Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Системи управління і автоматики
Кафедра:
Автоматика і телемеханіка
Інформація про роботу
Рік:
1999
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Елементи дискретних пристроїв автоматики
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
СИНТЕЗ І ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІЧИЛЬНИКІВ ІМПУЛЬСІВ
НА ЦИФРОВИХ ІНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМАХ
ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи №27
з курсу
"ЕЛЕМЕНТИ ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ АВТОМАТИКИ"
для студентів спеціальності 7.0914.02
"Комп’ютеризовані системи управління і автоматики"
усіх форм навчання
Затверджено
на засіданні кафедри
"Автоматика і телемеханіка"
Протокол № 1 від 3.09. 1998 р.
Львів 1999
Синтез і дослідження лічильників імпульсів на цифрових інтегральних схемах з курсу "Елементи дискретних пристроїв автоматики" для студентів спеціальності “Комп’ютеризовані системи управління і автоматики” усіх форм навчання / Укл. В.Б.Дудикевич, В.М.Максимович, О.С.Вітер. - Львів: ДУЛП, 1999. - 12 с.
Укладачі: В.Б.Дудикевич, докт. техн. наук, проф., В.М.Максимович, канд. техн. наук, доц., О.С.Вітер, ст. викл.
Відповідальний за випуск: І.М.Ковела, к.т.н., доц.
Рецензенти: З.Р.Мичуда , З.М.Стрілецький кандидати техн. наук, доценти
1. МЕТА РОБОТИ
Метою роботи є ознайомлення з принципом роботи, синтез і експериментальне дослідження роботи лічильників імпульсів на цифрових інтегральних схемах.
2. ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП
Лічильники здійснюють лічбу і зберігання коду кількості підрахованих сигналів (перепадів потенціалу чи імпульсів). Для побудови лічильників, що працюють в двійковій чи других системах числення, використовують двійкові елементи, тобто елементи, що мають два стійкі стани. Такими елементами є тригери.
Цифрові лічильники характеризуються коефіцієнтом лічби (модулем лічби) , який визначає кількість можливих станів лічильника. Якщо пронумерувати послідовність вхідних сигналів від 0 до (-1), то кожному -му номеру можна поставити у відповідність його двійковий еквівалент, визначений через стан лічильника, в яких він перейде після -го вхідного сигналу. Визначаючи стани усіх тригерів лічильника за значеннями логічних змінних на їх прямих виходах, можна знайти кількість підрахованих сигналів у вигляді -розрядного двійкового коду. Значення отриманого коду зберігається в лічильнику до надходження чергового, тобто -го сигналу.
Іншою характеристикою лічильника є його швидкодія. Вона визначається двома величинами: розрізняльним часом і часом установлення коду лічильника . Під розрізняльним часом розуміють мінімально допустимий інтервал часу між двома вхідними сигналами, при якому не відбувається втрати у підрахунку сигналів. Час установлення коду є інтервалом між моментом надходження вхідного сигналу і моментом завершення переходу лічильника в новий стійкий стан.
Існують різні схеми лічильників, які відрізняються призначенням, типом і кількістю тригерів, що використовуються, організацією зв’язків між ними, порядком зміни станів та іншими особливостями структури і режимів роботи. Відповідно до цього проводять класифікацію лічильників.
За порядком зміни станів розрізняють лічильники із звичайним і довільним порядком лічби. В перших значення коду кожного наступного стану лічильника відрізняється на одиницю від коду попереднього стану. В лічильниках з довільним порядком лічби значення кодів сусідніх станів можуть відрізнятись більш ніж на одиницю. У свою чергу, лічильники із звичайним порядком лічби поділяються на прості і реверсивні. Прості ж лічильники поділяться на підсумовуючі і віднімаючі. Реверсивні лічильники залежно від значень керуючих сигналів можуть працювати як в режимі підсумовування, так і в режимі віднімання. За модулем лічби лічильники поділяються на двійкові з і недвійкові з . За способом переключення тригерів під час підрахунку сигналів лічильники поділяються на асинхронні і синхронні. В асинхронних лічильниках перехід кожного тригера з одного стану в протилежний відбувається одразу ж після зміни сигналів на його керуючих входах. В цих лічильниках переключення тригерів відбувається послідовно в часі. В синхронних лічильниках тригери переключаються за наявності відповідних сигналів на керуючих входах тільки в моменти надходження тактуючого (синхронізуючого) сигналу.
