Учреждение образования “барановичский государственный университет”

КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ

ИНЖЕНЕРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

для обеспечения

контролируемой самостоятельной работы студентов (КСР)

по учебной дисциплине “Организация и функционирование ЭВМ”

Для специальности

1-40 01 02 Информационные

системы и технологии

2 курс

Всего КСР – 4 часа

3 семестр

Из них:

Лабораторные занятия – 4 часа

Материалы подготовлены Дремуком С.А., преподавателем кафедры (в соответствии с Положением о контролируемой самостоятельной работе студентов БарГУ, утвержденным 18.08.2009 №34

Барановичи 2011

Содержание

№	Тема	Количество часов
1	Реверсивные счетчики с заданным коэффициентом счета	2
2	Измерение времени выполнения элементарных операций	2

Информационно методическая часть

Цель: формирование у студентов знаний теоретических основ электроники и методики решения различных задач, получение студентами теоретических знаний и практических навыков использования и проектирования современных электронных средств управления и контроля технологическими объектами машиностроения.

Счетчики

Счетчики представляют собой более высокий, чем регистры, уровень сложности цифровых микросхем, имеющих внутреннюю память. Хотя в основе любого счетчика лежат те же самые триггеры, которые образуют и регистры, но в счетчиках триггеры соединены более сложными связями, в результате чего их функции сложнее, и на их основе можно строить более сложные устройства, чем на регистрах. Точно так же, как и в случае регистров, внутренняя память счетчиков - оперативная, то есть ее содержимое сохраняется только до тех пор, пока включено питание схемы. С выключением питания память стирается, а при новом включении питания схемы содержимое памяти будет произвольным, случайным, зависящим только от конкретной микросхемы, то есть выходные сигналы счетчиков будут произвольными.

Счетчики предназначены для счета входных импульсов. То есть с приходом каждого нового входного импульса двоичный код на выходе счетчика увеличивается (или уменьшается) на единицу.

Большинство счетчиков работают в обычном двоичном коде, то есть считают от 0 до где - число разрядов выходного кода счетчика. Например, 4-разрядный счетчик в режиме прямого счета будет считать от 0 (код 0000) до 15 (код 1111), а 8-разрядный - от 0 (код 0000 0000) до 255 (код 1111 1111). После максимального значения кода счетчик по следующему входному импульсу переключается опять в 0, то есть работает по кругу. Если же счет инверсный, то счетчик считает в обратном порядке до нуля, а дальше переходит к максимальному коду 111...1.

Функциональная схема счетчика по модулю 16, составленного из четырех JK-триггеров, показана на рисунке 1. Каждый JK-триггер работает в режиме переключения (J=К=1). Пусть в начальный момент состояния выходов счетчика соответствуют двоичному числу 0000 (счетчик очищен). При поступлении тактового импульса 1 на синхронизирующий вход (CLK) триггера Т1 этот триггер переключается и на индикаторе появляется двоичное число 0001. Второй тактовый импульс возвращает триггер Т1 в исходное состояние 0 (Q=0), что в свою очередь приводит к переключению триггера Т2 в состояние 1 (Q=1). На индикаторе появляется число 0010. Счет продолжается: сигнала на выходе каждого триггера запускает следующий триггер. Другими словами, триггер Т1 переключается с приходом каждого нового тактового импульса, триггер Т2 переключается в 2 раза реже триггера Т1. Вообще каждый более старший разряд переключается в 2 раза реже предыдущего.

Рисунок 1. Счетчик по модулю 16 на JK-триггерах

Для построения счетчиков с коэффициентом счета N необходимо использовать триггеров, где символ означает округление в большую сторону.

Построим счетчик на D-триггерах с коэффициентом счета 12. Требуется триггеров.

Переведем число 12 в двоичную систему счисления. 12₁₀=1100₂.

После значения 1100₂ должен происходить сброс (переход в 0000). Т. е. не должно быть значений 1101, 1110, 1111.

Обозначим разряды Q1, Q2, Q3, Q4 как выходы триггеров.

Соберем управляющую схему, которая будет сбрасывать триггеры в ноль после числа 12. Эту схему реализует функция

.

Следовательно, необходимо подключить элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ. Схема представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Счетчик по модулю 12 на D-триггерах

Счет осуществляется нажатием ключа. Состояние меняется в момент переднего фронта поданного на синхровход первого триггера.

Приведем временные диаграммы (рисунок 3). Сверху вниз идут состояния .

Рисунок 3. Временные диаграммы разработанного счетчика

Задание

1. Разработать счетчик на D-триггере с коэффициентом счета 32+N, где N – порядковый номер в журнале.

2. Промоделировать работу счетчика в Electronic Workbench.

3. Привести временные диаграммы работы счетчика. Для этого необходимо подключить к выходам счетчика инструмент Logic Analizer. Также к этому инструменту следует подключить входные импульсы (с ключа).

4. Записать уравнение сброса счетчика.

5. По выполненной работе оформить отчет, включая ответы на вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что такое счетчик? Опишите внутреннюю структуру счетчика.

2. Запишите зависимость количества триггеров счетчика от коэффициента счета.

3. Для чего на рисунке 1 предназначены входы для параллельной загрузки данных?

4. Сколько триггеров необходимо для построения счетчика до 16?