2-_Лабораторная_Микроэлектроника

Федеральное Агентство по образованию РФ

Томский Межвузовский Центр дистанционного образования

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)

Лабораторная работа №2

По дисциплине: «Микроэлектроника»

Тема: «Исследование цифровых устройств последовательностного типа»

(Учебные пособия: «Микроэлектроника» автор: Шарапов А.В.,

Томск-2007)

Выполнил:

Студент ТМЦДО

Гр.

Специальность: 210106(200400)

Ф.И.О

логин

пароль

.

Н-ск 2008

Цель работы: проектирование и экспериментальная проверка работы синхронных счётчиков с заданной последовательностью смены состояний, а также анализ работы счётчиков на регистрах сдвига.

1. Спроектируем синхронный счётчик (вар.1) с четырьмя выходами, циклически изменяющий свои состояния в соответствии с табл.1.1 (К_сч = 9):

Таблица 1.1

Ксч	Состояния счётчиков
	0	1	2	3	4	5	6	7	8
N	0	1	3	4	5	15	14	13	12
Q1	0	1	1	0	1	1	0	1	0
Q2	0	0	1	0	0	1	1	0	0
Q3	0	0	0	1	1	1	1	1	1
Q4	0	0	0	0	0	1	1	1	1
N^+	1	3	4	5	15	14	13	12	0
D1	1	1	0	1	1	0	1	0	0
D2	0	1	0	0	1	1	0	0	0
D3	0	0	1	1	1	1	1	1	0
D4	0	0	0	0	1	1	1	1	0

По таблице 1.1, составим карты Карно для функций D₁, D₂, D₃, D₄:

Запишем минимизированные выражения для функций D₁, D₂, D₃, D₄ в ДНФ:

По полученным выражениям для минимизированных функций, соберём комбинационные устройства на логических элементах для каждой из функций D₁, D₂, D₃, D₄. Используя полученные комбинационные устройства, соберём синхронный счётчик (рис.1.1):

Рисунок 1.1

Временные диаграммы выходных сигналов, выходов Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ представлены на рис. 1.2 (к сожалению, на частоте генератора 1 Гц, моделирование запустить не удалось, а на частоте 1 кГц показания цифрового индикатора отследить невозможно):

Рисунок 1.2

Как видно на приведённых временных диаграммах, синхронный счётчик функционирует правильно – циклически изменяет свои состояния в соответствии с таб. 1.1.

2. Соберём схему счётчика (рис.2.1) на регистре сдвига (вар. 8). К выходам устройства подключим осциллограф, зафиксируем последовательность смены состояний счётчиков и временные диаграммы выходных сигналов при подключении ко входу генератора тактовых импульсов:

Рисунок 2.1

Проанализируем полученные временные диаграммы выходных сигналов (рис.2.2). Вид диаграмм на первом такте объясняется логическим 0 на информационном входе D. На втором такте логический элемент «И-НЕ» подаёт на информационный вход – логическую 1, так как на выходах DO0, DO3 , логическая 1 одновременно будет только на пятом такте. На выходных диаграммах хорошо видно, что сигнал на выходах DO_n+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.

Рисунок 2.2

3. Ответы на контрольные вопросы.

• 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 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.

• На регистрах памяти строятся шифраторы и мультиплексоры, а на регистрах сдвига – дешифраторы и демультиплексоры.

• 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 (К_сч = 2ⁿ, где n – разрядность счётчика), десятичные (К_сч = 10ⁿ, где n – количество декад счётчика), с произвольным постоянным К_сч, с изменяемым К_сч (программируемые). По направлению счёта – делятся на суммирующие, вычитающие, реверсивные. По способу организации внутренних связей – на синхронные и асинхронные (синхронные обладают большим быстродействием).

• Кольцевой счётчик, представляет собой синхронный счётчик с К_сч = 5 и выполняет функцию распределителя уровня логической единицы по пяти каналам. Счётчик Джонсона, представляет собой синхронный счётчик с К_сч=5, на каждом из трёх выходов которого чередуются три единичных и два нулевых состояния, с задержкой между выходами в один такт.

• 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.