2-17_Микроэлектроника
.docТомский межвузовский центр дистанционного образования
Томский государственный университет
систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)
Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)
«Микроэлектроника»
Исследование цифровых устройств последовательностного типа
Лабораторная работа № 2
Вариант 17
Учебное пособие «Микроэлектроника цифровая схемотехника»
авторы А.В. Шарапов. 2007 г.
Выполнил:
студент ТМЦДО
специальности 210106
???
группа – ???
вариант № 17
???
г. ???
2009 г
Исследование цифровых устройств последовательностного типа.
Цель работы: Цель лабораторной работы – проектирование и экспериментальная проверка работы синхронных счетчиков с заданной последовательностью смены состояний, а также анализ работы счетчиков на регистрах сдвига. Используется моделирующий пакет Electronics Workbench. Программа моделирует лабораторный стол с наборным полем для макетирования цифровых схем и необходимым комплектом контрольно-испытательной аппаратуры.
1) Для начала составим карту Карно для четырёх переменных.
|
Ксч |
Состояние счетчиков |
||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
N |
0 |
9 |
3 |
8 |
7 |
13 |
5 |
4 |
2 |
|
|
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
9 |
3 |
8 |
7 |
13 |
5 |
4 |
2 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Выбираем частоту генератора равной 1 Гц.
Составим карту Карно:
Для D1: Для D2:
Для
D3:
Для
D4:
Спроектировал
синхронный счетчик с четырьмя выходами,
циклически изменяющий свои состояния
в соответствии с таблицей (Ксч = 9).
Проверил работу счетчика, зафиксировав
последовательность смены состояний с
помощью цифрового индикатора.
Рис. 1 Рис. 2
Рис. 3 Рис. 4
Содержания
блока Logika.
Не подписанные входа это инверторы.
Например, под Q1,
,
и так далее.
Рис. 5
Как видно на приведённых рисунках (рис. 1 – 4), синхронный счётчик функционирует правильно – циклически изменяет свои состояния в соответствии с таблицей.
2) Соберём схему счётчика (рис. 6) на регистре сдвига (вар. 5). К выходам устройства подключим осциллограф, зафиксируем последовательность смены состояний счётчиков и временные диаграммы выходных сигналов при подключении ко входу генератора тактовых импульсов:
Рис. 6
Рис. 7 G
Рис. 8 DO1
Рис. 9 DO2
Рис. 10 DO3
Рис. 11 DO4
Проанализируем полученные временные диаграммы выходных сигналов (рис. 7 - 11). Вид диаграмм на первом такте объясняется логический элемент «Исключающее ИЛИ-НЕ» подаёт на информационный вход – логическую 1, так как на выходах DO3, DO4 логическая 0, логическая 1 одновременно будет только на четвертом такте. На выходных диаграммах хорошо видно, что сигнал на выходах DOn+1 запаздывает на один такт относительно предыдущего. Запаздывание сигнала объясняется тем, что триггер в течении такта хранит информацию поступившую на информационный вход по фронту такта.
Ответы на контрольные вопросы.
Дайте классификацию триггерных устройств.
Триггером называют устройство, имеющее два устойчивых состояния и сохраняющее любое из них сколь угодно долго после снятия внешнего воздействия, вызвавшего переход триггера из одного состояния в другое. Триггер в общем случае можно представить состоящим из ячейки памяти и устройства управления, преобразующего входную информацию в комбинацию сигналов, под воздействием которых ячейка памяти принимает одно из устойчивых состояний. По способу записи информации триггеры могут быть асинхронными и синхронными. В асинхронных триггерах, сам сигнал несущий информацию, вызывает его переключение. В синхронных триггерах информация записывается при одновременном воздействии информационного сигнала и синхронизирующего импульса. По функциональному признаку различают RS-триггеры, D-триггеры, Т-триггеры и JK-триггеры, а также их комбинации.
В чем отличие триггеров со статическим и динамическим тактовым входами?
В случае статического управления, сигнал на информационном входе оказывает влияние на состояние триггера в течении всего времени наличия синхроимпульса. При динамическом управлении воздействие информационного сигнала проявляется только в моменты фронта или спада синхроимпульса.
Перечислите известные Вам области применения регистров памяти и сдвига.
На регистрах памяти строятся шифраторы и мультиплексоры, а на регистрах сдвига – дешифраторы и демультиплексоры.
Приведите классификацию счетчиков.
Счётчиком – называется устройство, циклически меняющее свои состояния под действием импульсов, подаваемых на один вход. Количество тактов, через которые повторяется исходное состояние счётчика, называют коэффициентом пересчёта. Счётчики строят из цепочек триггеров с динамическим управлением. По коэффициенту пересчёта различают счётчики двоичные (Ксч = 2n, где n – разрядность счётчика), десятичные (Ксч = 10n, где n – количество декад счётчика), с произвольным постоянным Ксч, с изменяемым Ксч (программируемые). По направлению счёта – делятся на суммирующие, вычитающие, реверсивные. По способу организации внутренних связей – на синхронные и асинхронные (синхронные обладают большим быстродействием).
В чем отличие кольцевого счетчика и счетчика Джонсона?
Кольцевой счётчик, представляет собой синхронный счётчик с Ксч = 5 и выполняет функцию распределителя уровня логической единицы по пяти каналам. Счётчик Джонсона, представляет собой синхронный счётчик с Ксч=5, на каждом из трёх выходов которого чередуются три единичных и два нулевых состояния, с задержкой между выходами в один такт.
Приведите классификацию запоминающих устройств.
По функциональному признаку различают постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), хранящие информацию «только для чтения», и оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), предназначенные для записи, хранения и считывания цифровой информации. ПЗУ относятся к комбинационным устройствам, ОЗУ – к последовательностным. ПЗУ – сохраняют информацию при отключенном питании (энергонезависимы), ОЗУ – теряют информацию при отключении питания. ПЗУ – являются преобразователями n-разрядного кода адреса ячейки А в m-разрядный код хранящегося в ней кода. ПЗУ по способу записи в них информации, делятся на масочные (ROM), программируемые на заводе изготовителе; однократно-программируемые (PROM) и многократно программируемые пользователем – которые в свою очередь подразделяются на: (EEPROM) – электрическое программирование и электрическое стирание; и (EPROM) – электрическое программирование и ультрафиолетовое стирание. ОЗУ могут быть статического и динамического типа. Элементом памяти ОЗУ статического типа служит триггер на полевых или биполярных транзисторах, а ОЗУ динамического типа – конденсатор.
ВЫВОДЫ
Я спроектировал и экспериментально проверил работу синхронных счетчиков с заданной последовательностью смены состояний, а также анализ работы счетчиков на регистрах сдвига. Используется моделирующий пакет Electronics Workbench.