Метод.ук.ЛБ_Схемотехника
.pdf
Рисунок 5. Схема JK-триггера с динамическим управлением, выполненного в базисе И-НЕ
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Соберите в Quartus II схемы следующих триггеров с динамическим управлением по вариантам по аналогии с примером в методических указаниях к лабораторной работе №3:
|
|
Таблица 1. Варианты задания |
|
|
|
|
|
Вариант № |
Тип триггера с динамическим |
|
Базис для построения |
|
управлением |
|
|
1 |
RS |
|
И-НЕ |
2 |
D |
|
И-НЕ |
3 |
T на основе RS |
|
И-НЕ |
4 |
T на основе D |
|
И-НЕ |
5 |
JK |
|
И-НЕ |
6 |
RS |
|
ИЛИ-НЕ |
7 |
D |
|
ИЛИ-НЕ |
8 |
T на основе RS |
|
ИЛИ-НЕ |
9 |
T на основе D |
|
ИЛИ-НЕ |
10 |
JK |
|
ИЛИ-НЕ |
11 |
RS |
|
И-НЕ |
12 |
D |
|
И-НЕ |
13 |
T на основе RS |
|
И-НЕ |
14 |
T на основе D |
|
И-НЕ |
15 |
JK |
|
И-НЕ |
16 |
RS |
|
ИЛИ-НЕ |
17 |
D |
|
ИЛИ-НЕ |
18 |
T на основе RS |
|
ИЛИ-НЕ |
|
31 |
|
|
19 |
T на основе D |
ИЛИ-НЕ |
20 |
JK |
ИЛИ-НЕ |
21 |
RS |
И-НЕ |
22 |
D |
И-НЕ |
23 |
T на основе RS |
И-НЕ |
24 |
T на основе D |
И-НЕ |
2.Скомпилируйте прошивку.
3.На выход каждого триггера подключите светодиод (назначьте выходу триггера Q PIN104 кристалла ПЛИС в Quartus Pin Planner).
4.Скомпилируйте прошивку еще раз.
5.Напишите отчет о проделанной работе.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет по лабораторной работе должен содержать следующее:
1)цель работы;
2)постановку задачи;
3)принципиальную схему триггера из программы Quartus II;
4)выводы.
32
Лабораторная работа №5.
«Исследование работы счетчиков на макете SDK-6.1»
Цель работы: изучить основные типы счетчиков.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Счетчики предназначены для регистрации числа поступивших на вход сигналов и деления частоты. В счетчиках выполняются такие микрооперации, как: установка в исходное состояние, хранение и выдача слов. Счетчик переходит из одного состояния в другое при поступлении входного сигнала. После каждых М входных сигналов автоматически возвращается в исходное состояние. Счетчик характеризуется модулем счета
(М).
Счетчики различают:
1. По значению модуля счета
1.1.Двоичные (М = 2n, где n – разрядность счетчика)
1.2.Двоично-кодированные с произвольным модулем, но с кодированием состояний двоичными кодами
1.3.Одинарно кодированные. (Джонсона)
2. По направлению счета
2.1.Суммирующие (прямого счета)
2.2.Вычитающие (обратного)
2.3.Реверсивные (с изменением направления счета)
3. По способу организации межразрядных связей
3.1.С последовательным переносом
3.2.С параллельным переносом
3.3.С комбинированным переносом
33
Двоичные счетчики
Схему двоичного счетчика можно получить с помощью формального синтеза, однако более наглядным путем представляется эвристический. Таблица истинности двоичного счетчика — последовательность двоичных чисел от нуля до 2n − 1, где n - разрядность счётчика. Наблюдение за разрядами чисел, составляющих таблицу, приводит к пониманию структурной схемы двоичного счетчика. Состояния младшего разряда при его просмотре по соответствующему столбцу таблицы показывают чередование нулей и единиц вида 01010101..., что естественно, т. к. младший разряд принимает входной сигнал и переключается от каждого входного воздействия. В следующем разряде наблюдается последовательность пар нулей и единиц вида 00110011... . В третьем разряде образуется последовательность из четверок нулей и единиц 00001111... и т.д. Из этого наблюдения видно, что следующий по старшинству разряд переключается с частотой, в два раза меньшей, чем данный. Известно, что счетный триггер делит частоту входных импульсов на два. Сопоставив этот факт с указанной выше закономерностью, видим, что счетчик может быть построен в виде цепочки последовательно включенных счетных триггеров, как показано на рисунке 1.
