Лабораторная работа №16.

Тема: «Ознакомление с работой синхронных счетчиков с параллельным переносом и счетчиков с определенным коэффициентом пересчета».

Цель работы: исследовать работу синхронных счетчиков с помощью функционального генератора, логического анализатора и индикаторов, синтезировать схемы счетчиков с определенным коэффициентом пересчета.

Приборы и оборудование: персональный компьютер и программа EWB 5.12.

В счетчиках с последовательным переносом быстродействие ограничено временными задержками перенесения информации внутри счетчика. При параллельной загрузке информация подается одновременно на все триггеры счетчика синхронно по команде, поступающей с тактовым импульсом. Поэтому данный вид счетчиков состоит из синхронных триггеров, и задержка переключения всего счетчика определяется задержкой одного триггера, а не всей цепочки. В схемотехническом отношении цепочка триггеров в структуре счетчика остается для передачи информационных сигналов, но в дополнение к ней еще появляется комбинационная логика.

В качестве задающего генератора импульсов можно применить ранее использованный функциональный генератор с последовательностью прямоугольных импульсов с частотой следования (Frequency) 1Hz коэффициентом заполнения (Duty cycle) 25%, амплитудой (Amplitude) 2,5V и смещением (Offset) 2,5V или использовать тактовые импульсы генератора слов.

Рис.1. Суммирующий счетчик с параллельным переносом.

В схемах синхронных счетчиков синхронизирующие входы соединяются параллельно, и на них одновременно подается последовательность тактовых импульсов (см. рис.1). При этом переключающиеся разряды переходят в новые состояния одновременно. Переключение их в нужной последовательности обеспечивается логическими цепями, которые при поступлении входного импульса одни триггеры удерживают от переключения, а другим разрешают переключаться. Выход Q переноса с триггера DD1 поступает на триггер DD2. Перенос в следующий разряд на триггер DD3 формируется ЛЭ DD5 NAND. Далее аналогично – на триггер DD4 - ЛЭ DD6 NAND.

Н едостатком этой схемы является необходимость иметь дизъюнкторы с большим числом входов, число которых должно увеличиваться с увеличением числа разрядов. Этот недостаток можно изменить использованием дизъюнкторов с небольшим числом входов, которыми составляют многовходовые логические элементы. За счет последовательного соединения дизъюнкторов увеличивается время распространения логического сигнала, разрешающего переключение, то есть уменьшается быстродействие счетчика. Однако время задержки сигнала логическим элементом в несколько раз меньше, чем триггером, поэтому выигрыш в быстродействии по сравнению с последовательным счетчиком все равно будет существенным. Схема такого счетчика показана на рис.2.

Рис.2. Суммирующий счетчик с комбинированным переносом.

Р

Рис.3. Временные диаграммы работы суммирующего счетчика с параллельным переносом.

езультат работы счетчиков показан на графике, представленном на рис.3.

Ч асто работу счетчика требуется ограничить счетом до вполне определенного числа. Например, требуется, чтобы последней цифрой, вводимой на дисплей, была цифра 9. Такой счетчик должен считать от 0 до 9, всего 10 импульсов (считая с нулевого). Следовательно, этот счетчик по модулю 10 или двоично-десятичный счетчик. Он должен иметь, как минимум, четыре двоичных разряда (иначе нельзя сосчитать число 9₁₀=1001₂). Очевидно, что для выполнения поставленных условий достаточно предусмотреть сброс счетчика в нуль импульсом, идущим после 9, т.е. при А₁₆=1010_2. Отсюда видно, что на входы сброса R всех триггеров надо подать лог. 1 после прихода цифры 9. Эта операция легко реализуется автоматически за счет организации обратной связи с выходов счетчика на входы сброса. Для того чтобы сброс происходил на числе 1010, поставим ЛЭ DD7 типа 4-Input NAND, два входа которого соединены с прямыми выходами триггеров DD1 и DD4, а два других – с инверсными выходами DD2 и DD3 см. рис.4.

Рис.4. Синхронный двоично-десятичный счетчик.

Картина счета показана на экране логического анализатора (см. рис.5).

Рис.5. Временные диаграммы двоично-десятичного счетчика.

Этот прием “управляемого сброса” можно использовать для организации работы счетчиков по произвольному модулю.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать схемы рис.1,2 и исследовать их работу

2. Собрать схему рис.4 и исследовать ее работу.

3. Синтезировать схему счетчика с заданным коэффициентом пересчета.

Контрольные вопросы.

1. Назовите недостаток счетчиков с последовательным переносом, и каким схемотехническим решением его исключают?

2. Назовите недостаток счетчиков с параллельным переносом, и каким схемотехническим решением его исключают?

3. Назовите приемы построения схем с заданным коэффициентом пересчета.

Содержание отчета.

1. Схемы рис.1,2 по ГОСТ. Временные диаграммы работы счетчиков.

2. Схема двоичного счетчика с заданным коэффициентом пересчета по ГОСТ и временные диаграммы работы счетчика.

3. Ответы на контрольные вопросы.