1 Лабораторная работа 1. Логические элементы 1 Цель работы
 Скачать 0.99 Mb.
|
|
4.5 Вопросы 1. Объясните структуру и режимы работы асинхронного RS-триггера с прямыми входами. 2. Объясните структуру и режимы работы асинхронного RS-триггера с инверсными входами. 3. Постройте схему асинхронного RS-триггера с прямыми входами на элементах NAND. 4. Объясните структуру и режимы работы синхронного RS-триггера со статическим управлением. 5. В чем состоит различие статического и динамического управления триггерами? 6. Как использовать D-триггер в качестве счетного триггера? 7. Как использовать JK-триггер в качестве счетного триггера? 8. Какие функции выполняют сигналы на входах R и S микросхем D- и JK-триггеров? 5 Лабораторная работа №5. Последовательностные устройства 5.1 Цель работы: - освоение различных режимов ввода информации в регистры; - освоение принципов работы и структурных различий суммирующих и вычитающих счетчиков; - освоение структурных принципов изменения модуля счета счетчика; - освоение структурных принципов построения кольцевого счетчика; - ознакомление с принципом формирования синхросигналов. 5.2 Рабочее задание 5.2.1 Исследования на стенде Degem Systems 5.2.1.1 Исследовать режимы последовательного и параллельного вводов информации в регистры. 5.2.1.2 Исследовать работу асинхронных суммирующих и вычитающих счетчиков. 5.2.1.3 Исследовать работу формирователя импульсов. 5.2.1.4 Исследовать работу кольцевого счетчика. 5.2.2 Исследования в системе моделирования Electronics Workbench 5.2.2.1 Исследовать принципы работы двоичного счетчика и возможности структурного изменения модуля счета. 5.2.2.2 Исследовать режимы работы реверсивного счетчика. 5.2.2.3 Исследовать режимы работы универсального регистра. 5.3 Оборудование рабочего места: - лабораторный стенд PU-2000; - съемная плата EB-133; - соединительные провода и перемычки; - компьютер с загруженной программной средой Electronics Workbench. 5.4 Методические указания к выполнению работы 5.4.1 Краткие сведения из теории и практические рекомендации Последовательностными устройствами называются устройства, выходные сигналы которых определяются комбинацией входных сигналов и их предыдущими состояниями, т.е. это – устройства с памятью. Типичными представителями последовательностных устройств являются регистры и счетчики. Регистры – устройства для хранения многоразрядного слова. Регистры могут быть построены с помощью любых триггеров (например, D-триггеров). По способу ввода информации различают регистры с последовательным вводом (сдвиговый регистр) и с параллельным вводом. В первом случае многоразрядная информация подается на вход первого триггера разряд за разрядом, а на входы следующих триггеров информация поступает с выхода предыдущего триггера. Запись входных информаций в соответствующие триггеры осуществляется синхросигналом, подаваемым на все триггеры одновременно. Следовательно, последовательный ввод четырехразрядного слова в регистр осуществляется подачей четырех синхросигналов. Во втором случае каждый бит информации подается на вход соответствующего триггера и запись их осуществляется одним синхросигналом. Во второй части лабораторного занятия предлагается исследовать режимы работы универсального регистра, который включает режимы параллельной загрузки, сдвига налево и направо, и разумеется, хранения. Счетчики – устройства, предназначенные для подсчитывания числа поступающих на их вход импульсов. Изменение состояния счетчика осуществляется по фронту или по срезу импульсов. Счетчики могут быть построены с помощью счетных триггеров. Напоминаем, что для использования D-триггера в режиме счета его инверсный выход необходимо замкнуть на информационный вход, а счетный режим JK-триггеров обеспечивается единичными уровнями на его информационных входах. В наборе микросхем программы EWb имеется двоичный счетчик 7493, который состоит из структурно разъединенных одноразрядного и трехразрядного счетчиков. Предлагается этот счетчик использовать в дальнейших экспериментах в качестве источника четырехразрядной двоичной информации, соответственно оформив его вместе с подсоединенным генератором в виде подсхемы. Реверсивный счетчик 74169 может быть использован как суммирующий или вычитающий счетчик, он также обладает возможностью параллельной загрузки. Еще одним представителем последовательностных устройств, предлагаемых к исследованию, являются формирователи синхросигналов, используемые в устройствах управления. Их основной функцией является формирование импульсов (синхросигналов) в определенной заранее заданной последовательности. 5.4.2 Порядок выполнения рабочего задания К п.5.2.1.1. Установите плату EB-133 на лабораторный стенд и выполните соединения для исследования сдвигового регистра (рисунок 5.1). Установите переключатели B и C на “1”. Установите переключатель A на “0” и подайте несколько синхроимпульсов, чтобы сбросить все четыре триггера. Осуществите запись числа 1101, подавая на вход регистра значения битов, начиная со старшего разряда, и подавая синхросигнал после подачи каждого бита.  Рисунок 5.1 Для исследования порядка параллельного ввода информации в регистр подключите пять проводов к выводам A, B, C, D и CLK регистра, как показано на рисунке 5.2. Этим достигается соединение переключателей к соответствующим выводам регистра.  Рисунок 5.2 Установив с помощью переключателей A, B, C, D некоторый двоичный код на информационных входах регистра, зафиксируйте его сигналом от переключателя CLK. Обратите внимание на направление переключения переключателя CLK, при котором происходит запись информации в регистр. К п.5.2.1.2. Выполните соединения, обеспечивающие схему трехразрядного асинхронного суммирующего счетчика на JK-триггерах (рисунок 5.3). С помощью переключателей A, B и C установите входные сигналы первого триггера так, чтобы он находился в счетном режиме, т.е. установите A = B = C = 1.  Рисунок 5.3 Подавая сигналы синхронизации с помощью переключателя CLK, запишите состояния триггеров в таблицу 5.1. Обратите внимание на момент изменения сигнала CLK, при котором происходит изменение состояния триггеров, и отметьте это. Т а б л и ц а 5.1
