Лабораторная работа по микроэлектронике. Лабораторная по микроэлектронике. Лабораторная работа 1 по дисциплине Микроэлектроника Вариант 44 Синхронный счетчик с заданной последовательностью смены состояний
 Скачать 264 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Лабораторная работа 1 по дисциплине «Микроэлектроника» Вариант 44 «Синхронный счетчик с заданной последовательностью смены состояний» Выполнил: студент ФДО ТУСУР 2020 Цель лабораторной работы — проектирование и экспериментальная проверка работы синхронного счетчика с произвольной последовательностью смены состояний. Задание. Спроектировать счетчик, состояния которого изменяются в цикле в следующей последовательности: 9-13- 3- 11- 0- 8- 2- 4- 15. Синтез счетчика.В структуру счетчика должен входить блок элементов памяти и комбинационная схема переходов. В качестве элементов памяти можно использовать синхронные D - триггеры с динамическими тактовыми входами. Количество триггеров определяется выражением n = [log2Qmax ]+1, где Qmax - десятичный код максимального состояния счетчика в цикле. Для проектируемого счетчика Qmax = 15, поэтому блок элементов памяти должен содержать n =[log215]+1=[3,907]+1=3+1=4 триггера. Поскольку счетчик синхронный, входы синхронизации всех триггеров объединяются и используются как счетный вход счетчика. Состояние счетчика определяется двоичным кодом, зафиксированным на его триггерах. Комбинационная схема переходов представляет собой комбинационное цифровое устройство, имеющее n = [log2Qmax ]+1 входов и n = [log2Qmax ]+1 выходов. На входы схемы подаются сигналы с прямых выходов D-триггеров. Сигналы с выходов схемы переходов воздействуют на информационные входы D - триггеров. Таким образом, на каждом выходе схемы переходов реализуется булева функция от n = [log2Qmax ]+1 аргументов: Di = fi (Qn ,…,Q1) , i =1,n . Таблицы истинности этих функций определяются таблицей переходов счетчика. Таблица 1 – Таблица переходов счетчика с последовательностью смены состояний 9-13- 3- 11- 0- 8- 2- 4- 15
На основании таблицы переходов формируется совмещенная таблица истинности функций D4 = f4(Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1), D3 = f3(Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1), D2 = f2(Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1), D1 = f1(Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1). Таблица 2 — Совмещенная таблица истинности функций D4 ,D3,D2 ,D1
Для минимизации булевых функций D4 = f4(Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1), D3 = f3(Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1) , D2 = f2(Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1), D1 = f1(Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1) сформируем карты Карно следующей структуры:  Рис.1 – Карта Карно функции четырех переменных с номерами логических наборов аргументов    Рис.2 – Карты Карно для функций D1 = f1(Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1), D2 = f2(Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1), D3 = f3(Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1), D4 = f4(Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1) Этап минимизации булевых функций по картам Карно отражает рис.2. Минимизированные выражения булевых функций имеют вид:  ; (1)  ; (2)  (3) . (4)Для проверки правильности функционирования счетчика необходимо сигналы с прямых выходов D-триггеров подать на семисегментный индикатор, соблюдая соответствие весов разрядов выходов счетчика и входов индикатора. Такая проверка производится в режиме моделирования схемы (режим инициируется кнопкой «Запустить моделирование»). Для подтверждения правильности работы сформируем сигнал, уровень которого в соответствующих тактовых интервалах пропорционален двоичному коду на выходе счетчика. Для формирования такого сигнала дополним схему счетчика цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), выполненном на операционном усилителе (рис.3).  Рис.3 – Цифроаналоговый преобразователь Выходное напряжение ЦАП определяется выражением [1]:  (5)где Qk– двоичная цифра k-го разряда выходного кода счетчика; Q = 8∙Q4 + 4∙Q3 + 2∙Q2 + 1∙Q1 — десятичный номер состояния счетчика; UQ– амплитуда сигналов на выходах D-триггеров. С целью обеспечения равенства  необходимо выполнение условия  , откуда  . Положим R =10 кОм, тогда Rос=16 кОм. Для обеспечения положительной полярности напряжения на осциллограмме необходимо выходной сигнал ЦАП подать на общий вход осциллографа, а сигнальный вход осциллографа заземлить.На счетный вход счетчика подадим сигнал с генератора импульсов. В редакторе свойств (открывается путем двойного клика мыши на графическом обозначении генератора), в разделе «Параметры» рекомендуется установить следующие значения: ll = 0;hl = 5; ic = 0; td = 0; tr = 0; tf = 0; pw = 0,5; per = 1 (рис.4).  Рис.4 – Параметры генератора импульсов Экспериментальная проверка функционирования счетчика Виртуальный макет синтезированного счетчика представлен на рис.5.  Рис.5 – Виртуальный макет синтезированного счетчика Осциллограмма сигнала с выхода ЦАП представлена на рис.6.  Рис.6 – Осциллограмма сигнала с выхода ЦАП Осциллограмма подтверждает, что счетчик работает циклически с коэффициентом пересчета kсч = 9, а последовательность смены состояний счетчика 9-13-3-11-0-8-2-4-15. Следовательно, синтез синхронного счетчика с заданной последовательностью смены состояний произведен правильно. Список литературы 1.Легостаев Н.С., Четвергов К.В. Микроэлектроника: методические указания по изучению дисциплины. — Томск: Факультет дистанционного обучения, ТУСУР, 2012. — 86 с. |