Q1 |
Q2 |
Q3 |
Q4 |
T |
T |
T |
T |
Xсч T |
T |
T |
T |
|
|
|
|
|
Q1 |
|
Q2 |
|
|
|
Q3 |
|
|
|
Q4 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Xсч |
T |
T |
|
|
|
T |
|
|
|
|
T |
T |
|
|
|
T |
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суммирующий счетчик
Рисунок 1. Вычитающий (выше) и суммирующий (ниже) двоичные счетчики
Простейшим способом построить счетчик с произвольным модулем является метод управляемого сброса. Для его реализации необходимо взять конъюнктор и подключить к его входам выходы Q нужных триггеров,
разряды которых сформируют необходимый модуль счета. Сигнал с выхода конъюнктора необходимо завести на вход сброса каждого триггера. Тогда
34
при достижении значения M-1 счетчик сбросится и начнет счет с исходного
значения.
Счетчик Джонсона
На базе регистров сдвига можно построить кольцевые счетчики - счетчики
Джонсона. Счетчик Джонсона имеет коэффициент пересчета, вдвое больший
числа составляющих его триггеров. В частности, если счетчик состоит из
трех триггеров (m=3), то он будет иметь шесть устойчивых состояний (см.
рисунок 2). Счетчик Джонсона используется в системах автоматики в
качестве распределителей импульсов и т.д.
Рисунок 2. а) таблица состояний счетчика б) схема счетчика Джонсона
Реверсивный счетчик
Импульсы, поступающие для счета, попадают на вход 1-го триггера, а выходят с него по двум каналам: при прямом счете с прямого выхода, а при обратном – с инверсного. Для того чтобы управлять путями движения служат элементы И-НЕ. Такие ячейки ставятся после каждого триггера. Управляющим сигналом для прямого и обратного счета являются логические нули.
35
Рисунок 3. Схема реверсивного счетчика
Так если на входах элементов ДД4.1 и ДД4.4 нули, то они заблокированы, а логические единицы на их выходах никакого влияния на работу элементов ДД4.2 и ДД5.1 не оказывают.
Аналогично с шиной +1. Происходит движение импульса при прямом счете. Пусть на шине –1 высокий потенциал – логическая "1", а на +1 – логический "0", исходное состояние счетчика 000. Первый импульс срезом переводит младший разряд в "1" (т.е. на выходе 8 ДД1 будет "1"). На выходе ДД4.1 появится "0", а на выходе ДД4.2 – высокий потенциал. На входе ДД2 высокий потенциал изменения состояния ДД2 не вызовет, т.е. после 1-го импульса счетчик будет в состоянии 001. Следующим импульсом ДД1
перебросится в "0", ДД4.1- в "1", ДД4.2 – в "0" и ДД2 – в "1", ДД4.4 – в "0",
ДД5.1 – в "1", т.е. счетчик будет в состоянии 010 и т.д.
Аналогично при вычитании: на шине –1 – логический "0", на шине +1 – логическая "1", на выходах ДД4.1 и ДД4.4 – логическая "1", исходное состояние счетчика 111. Импульсы проходят по нижним ячейкам.
Схема подавления дребезга контактов
Непосредственная подача сигналов на входы микросхем от кнопок и
переключателей не всегда допустима из-за так называемого "дребезга" —
многократного неконтролируемого замыкания и размыкания контактов в
момент переключения (происходит из-за механического резонанса в течение
времени до 40...100 мс).
36
Для избежания этого негативного явления предлагается схема, представленная на рисунке 4. Для ее построения необходимо взять элемент
BAND2 и lpm_counter (20-разрядный с асинхронным входом сброса).
|
|
|
|
|
|
BAND2 |
|
lpm_counter1 |
|
|
|||||||
CLK |
|
|
INPUT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
up counter |
|
|
|
VCC |
|
|
|
|
|
clock |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q[19..0] |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
inst1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
aclr |
|
q[19..0] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
inst |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q[19]
BTN |
INPUT |
|
VCC |
Рисунок 4. Схема подавления дребезга контактов
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. В соответствии со своим вариантом возьмите счетчики из таблицы 1.
