Загрузка...

Лабораторная работа 3, счетчики.


Основные технические сведения.

Счётчиками наз. цифровые автоматы, предназначенные для счёта импульсов. Счётчик имеет счётный вход, на который поступает последовательность импульсов, и n выходов, на которые он выдаёт код, соответствующий количеству поступивших на вход импульсов. При поступлении импульса на вход, выходной код изменяется на единицу.
В случае, если выходной код увеличивается на 1, счётчик называется суммирующим или счётчиком прямого счёта. Если же наоборот, код уменьшается на 1, то счётчик называется вычитающим или счетчиком обратного счёта.
Число состояний счётчика называется модулем пересчёта k или ёмкостью счётчика. Для двоичного n-разрядного счётчика k = 2n .
Счётчик строится на основе T–триггеров ( т. е. на основе динамических D–триггеров или JK-триггеров). Для установки в исходное нулевое состояние счётчик имеет вход сброса R.
Пример структурной схемы, обозначения и временной диаграммы 3-разрядного суммирующего счётчика показан на рис. 1а и 1б соответственно.

При наличии активного уровня (в данном случае «1») на входе R счётчик сбрасывается, т. е. все входы устанавливаются в 0.
Для 3-разрядного счётчика k = 23 = 8. Через каждые 8 импульсов состояния счётчика повторяется. Из временной диаграммы легко видеть, что код на входе счётчика соответствует числу импульсов, поступивших на вход. Например, после переднего фронта 3-го импульса, состояние выходов Q1=1, Q2=1, Q3=0, что соответствует десятичному числу 3 (011).
При поступлении на вход сигнала с частотой f на выходах Q1, Q2, Q3 присутствуют сигналы с частотами f/2, f/4, f/8, т.е. счётчик можно использовать в качестве делителя частоты.
Струкрурная схема и временная диаграмма вычитающего двоичного счётчика изображены на рис. 2а. и 2б. Соответственно. Схема отличается только тем, что на входы C триггеров подаётся сигнал с прямого, а не с инверсного выхода предыдущего триггера.

Перенос в счётчиках.

Как правило, когда необходимо иметь k >16, необходимо иметь способ наращивания счётчиков, т.е. увеличения разрядности. Для этой цели счётчик имеет выход CR (англ. Carry — нести) называется выходом переноса для суммирующего счётчика или заём – BR (borrow — занимать) для вычитающего счётчика. Сигнал на выходе CR появляется обычно в момент окончания цикла счёта, т.е. для 4-разрядного счётчика между состояниями 15 и 0 (см. рис. 3).

Для вычитающего счетчика сигнал BR возникает между состояниями 0 и 15 (см. Рис. 4).
Реверсивные счётчики.

Реверсивными наз. счётчики, направление счёта которого может изменяться. Реверсивный счётчик может работать и как суммирующий и как вычитающий.
Как правило, существуют два тина реализации управления реверсивными счётчиками:
1) Существует один счётный вход ?1 и один вход управления направлением счёта. Если V=0, то счётчик работает как суммирующий, а, если V=1-как вычитающий.

2) Имеются два счётных входа: +1 и –1 (см. Рис. 6). В зависимости от того, на какой вход поступают импульсы, счётчик считает вверх или вниз.

Счетчики с произвольным коэффициентом счёта.

Часто встречаются задачи, в которых необходимо иметь возможность деления частоты на число не кратное 2n (например на 10 ).
Для решения этой задачи используют 2 пути: используется логическая схема, дешифрующая нужное значение коэффициента деления и сбрасывающая счётчик не после окончания цикла счёта, а раньше. Например, изображенный на рис. 7 трёхразрядный счётчик осуществляет деление частоты на 8 (k=8). В случае, если нам необходимо делить входную частоту, например, на 5, мы создаём схему, которая будет сбрасывать счётчик, как только он достигает состояния 5.
Код счётчика будет изменяться так: 0 – 1 – 2 – 3 – 4 – 0 — 1.

2) Используется счётчик с предварительной установкой.
Такой счётчик кроме обычных входов имеет n входов D, на которые подаётся код предварительной установки. Кроме них имеется вход записи C. Такой счётчика можно предварительно установить не только в нулевое состояние по входу R, а в любое заданное состояние (см. рис. 8 ).

