Лабораторная работа. Исследование двоичных счетчиков

Лабораторная работа

Исследование двоичных счетчиков

Цель:

1. Изучение структуры и исследование работы суммирующих и вычитающих счетчиков

Приборы и элементы

1. Генератор слов.

2. Логический анализатор.

3. Источник напряжения + 5 В.

4. Генератор тактовых импульсов.

5. Базовые двухвходовые логические элементы.

6. Базовые триггеры JK -типов.

Краткие теоретические сведения

Счетчик - устройство для подсчета числа входных импульсов. Число, представляемое состоянием его выходов по фронту каждого входного импульса, изменяется на единицу. Счетчик можно реализовать на нескольких триггерах. В суммирующих счетчиках каждый входной импульс увеличивает число на его выходе на единицу, в вычитающих счетчиках каждый входной импульс уменьшает это число на единицу. Наиболее простые счетчики - двоичные. Счетчики можно реализовать на триггерах, которые соединяют последовательно. Выход каждого триггера действует на тактовый вход следующего. Для того чтобы реализовать суммирующий счетчик, необходимо счетный вход очередного триггера подключать к инверсному выходу предыдущего. Для того чтобы изменить направление счета (реализовать вычитающий счетчик), используют следующие способы:

а) считывание выходных сигналов счетчика не с прямых, а с инверсных выходов триггеров;

б) изменение структуры связей в счетчике. Подача на счетный вход следующего триггера сигнала не с инверсного, а с прямого выхода предыдущего триггера.

Рассмотрим построение и временную диаграмму работы суммирующего счетчика (трехразрядного).

Суммирующий счетчик работает по принципу суммирования сигналов, поступающих на его вход (см. таблицу 3.3.3.1). На рисунке 3.3.3.1 приведена функциональная схема трехразрядного суммирующего счетчика и временная диаграмма работы (см. рисунок 3.3.3.2), в таблице 3.3.3.1 – состояния его триггеров(Тг). В начальный момент времени все триггеры устанавливаются сигналом Уст 0 в состояние “0”. После прихода первого счетного импульса триггер Тг1 перейдет в состояние “1” и в счетчике зафиксируется код 001.Второй импульс, пришедший на вход, переведет Тг1 снова в состояние “0”. При этом возникает импульс переноса, который устанавливает следующий триггер Тг2 в состояние “1” и в счетчике зафиксируется код 010. После третьего входного сигнала Тг1 вновь прейдет в состояние “1”, а остальные триггеры останутся в прежнем состоянии. Так будет продолжаться до тех пор, пока счетчик не просуммирует максимальное для трех разрядов число 7₁₀=111₂. Восьмой импульс переведет Тг1 в состояние “02, возникший перенос поступит на Тг2 и также переведет его в состояние “0”. В свою очередь, импульс переноса со второго разряда переведет в состояние “0” и Тг3. В результате этого счетчик установится в исходное нулевое состояние (000)

Таблица 3.3.3.1 - Таблица истинности суммирующего двоичного счетчика

Рисунок 3.3.3.1 - Схема суммирующего двоичного счетчика

Рисунок 3.3.3.2 - Диаграмма работы суммирующего двоичного счетчика

В вычитающем счетчике перенос от разряда берется не единичных, а с нулевых выходов триггеров. Можно убедиться в том, что при такой коммутации перенос образуется при переходе соответствующего триггера в состояние “1”, а не “0”, как это было в суммирующем счетчике (см. таблицу 3.3.3.2). В вычитающем счетчике каждый поступающий на вход сигнал не увеличивает, а уменьшает содержимое счетчика на единицу (см. рисунок 3.3.3.3). Временная диаграмма работы вычитающего счетчика приведена на риcунке 3.3.3.4.

Таблица 3.3.3.2 - Таблица истинности вычитающего двоичного счетчика

Рисунок 3.3.3.3 - Схема вычитающего двоичного счетчика

Рисунок 3.3.3.4 - Диаграмма работы вычитающего двоичного счетчика

Задание:

1. Используя пакет Electronics Workbench спроектировать схемы на основе элементов, используя для составления схемы таблицу истинности и проанализировать работы:
   - Суммирующего счетчика;
   - Вычитающего счетчика.
   
2. Составить отчет о выполнении лабораторной работы. В отчет включить:
   - Схемы счетчиков;
   - Временные диаграммы работы счетчиков.