Исследование последовательных счетчиков

Цель работы: Изучение принципов построения последовательных счетчиков.

Краткие теоретические сведения. Последовательный синхронный счетчик с параллельным переносом представляет собой несколько соединенных между собой автоматов Мура (каждый автомат содержит 1 триггер и КС), переключательная функция которых задается отдельно для каждого (рис. 7.1). Импульсы синхронизации подаются на входы синхронизации всех триггеров счетчика. Функции возбуждения такого счетчика формируются следующим образом:

,

,

,

,

где – младший разряд счетчика; – старший разряд счетчика.

Рис. 7.1. Представление последовательного двоичного счетчика с параллельным переносом на основе автомата Мура

Последовательный двоичный счетчик с параллельным переносом строится как правило на или ‑триггерах. Последовательный двоично‑кодированный счетчик с параллельным переносом строится как правило на или ‑триггерах со входами сброса (рис. 7.2). ‑триггер со входом сброса имеет следующее описание:

if (R = 1)

then Q = 0;

else Q = D.

Рис. 7.2. D и T ‑триггеры со входом сброса (а и б соответственно)

‑триггер со входом сброса может быть описан выражением:

if (R = 1)

then Q = 0;

else .

При построении последовательного двоичного счетчика с параллельным переносом на основе триггеров со входами сброса перевод счетчика в исходное состояние производится путем подачи сигнала на все триггеры.

Сброс двоично-кодированного счетчика осуществляется подачей сигнала на все триггеры в момент, когда счетчик достиг своего максимального значения .

При построении двоично‑кодированного вычитающего счетчика используются триггеры со входами установки для установки счетчика в некоторое начальное значение .

‑триггер со входом установки имеет следующее описание:

if (S = 1)

then Q = 1;

else Q = D.

Исходные данные: приведены в таблице 7.1.

Подготовка к работе: перед выполнением работы изучить теоретический материал по литературе и лекциям, выполнить пункты 1 – 2 задания для получения допуска к выполнению лабораторной работы.

Таблица 7.1. Варианты заданий к лабораторной работе №7

№	Тип счетчика		Базис	Тип триггеров
а	б	а, б	а, б	а	б	а	б
		суммирующий		ДНФ	КНФ
		суммирующий		КНФ	ДНФ
		суммирующий		ДНФ	КНФ
		суммирующий		КНФ	ДНФ
		суммирующий		ДНФ	КНФ
		суммирующий		КНФ	ДНФ
		суммирующий		ДНФ	КНФ
		суммирующий		КНФ	ДНФ
		суммирующий		ДНФ	КНФ
		суммирующий		КНФ	ДНФ

Задание:

1) построить совмещенные таблицы переходов и выходов двоично‑кодированного счетчика с заданным максимальным значением (если отсутствуют ‑триггеры, их можно получить из , или ‑триггеров);

2) найти СовДНФ или СовКНФ функций возбуждения триггеров счетчика;

3) с помощью карт Карно найти МДНФ или МКНФ функций возбуждения триггеров счетчика;

4) построить в универсальном базисе логическую схему двоично‑кодированного параллельного счетчика;

5) построить временные диаграммы работы двоично‑кодированного последовательного счетчика;

6) написать программу на языке VHDL, реализующую требуемый двоично‑кодированный последовательный счетчик в универсальном базисе;

7) провести моделирование счетчика в HDL Bencher;

8) получить конфигурационную последовательность проекта, реализующего двоично‑кодированный последовательный счетчик для конкретной микросхемы ПЛИС, и посмотреть ее в редакторе связей Floorplanner.

Содержание отчета:

1) название, цель работы, задание;

2) проектирование схемы в соответствии с планом задания (п.п. 1 – 2 задания);

3) результаты моделирования схемы последовательного счетчика в схемотехническом редакторе и определение динамических параметров на основе этих результатов.

Пример выполнения работы. Разработка последовательного суммирующего счетчика с параллельным переносом с .

1‑й этап. Построение совмещенных таблиц переходов и выходов двоично‑кодированного параллельного счетчика (табл. 7.2 – 7.4).

Определим количество ячеек (триггеров), необходимое для реализации счетчика с требуемым коэффициентом счета:

M log₂ → m log₂5 → m=3.

