zabika.ru 1

Электроника и схемотехника. Синтез и исследование счетчиков.


Лабораторная работа № 11

СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СЧЕТЧИКОВ


Цель работы: получение навыков синтеза и анализа счетчиков, применяемых в ЭВМ.

Краткие теоретические положения


Счетчиком называют последовательтностную схему, предназначенную для выполнения микроопераций счета и хранения слов. Переключательная функция счетчика имеет вид

,

где S(k) – состояние счетчика в k-тый момент времени; определяется состоянием его разрядов,; y – управляющий сигнал счета;



Счетчики, как правило, строятся на синхронных триггерах с внутренней задержкой. Структурная схема счетчика приведена на рис. 1. Двоичный счетчик содержит разрядов; k – коэффициент счета.



рис. 1. Структурная схема счетчика; КС – комбинационная схема, формирующая функции возбуждения

Если микрооперация счета выполняется в канонической двойной системе счисления (с естественным порядком весов), то такой счетчик называется счетчиком с естественным порядком счета. Если микрооперация выполняется в неканонической системе, то такой счетчик называется счетчиком с произвольным порядком счета.

По способу реализации цепей переноса (заема) между разрядами счетчики подразделяются на следующие типы:

– последовательным переносом;

– со сквозным переносом;

с параллельным переносом;

– с групповым переносом.

Функции возбуждения для счетчиков с последовательным переносом имеют вид


а тактовые входы триггеров подключены в соответствии с выражениями




Функции возбуждения для счетчиков со сквозным переносом имеет вид



где E – управляющий сигнал, определяющий режим счета: суммирование или вычитание.

Тактовые входы триггеров подключены в соответствии с выражениями



Функции возбуждения для счетчиков с параллельным переносом имеют вид



а тактовые входы триггеров подключены в соответствии с выражением



В счетчиках с групповым переносом разряды разбиваются на группы. В пределах одной группы организуется обычно параллельный перенос, а между группами – параллельный или сквозной.

Синтез счетчика с любым коэффициентом счета К и любым порядком счета заключается в выполнении следующих этапов:

– составляется таблица переходов счетчика (по форме табл. 1) путем занесения в соответствующие столбцы в каждой строке кодов состояний счетчика до поступления очередного сигнала на счетном входе X (k-й момент времени) и после его поступления (k+1-й момент времени);

–- для каждого i-го разряда счетчика записываются в каждой j-й строке таблицы значения функции возбуждения триггеров, обеспечивающие переключения триггеров из состояния Qi(k) в состояние Qi(k+1) с учетом выбранного способа переноса (2), (4), (6);

– находятся операторные представления функций fi в заданном элементом базисе для всех типов триггеров;

– выбирается тип триггера и строится схема счетчика в соответствии с выбранным типом переноса.

Таблица №1. Определение функций возбуждения триггеров

Состояние счетчика


Функции возбуждения триггеров

Q3(k)

Q2(k)

Q1(k)

Q3(k+1)

Q2(k+1)

Q2(k+1)

Т3

Т2

Т1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

Для построения счетчиков с коэффициентом счета N используется метод исключения избыточных состояний.

Быстродействие счетчика определяется двумя величинами: разрешающей способностью и временем установления очередного состояния. Под разрешающей способностью понимают минимально допустимый интервал времени между двумя входными сигналами, при котором не происходит изменения счета. Время установления - интервал времени между моментом поступления счетного сигнала и моментом завершения перехода счетчика в новое состояние.

Задание на работу


1) Синтезировать счетчик со сквозным переносом или с параллельным переносом, заданный преподавателем (см. табл. 2). Оценить его временные параметры (, и ).

2) Реализовать синтезированные счетчики на установке УМ-11, проверить правильность их функционирования.

3) Определить основные параметры, характеризующие быстродействие счетчиков ( и ) и сравнить их с расчетными оценками.

Таблица 2. Варианты заданий

Вариант

1

2

3

4

5

6

Коэффициент счета счетчика

6

7

3

5

6

4

Тип счетчика

суммирующий

вычитающий

реверсивный

суммирующий

вычитающий

реверсивный

Порядок выполнения работы

Работа выполняется на установках УМ-11,УМ-16. В качестве измерительной аппаратуры используется осциллограф типа CI-69 или CI-75. Для набора схемы счетчика используются коммутационные шнуры. В этой работе кроме логических элементов установки УМ-11, потребуются генератор синхроимпульсов ГСИ, генератор одиночных импульсов ГОИ, тумблерный регистр и ламповые индикаторы. Определение временных параметров счетчиков производится с помощью генераторов прямоугольных импульсов ГПИ-1 и ГПИ-2, имеющихся в макете УМ-16.


При одновременной работе на макетах УМ-11 и УМ-16 необходимо объединить их шины “Земля”.

– До занятий необходимо подготовиться к лабораторной работе, изучив предварительно теоретические положения.

– Синтезировать заданный вариант счетчика, построить временную диаграмму его работы и по ней оценить временные параметры счетчика (, и ).

– Полученную схему реализовать на макете УМ-11. Для контроля состояний счетчика к выходам триггеров подключить ламповые индикаторы HL. Проверить правильность функционирования счетчика, получив таблицу функционирования счетчика с помощью схемы (рисунок 2). На вход ГОИ подаются импульсы с ГСИ.



рис. 2. Схема исследования функционирования счетчика.

– Снять временную диаграмму счетчика, подавая на его вход сигналы с ГОИ.

– Определить минимальную длительность входных импульсов, подавая их с макета УМ-16 (ГПИ - 1) (рис. 3).

– Определить разрешающую способность счетчика, подавая на его вход импульсы с ГПИ–1 и ГПИ–2 длительностью и меняя задержку импульсов с ГПИ-2 (рис. 3).



рис. 3. Схема измерения временных параметров счетчика.

– Подавая сигналы на вход счетчика с ГСИ (F=500 кГц), определить по осциллографу время установления счетчика . Для этого необходимо использовать или коммутатор К, или двухлучевой осциллограф (рис. 4).



рис. 4. Схема измерения времени установления кода счетчика.

Время определяется как задержка переднего фронта выходного сигнала относительно переднего фронта импульса на входе счетчика, переключающего старший разряд.

Контрольные вопросы


1. Перечислите параметры, которыми характеризуются счетчики.

2. В чем особенность счетчиков с взвешенным кодированием?

3. Назовите методы организации переноса в счетчиках.

4. В чем сущность табличного метода синтеза синхронных счетчиков?

5. Как осуществляется синтез счетчиков с произвольным модулем счета?

6. Приведите примеры кодов, в которых работают двоично-десятичные счетчики.

7. Назовите отличительную особенность самодополняющихся кодов.

8. Как строятся многоразрядные счетчики на основе интегральных JK-триггеров с логикой ЗИ на входах?