Учебное пособие: Исследование двоичных счетчиков
Кольцевой счетчик представляет собой регистр, у которого информационный вход триггеров D-типа (или оба входа JK- или RS-триггеров в случае их применения) соединен с выходом (или с обоими выходами) последней ступени, образуя замкнутое кольцо.
Если в один из разрядов регистра ввести логическую единицу или ноль, то эта единица или ноль с каждым тактовым импульсом будет переходить от триггера к триггеру с циклом, равным числу триггеров. Поскольку состояние всех триггеров регистра, за исключением одного, одинаково, активное состояние этого разряда однозначно характеризует число входных тактовых импульсов с учетом, естественно, числа циклов.
На рис. 5 показана логическая структура пятиразрядного кольцевого счетчика.
На рис. 6 показана его временная диаграмма.
Кроме RS (JK)-триггеров в таких схемах применяют также и D-триггеры. В последнем случае инверсные выходы триггеров не используются. До начала работы наряду с вводом логической 1 в первый разряд остальные триггеры устанавливаются в ноль, поскольку состояние, которое они примут в момент включения питания, непредсказуемо.
В отличие от двоичных счетчиков преобразование последовательности импульсов в требуемый код (например, восьмеричный или десятичный) здесь обеспечивается без помощи дешифратора, что является преимуществом кольцевых счетчиков. Каждый из выходов приходит в активное состояние с частотой fвых =fвх /m, где m-число триггеров, т.е. коэффициент счета кольцевого счетчика численно равен числу триггеров. Поскольку кольцевые счетчики не содержат внешних логических элементов, они обладают большим быстродействием.
Кольцевым счетчикам свойственно два недостатка.
Первый – повышенный расход триггеров и соответственно большие экономические и энергетические затраты. Так, например, для кольцевого счетчика с коэффициентом счета 16 потребуется 16 триггеров, в то время как для двоичного счетчика достаточно четырех.
Второй – вероятность сбоев. Если под действием помех произойдет ошибочный переброс отдельных триггеров, то такое состояние, раз возникнув, само не исправится. Этот недостаток устраняют введением корректирующей логической цепи, следящей за состоянием триггеров. При появлении ложных сигналов на вход подаются импульсы, исправляющие положение в новом цикле.
2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
2.1 Изучение работы двоичных счетчиков, экспериментальное исследование графа переходов счетчика
2.2 Исследование быстродействия счетчиков и способов его повышения
|
3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
3.1 Ознакомиться с заданием на проведение эксперимента
3.2 Изучить по литературе и по теоретической части двоичные счетчики
3.3 Изобразить в тетради для отчетов схемы изучаемых счетчиков
(рис. 1, 2, 3,4,5,7,8,9,10) и развернутую принципиальную схему счетчика, соответствующую рис. 11.
3.4 Продумайте методику исследования времени перехода десятичного счетчика из состояния 1001 в состояние 0000.
4. ЗАДАНИЕ НА ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
4.1 Собрать двоичный асинхронный счетчик с последовательным переносом (рис. 7). Экспериментально исследовать граф перехода счетчика. Определить время перехода счетчика из состояния 1111 в состояние 0000.
Для этого используется схема, показанная на рис. 7. Последовательность импульсов с выхода А рециркуляционного генератора подается на шину установки счетчика в состояние 1111. Эта установка является инверсной (в соответствии со свойствами триггера 155ТВ1) и производится уровнем «0» (рис. 7, б).
При наличии сигнала установки ( А = 0 ) все триггеры счетчика заблокированы и не реагируют на счетные импульсы шины С.
Для нормальной работы счетчика необходимо убрать сигнал установки 1111, т. е. сделать А = 1.
Тогда, через некоторое время tз , обусловленное инерционностью триггеров, счетчик восстановит свою работоспособность. Поэтому сигнал запуска счетчика С снимается с инверсного входа рециркуляционного генератора, что обеспечивает задержку запускающего перепада 1 – 0 относительно момента снятия сигнала установки А (момент начала «разблокирования» счетчика). Величина этой задержки tз зависит от емкости, подключенной к шине С (величина емкости должна быть не менее 40 пФ – в работе используется входная емкость осциллографа). При этом под воздействием перепада 1 – 0 на шине С счетчик начинает совершать переход в состояние 0000.
Момент окончания перехода регистрируется по изменению сигнала на выходе дешифратора DC (c инверсным входом) состояния 0000, выполненного на схеме «И-НЕ».
Инерционность дешифратора будет увеличивать регистрируемое время перехода на величину Δt.
Регистрация времени осуществляется с помощью двухлучевого осциллографа. Последовательно отсоединяя сигналы от входов схемы дешифратора, определить зависимость времени переходов от числа разрядов счетчика.
Рис. 7: а) схема асинхронного счетчика с последовательным переносом (обведена пунктиром) и схема для исследования времени перехода. б) эпюры напряжений A, B, C рисунка а)