Краткие теоретические сведения.

Кольцевым счетчиком называется последовательностный автомат, представляющий собой регистр сдвига, у которого прямой выход последнего разряда соединен со входом первого. Если перед началом работы в первый разряд регистра занести сигнал логической единицы, то при подаче тактовых импульсов он будет поочередно записываться в остальные разряды, появляясь при этом на выходах регистра, как показано на рис. 5.1 .

Рис. 5.1

Число различных состояний такого устройства равно разрядности регистра сдвига - n.

К

62

аждое состояние выходов регистра соответствует строго определенному количеству импульсов, поступивших на его тактовый вход с момента начала работы. Поэтому такое устройство может служить счетчиком входных импульсов в пределах от 0 до n-1, как показано в таблице на рис. 5.2 для n=4.

чить питание стенда. Нажатием кнопки "Уст." кольцевой счетчик переводится в исходное состояние, при котором в первый триггер заносится логическая единица, а в остальные - логические нули. Контроль единичных состояний триггеров счетчика осуществляется по свечению красных светодиодов у соответствующих выходов. Нажимая кнопку "Синхр.", по состояниям светодиодов следует проверить правильность функционирования собранного кольцевого счетчика. Зафиксировать полученные результаты в рабочей тетради;

б) Исследование временных диаграмм работы кольцевого счетчика.

Подключить цепь питания коммутатора к источнику. Включить осциллограф, соединить выход коммутатора коаксиальным кабелем со входом "Y" осциллографа, переключатель длительности развертки которого установить в положение 0,5 мС/дел, переключатель усиления в положение 0,1 В/дел, а переключатели синхронизации в положения "Внутр.", "Авт.". На экране осциллографа должны наблюдаться восемь горизонтальных лучей, каждый из которых связан с соответствующим входом коммутатора - верхний с первым, нижний с восьмым.

Для наблюдения временных диаграмм работы счетчика, его выходы соединяются со входами коммутатора. Осциллограф переводится в режим синхронизации от внешнего положительного сигнала и его соответствующий вход соединяется с первым входом коммутатора. Вход кольцевого счетчика, подключается к гнезду лабораторного стенда с обозначением "", на котором формируются прямоугольные импульсы с частотой 1-3 кгц. Необходимо соответствующими органами управления осциллографа добиться устойчивого изображения состояний выходов кольцевого счетчика. Установить масштаб временной развертки таким, чтобы на экране отображался полный цикл работы счетчика, сравнить полученные временные диаграммы с расчетными.

в) Исследование функционирования счетчика при сбоях без схем самовосстановления.

71

Порядок проведения лабораторной работы

1. Домашняя подготовка.

а) В ходе домашней подготовки к лабораторной работе необходимо разработать принципиальную схему заданного варианта кольцевого счетчика на D-триггерах с учетом элементной базы лабораторного стенда и представить в рабочей тетради временные диаграммы его функционирования;

б) разработать схему для самовосстановления работоспособности после сбоев рассчитанного варианта счетчика и проанализировать процесс изменения его состояний для исходной ситуации, указанной в варианте задания, а также работу счетчика без схемы самовосстановления. Результаты анализа должны быть представлены в виде таблиц функционирования и временных диаграмм;

в) разработать с использованием элементов, имеющихся в составе лабораторного стенда принципиальную схему преобразователя унитарного кода кольцевого счетчика в двоичный.

Все перечисленные процедуры должны быть оформлены в виде предварительного отчета и представлены преподавателю перед началом лабораторной работы.

2. Проведение лабораторной работы.

К работе допускаются студенты, представившие предварительный отчет с требуемыми расчетными и графическими материалами.

а) Исследование функционирования кольцевого счетчика в рабочем режиме.

С

Рис. 5.3

обрать схему рассчитанного варианта кольцевого счетчика без устройства самовосстановления. Для установки счетчика в исходное состояние необходимо входпервого триггера и входыостальных подключить к гнездам, расположенным у кнопки "Уст.". На остальные входы подать с соответствующих гнезд сигналы логической единицы. Входы синхронизации триггеров соединить с гнездами, связанными с кнопкой "Синхр.". Вклю-

70

63

Максимальное число различимых состояний счётчика называется модулем счёта. Для кольцевого счетчика модуль равен n. Как следует из рис. 5.2, при изменении количества поступающих на вход кольцевого счетчика импульсов происходит изменение местоположения единственного сигнала логической единицы, появляющегося на одном из выходов регистра. Такой код называется унитарным.

Число входных импульсов	Состояния выходов	Двоичный код
0	1 0 0 0	0 0
1	0 1 0.. 0	0 1
2	0 0 1 0	1 0
3	0 0 0 1	1 1
4(0)	1 0 0 0	0 0
5(1)	0 1 0 0	0 1
6(2)	0 0 1 0	1 0
	Рис. 5.2

Так как при работе кольцевого счетчика единичный сигнал появляется на каждом из выходов поочередно, то такое устройство часто называют распределителем импульсов.

Работу кольцевого счетчика удобно анализировать с помощью графа переходов, который представляет собой символическую запись последовательности смены его состояний. Для четырехразрядного кольцевого счетчика граф переходов выглядит следующим образом. Так как состояния регистра периодически повторяются, то граф переходов будет замкнутым.

Конструктивно кольцевой счетчик может быть выполнен на тактируемых триггерах любого типа, но удобнее строить его универсальных D-триггерах, обозначение и таблица истинности которых приведены на рис.5.3. Такой триггер содержит инверсные входы установки нуля и единицы (и входы), вход данных D и вход синхронизации С.

П

63

редварительная установка триггера в нужное состояние производится подачей сигнала логического нуля на один из входовили . На другом входе при этом обязательно должен присутствовать сигнал логической единицы, состояния остальных входов безразличны, что отмечено звездочками в таблице истинности. Одновременная подача логических нулей на оба входа и запрещена, так как после снятия этих сигналов триггер может устанавливаться в любое, заранее непредсказуемое состояние (Н).

При наличии логических единиц на входах и и воздействии положительного фронта сигнала синхронизации С происходит запись в тpиггep (и появление на его прямом выходе Q) сигнала с информационного входа D.

Принципиальная схема четырехразрядного кольцевого счетчика на универсальных D-триггерах приведена на рис. 5.4.

Рис. 5.4

Кроме счетного входа такое устройство имеет дополнительный вход установки, при подаче на который сигнала логического нуля первый триггер переводится единичное состояние, а все остальные - в нулевое. Сигнал установки формируется однократно перед началом работы счетчика.

Как известно схема, содержащая четыре триггера, потенциально может иметь 16 различных состояний, которые отражены в таблице на рис. 5.5. В кольцевом счетчике используются лишь четыре из них, отмеченные в графе переходов и обведенные в таблице.

Однако, при воздействии помех или по иным причинам,

64

69

69

Аналогично проектируются преобразователи унитарного кода в двоичный и для кольцевых счетчиков с большим числом разрядов.