Таблица 7.2. Совмещенная таблица переходов и выходов 1‑го разряда двоично‑кодированного последовательного счетчика, построенного на основе ‑триггеров (при )

Текущее состояние	Следующее состояние	Функции возбуждения

Таблица 7.3. Совмещенная таблица переходов и выходов 2‑го разряда двоично‑кодированного последовательного счетчика, построенного на основе ‑триггеров (при )

Текущее состояние	Следующее состояние	Функции возбуждения

Таблица 7.4. Совмещенная таблица переходов и выходов 3‑го разряда двоично‑кодированного последовательного счетчика, построенного на основе ‑триггеров (при )

Текущее состояние	Следующее состояние	Функции возбуждения

2‑й этап. Нахождение СовДНФ ФВ счетчика (по табл. 7.2 – 7.4):

, (7.1)

, (7.2)

. (7.3)

3‑й этап. Нахождение МДНФ ФВ двоично‑кодированного последовательного счетчика с помощью карт Карно (рис. 7.2):

Рис. 7.2. Карты Карно для нахождения МДНФ ФВ (7.1) – (7.3)

Согласно рис. 7.2 ФВ ‑триггеров счетчика в МДНФ примут вид:

, (7.4)

, (7.5)

. (7.6)

4‑й этап. Построение ЛС двоично‑кодированного счетчика (рис. 7.3) в универсальном базисе на основе полученных ФВ (7.4) – (7.6).

Рис. 7.3. Двоично‑кодированный последовательный счетчик с

5‑й этап. Построение временных диаграмм (смотри работу № 5) для синтезированного двоично‑кодированного последовательного счетчика.

6‑й этап. Написание программы на языке VHDL, реализующей двоично‑кодированный последовательный счетчик.

library IEEE;

use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

 

entity lab6_vhdl_tbw is

Port (c: in std_logic;

Q: out std_logic_vector(3 downto 1));

end lab6_vhdl_tbw;

 

architecture Behavioral of lab6_vhdl_tbw is

 

SIGNAL U: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1);

SIGNAL Q_IN: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1);

 

begin

 

Q <= Q_IN;

 

U(1) <= NOT Q_IN(1);

U(2) <= (Q_IN(2) AND (NOT Q_IN(1))) OR (Q_IN(1) AND (NOT Q_IN(2)));

U(3) <= (Q_IN(2) AND Q_IN(1)) OR (Q_IN(3) AND (NOT Q_IN(1)));

 

PROCESS(c)

BEGIN

IF (c='1' AND c'EVENT) THEN

Q_IN <= U;

END IF;

END PROCESS;

 

end Behavioral;

Контрольные вопросы:

1. Перечислить основные признаки классификации счетчиков.

2. Сформировать структуру суммирующего, вычитающего, реверсивного, счетчика с переменным модулем счета по заданию преподавателя.

3. Чем отличается работа счетчика при подсчете числа импульсов и при делении их частоты?

4. В чем состоят принципы переноса и каковы их разновидности?

5. Рассмотреть стандартную микросхему счетчика и объяснить назначение выводов.

6. Объяснить различие двоичных и двоично-десятичных счетчиков.

Литература

1. Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 320 с.

2. Скаржепа В.А., Новацкий А.А., Синько В.И. Электроника и микросхемотехника. – Киев: Выща шк. Головное издательство, 1989. – 279 с.

3. Прянишников В.А. Электроника: полный курс лекций. – С.-Пб.: КОРОНА‑принт, 2004. 416 с.

4. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. – С.-Пб.: БХВ‑Петербург, 2004. 528 с.

5. Баранов С.И., Скляров В.А. Цифровые устройства на программируемых БИС с матричной структурой. – М.: Радио и связь, 1986. – 272 с.

6. Баранов С.И. Синтез микропрограммных автоматов (граф-схемы и автоматы). – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергия. Ленингр. отделение, 1979. –232 с.

Содержание

Лабораторная работа № 1. Способы представления переключательных функций____________________________________________________________1

Лабораторная работа № 2. Изучение мультиплексора______________________3

Лабораторная работа № 3. Изучение параллельного двоичного сумматора____5

Лабораторная работа № 4. Исследование дешифраторов и шифраторов_______9

Лабораторная работа № 5. Изучение триггеров__________________________12

Лабораторная работа № 6. Изучение двоично‑кодированного параллельного счетчика___________________________________________________________15

Лабораторная работа № 7. Исследование последовательных счетчиков______19

Лабораторная работа № 8. Исследование регистров______________________22