графическое обозначение микросхем ЛН дано на рис.5.)
 J1
| Y1 | |||
 J2
| Y2 | |||
 J3
| Y3 | |||
 J4
| Y4 | |||
 J5
| Y5 | |||
 J6
| Y6 | |||
| 14-питание | ||||
| 7-общий |
Рис.5 Условное обозначение и цоколевки микросхем типа ЛН.
- схема 4И: микросхемы типа ЛИ6 (графическое обозначение микросхем ЛИ дано на рис.6.)
| A1 | ||||
| B1 | & | |||
| A1B1C1D1 | ||||
| C1 | ||||
| D1 | ||||
| A2 | ||||
| B2 | & | |||
| A2B2C2D2 | ||||
| C2 | ||||
| D2 | ||||
| 14-питание | ||||
| 7-общий |
Рис.6 Условное обозначение и цоколевки микросхем типа ЛИ.
- четыре схемы D-триггера: микросхемы типа ТМ2 (графическое обозначение триггеров ТМ2 дано на рис.7.)
 R1
| R | Q | |||
| TT | |||||
| D1 | D | ||||
| C1 | C | ||||
  S1
| S | _ | |||
| Q | |||||
 R2
| R | Q | |||
| TT | |||||
| D2 | D | ||||
| C2 | C | ||||
  S2
| S | _ | |||
| Q | |||||
| 14-питание | |||||
| 7-общий |
Рис.7 Условное обозначение и цоколевки триггеров ТМ2.
Принципиальная схема счётной декады младших разрядов представлена на рис.8.
| Q0 | Q1 | Q2 | Q3 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| +U | DD1.1 | DD2.1 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| & | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| DD1.2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| DD3.1 | DD3.2 | DD3.3 | DD3.4 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| R | R | R | R | ||||||||||||||||||||||||||||||
| TT | TT | TT | TT | ||||||||||||||||||||||||||||||
| D | D | D | D | ||||||||||||||||||||||||||||||
| C | C | C | C | C | |||||||||||||||||||||||||||||
| S | S | S | S | ||||||||||||||||||||||||||||||
Рис.8 Принципиальная схема счётной декады на основе отечественных ИМС.
3.3 Синтез рабочей схемы с использованием специальных ИМС.
Существуют специальные ИМС, которые заведомо выполняют необходи-мые нам операции. В нашем случае весьма хорошо подходят микросхемы типа ИЕ2 и ИЕ4. Цоколевка и условное графическое обозначение микро-схем типа ИЕ2 и ИЕ4 приведена на рис.9.
| ИЕ2 | ||||||||||
| C1 | ||||||||||
| CT10 | ИЕ4 | |||||||||
| C2 | C1 | |||||||||
| CT10 | ||||||||||
| & | C2 | |||||||||
| R | & | |||||||||
| & | R | |||||||||
| R9 | 5-питание | |||||||||
| 10-общий | ||||||||||
| 5-питание | 2,3,4,13-свободные | |||||||||
| 10-общий | ||||||||||
| 4,13-свободные |
Рис.9 Цоколевка и условное обозначение микросхем типа ИЕ2 и ИЕ4.
Принципиальная схема на базе выбранных специальных ИМС представлена на рис.10.
???
Рис.10 Принципиальная схема счётной декады на основе специальных ИМС.
4.Выводы по полученным результатам.
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@