|
|
Таблица 1. Варианты задания |
Вариант № |
Счетчик №1 |
Счетчик №2 |
1 |
8-разрядный суммирующий |
8-разрядный Джонсона |
|
двоичный счетчик |
|
2 |
8-разрядный вычитающий |
4-разрядный реверсивный |
|
двоичный счетчик |
счетчик |
3 |
суммирующий двоичный с |
8-разрядный Джонсона |
|
модулем счета 15 |
|
4 |
суммирующий двоичный с |
4-разрядный реверсивный |
|
модулем счета 20 |
счетчик |
5 |
суммирующий двоичный с |
8-разрядный Джонсона |
|
модулем счета 21 |
|
6 |
суммирующий двоичный с |
4-разрядный реверсивный |
|
модулем счета 33 |
счетчик |
7 |
суммирующий двоичный с |
8-разрядный Джонсона |
|
модулем счета 18 |
|
8 |
вычитающий двоичный с |
4-разрядный реверсивный |
|
модулем счета 15 |
счетчик |
9 |
вычитающий двоичный с |
8-разрядный Джонсона |
|
модулем счета 20 |
|
10 |
вычитающий двоичный с |
4-разрядный реверсивный |
|
модулем счета 21 |
счетчик |
|
37 |
|
11 |
вычитающий двоичный с |
8-разрядный Джонсона |
|
модулем счета 33 |
|
12 |
вычитающий двоичный с |
4-разрядный реверсивный |
|
модулем счета 18 |
счетчик |
13 |
8-разрядный суммирующий |
8-разрядный Джонсона |
|
двоичный счетчик |
|
14 |
8-разрядный вычитающий |
4-разрядный реверсивный |
|
двоичный счетчик |
счетчик |
15 |
суммирующий двоичный с |
8-разрядный Джонсона |
|
модулем счета 15 |
|
16 |
суммирующий двоичный с |
4-разрядный реверсивный |
|
модулем счета 20 |
счетчик |
17 |
суммирующий двоичный с |
8-разрядный Джонсона |
|
модулем счета 21 |
|
18 |
суммирующий двоичный с |
4-разрядный реверсивный |
|
модулем счета 33 |
счетчик |
19 |
суммирующий двоичный с |
8-разрядный Джонсона |
|
модулем счета 18 |
|
20 |
вычитающий двоичный с |
4-разрядный реверсивный |
|
модулем счета 15 |
счетчик |
21 |
вычитающий двоичный с |
8-разрядный Джонсона |
|
модулем счета 20 |
|
22 |
вычитающий двоичный с |
4-разрядный реверсивный |
|
модулем счета 21 |
счетчик |
23 |
вычитающий двоичный с |
8-разрядный Джонсона |
|
модулем счета 33 |
|
24 |
вычитающий двоичный с |
4-разрядный реверсивный |
|
модулем счета 18 |
счетчик |
2.Соберите схемы по аналогии с примерами в методических указаниях. Для каждого счетчика применить схему подавления дребезга контактов и вывести разряды на светодиоды макета.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет по лабораторной работе должен содержать следующее:
1)цель работы;
2)постановку задачи;
3)принципиальные схемы счетчиков;
4)выводы.
38
Лабораторная работа №6.
«Изучение работы дешифраторов и шифраторов на макете SDK-6.1»
Цель работы: освоить принципы работы дешифраторов и шифраторов, научиться наращивать размерность дешифраторов.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Двоичным дешифратором чаще всего называют устройство, преобразующее двоичный код в код “1 из N”. Из всех N выходов ДШ, активный уровень имеется только на одном, а именно на том, номер которого равен поданному двоичному числу. ДШ бывают полные (используются все входные наборы и все выходы) и не полные. Кроме адресных входов, ДШ обычно имеет один или несколько разрешающих входов Е. Если имеется несколько входов разрешения, то общий сигнал образуется конъюнкцией входных сигналов.
E |
1 |
1 |
|
|
|
& |
F0 |
x0 1 |
1 |
|
|
|
|
& |
F1 |
x1 1 |
1 |
|
|
|
|
& |
F7 |
x2 |
1 |
1 |
|
Рисунок 1. Схема дешифратора 3 на 8 с разрешающим входом
Схемотехнически ДШ представляет собой совокупность конъюнкторов, не связанных между собой. Схема ДШ 3->8 при одном разрешающем входе представлена на рисунке 1.
Для синтеза многоразрядных дешифраторов входной адрес делится поля. Разрядность поля младших разрядов соответствует кол-ву входов имеющегося ДШ. Оставшееся поле старших разрядов служит для получения сигналов разрешения работы одного из ДШ, декодирующих поле младших разрядов (см. рисунок 2).
39
|
|
x2 |
x1 |
x0 |
|
|
|
x3 |
1 |
DC 0 |
|
1 |
DC |
0 |
F0 |
x4 |
|
|
|
|
F1 |
||
2 |
1 |
|
2 |
|
1 |
||
E |
|
2 |
|
4 |
|
|
F7 |
E |
3 |
|
E |
|
7 |
||
|
|
|
|
1 |
DC |
0 |
F8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
F15 |
|
|
|
|
E |
|
7 |
|
|
|
|
|
1 |
DC |
0 |
F16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
F23 |
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
1 |
DC |
0 |
F24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
F31 |
|
|
|
|
E |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 2. Схема расширения дешифратора до 5 на 32
ДШ совместно со схемами ИЛИ можно использовать для воспроизведения произвольных логических функций.
Для того чтобы получить функцию F, основанную на дешифраторе,
необходимо соединить с помощью логического элемента ИЛИ такие, выходы дешифратора на которых образуется логическая единица после подачи нужных наборов входных переменных. Пример для функции
приведен на рисунке 3.
Таблица 1. Значения переменных и функции
|
a |
b |
c |
|
|
|
Значение F |
|
|
|
|
|
|
|
|
f0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
f1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
f2 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
f3 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
f4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|