После окончания цикла счёта счётчик устанавливается не в состояние 0, а в то состояние, в котором находятся входы D. Например, в случае аналогичной задачи деления на 5, устанавливаем на входах D код, равный 11.
Изменение состояний счётчика: 11 – 12 – 13 – 14 – 15 – 11 — 12…

Подготовка к выполнению работы.
В работе исследуется реверсивный счётчик с предварительной устоновкой К155ИЕ7. В первой части работы исследуется работа ИМС К155ИЕ7 (рис. 9), во второй — схема делителя частоты (рис. 10). Частота на выходе определяется по формуле
f = fт / (N+1),
где N — это значение 8-разрядного двоичного кода на предварительной установке счётчиков. Т.о., данная схема позволяет делить частоту в 1…255 раз в зависимости от заданного кода N. Используется 3 контакта разъёма “B” (B20, B21, B22). Остальные контакты, обозначенные цифрами, соответсвует разъёму “A”.

При подготовке к работе необходимо изучить материал, изложенный в данном пособии, проанализировать работу схемы на рис. 10. Для выполнения работы необходим лабораторный стенд «ДИСКРЕТ» и осцилограф.

Порядок выполнения работы.

1. Исследование ИМС К155ИЕ7 (см. рис. 9 ) DA1.
1.1. Подключить к тактовому входу «+1» сигнал от кнопки, а ко входу «-1» — сигнал от переключателя. Все входы подключить к светодиодам .
1.2. При нажатии на кнопку, состояние на выходе счётчика должно изме-няться. Уровень сигнала на входе «-1» является разрешающим. Изменяя логический уровень на входе «-1», определить каким сигналом (лог. 0 или лог. 1) разрешается счёт.
1.3. Установить на входе «-1» уровень, разрешающий счёт и, подавая на вход «+1» импульсы от кнопки, записать последовательно состояния всех выходов счётчика. По полученным данным зарисовать временные диаграммы работы счётчика при прямом счёте для входов «-1» , «+1» и всех выходов.
1.4. Вместо сигнала от кнопки, подать на тактовый вход сигнал от переключателя. Определить, будет ли работать счётчик аналогичным образом.
1.5. Аналогично п. п. 1.1 — 1.4. исследовать роботу счётчика в режиме обратного счёта ( поменяв местами входы «+1» и «-1»).
1.6. При необходимости дополнить условное обозначение ИМС К155ИЕ7.

2. Исследование делителя частоты (рис. 10).
2.1. Соединить выход генератора частоты fт со входом схемы делителя частоты.
2.2. Измерить с помощью осциллографа частоту генератора fт .
2.3. По измеренному значению fт и заданному преподавателем значению f расчитать коэффициент пересчёта N.
2.4. Установить на входах предварительной установки счётчиков код, равный расчитанному значению N.
2.5. С помощью осциллографа измерить частоту и длительность сигнала на входе “f”. Сравнить её значение с заданным в индивидуальном задании.

Содержание отчёта.

1. Условное обозначение и временные диаграммы работы ИМС К155ИЕ7.
2. Схема делителя частоты с заданным коэффициентом деления.

Контрольные вопросы

1. Принципы построения, временные диаграммы суммирующего и вычитающего счётчиков. Перенос в счётчиках. Реверсивный счётчик.
2. Работа и временные диаграммы ИМС К155ИЕ7:
— по какому фронту тактового сигнала происходит изменение состояния счётчика?
— Каким уровнем осуществляется сброс сигнала по входу R?
— Каким уровнем осуществляется предварительная установка по входу C?
— Как изменится работа делителя частоты (рис. 10), если исключить из схемы триггер, а сигнал с выхода BR подать непосредственно на входы записи C обоих счётчиков?
— Можно ли построить делитель частоты, используя счётчик не обратного, как на рис. 10, а прямого счета?
3. Измениться ли работа счётчиков на рис. 1 и 2, если все триггеры будут переключаться не по переднему, а по заднему фронту тактового сигнала?
Литература

1.Потёмкин И. С. «Функциональные узлы цифровой автоматики.».
Ямпольский А. А. «Основы автоматики иэлектронно-вычислительной техники.».

Загрузка...