3.2. Рабочее задание

3.2.1. Выполните на лабораторном стенде коммутацию, соответствующую разработанной схеме, проверьте ее правильность. Включите питание стенда, установите минимальную частоту ГТИ. Проверьте наличие на колодках переходной панели и XS6 напряжений +5 В, 0 В, лог.0 и сигналов ГТИ, а также связей между выводами микросхем. Выключите питание стенда.

3.2.2. Установите в колодки микросхемы и МИ (следите за положением ключей!), включите питание. Подайте какую-либо четную кодовую комбинацию на адресные входы демультиплексора. Последовательно перебирая кодовые комбинации на адресных входах мультиплексора, наблюдайте результат. Проверьте действие сигнала на входе Е мультиплексора. Если работа схемы не соответствует исходной таблице функционирования, найдите ошибку в таблице соединений или в коммутации. Пользуйтесь при этом индикатором логических уровней стенда, установив режим "ступенька" и подключая щуп непосредственно к выводам микросхем.

3.2.4. Если схема работает нормально, проведите три серии опытов, задав два четных кода на входы демультиплексора и один нечетный. В каждой серии исследуйте работу устройства, задавая на входы мультиплексора два нечетных кода и один четный. Сведите результаты в таблицу, составив ее в координатах "адресная кодовая комбинация на демультиплексоре/комбинация на мультиплексоре" и заполняя каждую клетку номером задействованного индикатора МИ и наименованием индицируемого сигнала. Сверьте результаты с исходными таблицами функционирования. Подготовьте словесное описание работы вашей схемы, занесите в отчет краткие ВЫВОДЫ по полученным результатам.

4. Контрольные вопросы

1. Дайте общее определение коммутаторов, их классификацию и определения подклассов.

2. Приведите логическую структуру мультиплексора и демультиплексора и принципиальные схемы этих коммутаторов.

3. Разработайте схему двухканального мультиплексора 4-1 на основе логических элементов типов ЛА и ЛР.

4. Разработайте схему коммутатора 8-1 на основе элементов типов ЛА и ЛР с расширителями ЛД.

5. Изложите сведения о назначении, принципе действия и функциональных схемах мультиплексоров и демультиплексоров, существующих в интегральном исполнении.

6. Приведите назначение каждого входа и выхода микросхем КП7 и ИД4.

7. Разработайте схемы на базе одной (!) микросхемы К555КП7 и инвертора для реализации следующих выражений:

8. Предложите схемы, иллюстрирующие все варианты применения демультиплексора ИД4.

9. Дайте словесное описание работы схемы, разработанной в ходе лабораторной работы, указав разрядность адресных комбинаций, использование входа Е мультиплексора.

ИССЛЕДОВАНИЕ СЧЕТЧИКА Лабораторная работа № 4

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Изучить принципы построения схем счетчиков.

1.2. На примере загружаемого реверсивного счетчика получить практические навыки использования многофункциональных микросхем в различных режимах.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

2.1. Определение счетчиков

Счетчики – общее название последовательностных элементов цифровой микросхемотехники, выполняющих несколько логических функций. Основной функцией может быть либо подсчет поступающих на вход импульсов (счетных импульсов) с выдачей текущего результата счета в заданном коде, либо выделение нужного числа импульсов из серии постоянной длины, либо деление частоты входного импульсного сигнала. Счетчики, способные выполнять и подсчет импульсов и деление частоты, можно отнести к полным, а выделяющие заданное число импульсов K из серии N – к специальным. Делители с этой точки зрения представляют собой частный случай специальных счетчиков с выделением одного импульса из N. Дополнительные функции обеспечивают установку счетчика в заданное состояние перед счетом, переход в режим хранения, управление направлением счета и др. Структурно счетчики состоят из нескольких соединенных каскадно схем Т-триггеров. Наиболее характерны два способа построения счетчиков: с последовательным (рис. 4.1, а) и с параллельным переносом (рис. 4.1, б – цепь обнуления R не показана). В счетчике с последовательным переносом триггеры соединены последовательно, так что каждый последующий разряд срабатывает после того, как переключился предыдущий. Результат снимается в виде двоичного кода с выходов всех разрядов одновременно. Сигнал с выхода старшего разряда может использоваться для подачи на вход счетчика старших разрядов (Q₄ =P₄). Быстродействие таких счетчиков невелико, что обусловлено последовательным во времени срабатыванием разрядов. Соответственно быстродействие счетчика в n раз меньше быстродействия составляющих его триггеров (n – разрядность счетчика), смена кодов на выходах может сопровождаться последовательностью ложных переходных состояний (например, вместо перехода 0111₂-1000₂ получаем 0111-0110-0100-0000-1000). Микросхемы счетчиков с такой организацией переноса называют асинхронными.

С четчик с параллельным переносом (синхронный) характеризуется наибольшим быстродействием, поскольку счетные импульсы воздействуют одновременно на все триггеры. Условие переключения определяет логический элемент И, включенный на входе Е каждого разряда счетчика. На выходе этого элемента формируется разрешающий переключение сигнал, если все предыдущие разряды имеют состояние лог.1. Таким образом, с поступлением каждого счетного импульса переключаются те триггеры, которым предшествуют разряды с состоянием лог.1 на выходах. При заполнении счетчика единицами формируется сигнал переноса P в старший разряд. Наличие выхода сигнала переноса позволяет объединять между собой четырехразрядные счетчики путем соединения выхода переноса одной микросхемы со счетным входом другой. Быстродействие полученного каскадированного счетчика будет меньше быстродействия составляющих его микросхем. Другим классификационным признаком счетчиков является направление счета. По этому признаку различают счетчики суммирующие (up-counter), вычитающие (down-counter) и реверсивные (up-down-counter). В первых с каждым счетным импульсом результат увеличивается на 1. В вычитающих счетчиках имеет место обратная смена состояний. Реверсивные счетчики могут работать в режимах суммирования и вычитания.

По способу кодирования внутренних состояний полные счетчики делятся на подгруппы: двоичные, двоично-десятичные (декадные), двенадцатиричные (ИЕ4) счетчики, счетчики Джонсона (выпускаются в сериях КМОП) и др. Наиболее полно представлены в различных сериях микросхем двоичные счетчики. Как правило, микросхемы двоичного счетчика содержат четыре разряда, могут иметь выходы сигналов переноса и, следовательно, допускают непосредственное соединение с другой такой же микросхемой при наращивании разрядности счетчика. Наряду с двоичными широкое распространение получили двоично-десятичные счетчики. В отличие от двоичных они имеют число состояний, равное 10, а не 2ⁿ. В схеме такого счетчика четыре триггера, но шесть "лишних" состояний исключены. Во всех счетчиках предусмотрены дополнительные входы обнуления R, а во многих – входы разрешения предварительной установки состояния L. Эти функции обычно используют при реализации делителей. Выполняться они могут как асинхронно, так и синхронно (в момент подачи очередного счетного импульса). Функция L обычно имеет приоритет перед функцией счета, а функция R – перед ними обеими, так что одновременная подача нескольких управляющих воздействий ведет к выполнению наиболее приоритетной функции.