Измените схему асинхронного счетчика, для того, чтобы остановить счет на заранее определенном значении (рисунок 5.4).  Рисунок 5.4 Подавая сигнал синхронизации с помощью переключателя CLK, запишите состояния триггеров в таблицу 5.2. Т а б л и ц а 5.2
По полученным результатам сделайте вывод о характере работы данного счетчика. Соберите схему трехразрядного асинхронного вычитающего счетчика на JK-триггерах (рисунок 5.5).  Рисунок 5.5 Изменяя сигнал синхронизации с помощью переключателя CLK, запишите состояния триггеров в таблицу 5.3. Т а б л и ц а 5.3
К п.5.2.1.3. Соберите схему, представленную на рисунке 5.6. Эта схема соответствует цепи синхронизации на D-триггерах, которая генерирует последовательность сигналов синхронизации из 15 различных состояний. Рисунок 5.6 Установите переключатель A на “0”, а переключатели B и C на “1”. Подайте несколько синхроимпульсов, чтобы сбросить все 4 триггера. Установите переключатель А на “1” и подайте один синхроимпульс, чтобы установить первый триггер на “1”. Отсоедините провод А и подключите его к выходу элемента 9. Эта цепь синхронно изменяет состояние выходов триггеров по сигналам синхронизации, прикладываемым к их входам CLK. Используя переключатель CLK для изменения состояния на синхронизирующем входе, заполните таблицу состояний устройства (таблица 5.4). Т а б л и ц а 5.4
По полученным данным постройте временные диаграммы работы устройства (рисунок 5.7). Просмотрев построенные временные диаграммы, обратите внимание, что выходные значения Q изменяются только на фронтах синхроимпульса (при возрастании).  Рисунок 5.7 К п.5.2.1.4. Для того, чтобы приступить к следующему эксперименту, возвратите схему в первоначальное состояние, изображенное на рисунке 5.6. Установите переключатель A на “0”, а переключатели B и C на “1”. Подайте несколько синхроимпульсов, чтобы сбросить все 4 триггера. Отсоедините провод от входа A и подключите провод обратной связи (между Q4 и входом D1), как показано на рисунке 5.8. Эта цепь пускает по кругу информационные импульсы, подаваемые на первый триггер, с каждым полученным импульсом синхронизации. Последний триггер передает сигнал на первый – отсюда название “кольцевой счетчик”.  Рисунок 5.8 На мгновение установите переключатель B на “0” и сразу обратно на “1”. Используя переключатель CLK для изменения состояния на синхронизирующем входе, заполните таблицу состояний устройства (таблица 5.5). Т а б л и ц а 5.5
По полученным данным постройте временные диаграммы работы устройства (рисунок 5.9).  Рисунок 5.9 К п.5.2.2.1. Соберите схему по рисунку 5.10. Подавая тактовые сигналы с помощью клавиши С, исследуйте работу счетчика. Проверьте назначение сигналов на выводах R01 и R02 триггера.  Рисунок 5.10 Для использования в качестве источника данных в дальнейших экспериментах создайте подсхему “Data”, объединяющую счетчик с генератором с частотой 1 Hz (рисунок 5.11).  Рисунок 5.11 Проверьте модуль счета счетчика, представленного на рисунке 5.12.  Рисунок 5.12 К п.5.2.2.2. Соберите схему для исследования режимов работы реверсивного счетчика 74169 (рисунок 5.13). Проанализируйте режимы его работы.  Рисунок 5.13 К п.5.2.2.2. Соберите схему для исследования режимов работы универсального регистра 74194 (рисунок 5.14). Проанализируйте режимы его работы.  Рисунок 5.14 5.5 Вопросы 1. Поясните принципы последовательного ввода информации в регистр. 2. Поясните принципы параллельного ввода информации в регистр. 3. Как можно получить счетчик с модулем счета 13? 4. Чем структурно различаются суммирующий и вычитающий счетчики? 5. Опишите принципы работы формирователя синхроимпульсов. Список литературы 1. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. 2. Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных устройств. Цифровые устройства. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. 3. Сугано Т. Дж., Уидмер Н. С. Цифровые системы. Теория и практика: Пер. с англ. – М.: Издательский дом “Вильямс”, 2004. 4. Опадчий Ю. Ф., Глудкин О. П., Гуров А. И. Аналоговая и цифровая электроника / Под ред. О.П. Глудкина. – М.: Радио и связь, 2003. 5. Токхейм Р. Основы цифровой электроники: Пер. с. англ. – М.: Мир, 1988. 6. Шанаев О.Т. Система моделирования Electronic Workbench / на казахском и русском языках. – Алматы, 2003. СОДЕРЖАНИЕ Введение 1 Лабораторная работа №1. Логические элементы 2 Лабораторная работа №2. Комбинационные устройства 3 Лабораторная работа №3. Дешифраторы и мультиплексоры 4 Лабораторная работа №4. Триггеры 5 Лабораторная работа №5. Последовательностные устройства Список литературы |