Синтез лічильника зводиться до визначення структури, що містить мінімальну кількість тригерів і зв’язків між ними, при якій забезпечується виконання лічильником необхідних функцій із заданими значеннями параметрів, і до побудови його принципової схеми.
Основними вихідними даними для синтезу лічильника, згідно з його призначенням є: 1) модуль лічби; 2) порядок зміни станів лічильника; 3) режим лічби для лічильників із звичайним порядком зміни станів (підсумовуючий, віднімаючий чи реверсивний); 4) необхідний розрізняльний час; 5) необхідний час установлення коду лічильника.
Виходячи із заданого модуля лічби , визначають необхідну кількість тригерів в лічильнику. Для двійкових лічильників для недвійкових - , де - двійковий логарифм , округлений до найближчого більшого цілого числа.
Розрізняльний час і час установлення коду лічильника враховують при виборі серії інтегральних мікросхем і типу тригерів.
Час установлення коду є основним фактором, що визначає вибір способу переключення тригерів. При асинхронному способі зростає із збільшенням кількості тригерів в лічильнику, а при синхронному способі не залежить від значення . У цьому відношенні синхронному способу слід віддати перевагу. Проте при його використанні в лічильниках з великою кількістю тригерів підвищені вимоги ставляться до навантажувальної здатності джерела синхросигналів. Асинхронний спосіб доцільно використовувати в лічильниках, що працюють як дільники частоти.
Синтез лічильників з допомогою табличного методу проводиться в такій послідовності. Виходячи із заданого порядку зміни станів лічильника, складають таблицю його функціонування. Ця таблиця містить двійкові коди усіх попередніх і наступних станів лічильника, виражених через стани тригерів в моменти часу до і після надходження чергового вхідного сигналу.
На основі таблиці функціонування для кожного тригера складають карти Карно, які показують перехід даного тригера з попереднього стану в наступний . Для цього в клітинки карти, що відповідають номерам попередніх станів лічильника, вписують 2-розрядні двійкові числа, що описують перехід тригера при зміні стану лічильника. Отримані таблиці називають прикладними. Потім складають характеристичну таблицю, в якій приводять узагальнені значення логічних функцій на входах вибраного типу тригера для усіх можливих комбінацій його переходів . Після цього 2-розрядні двійкові числа в прикладних таблицях замінюють відповідними узагальненими значеннями з клітинок характеристичної таблиці для кожного входу тригера. В результаті отримують набір карт Карно, що віддзеркалюють значення логічних функцій на всіх входах кожного тригера залежно від станів лічильника.
Використовуючи методи мінімізації логічних функцій, з отриманого набору карт Карно складають мінімізовані логічні рівняння, які зв’язують між собою входи і виходи всіх тригерів лічильника. Ці рівняння повністю визначають структуру лічильника, що синтезується.
Для прикладу розглянемо синтез синхронного підсумовуючого лічильника з на -тригерах 155ТВ1. Ці тригери мають три входи , три входи і вхід для подачі синхросигналу. Кількість тригерів в такому лічильнику
.
Таблиця 1
Q
Номер стану
0
1
2
3
4
5
6
7
Q1n-1
0
1
0
1
0
1
0
1
Q2n-1
0
0
1
1
0
0
1
1
Q3n-1
0
0
0
0
1
1
1
1
Q1n
1
0
1
0
1
0
1
0
Q2n
0
1
1
0
0
1
1
0
Q3n
0
0
0
1
1
1
1
0
Таблиця 2
Qn-1(Qn
Jn
Kn
00
0
*
01
1
*
10
*
1
11
*
0
Складаємо таблицю функціонування лічильника (таблиця 1). Виходячи з цієї таблиці, складаємо прикладні таблиці для першого, другого і третього тригерів лічильника (рис. 1). Складаємо характеристичну таблицю -тригера (таблиця 2). У цій таблиці зірочками позначені довільні значення змінних. Потім будуємо карти Карно для функції кожного тригера. Для цього замінюємо 2-розрядні числа в клітинках прикладних таблиць відповідними значеннями функцій із характеристичної таблиці (рис. 2). В отриманих картах проводимо контури, що охоплюють клітинки з одиницями. Враховуючи, що в клітинках із зірочками функція не визначена, в контури включаємо і ці клітинки. Із карт отримуємо:
; ; .
Аналогічно складаємо карти Карно для функції . Використовуючи карти Карно, для функції кожного тригера, отримаємо:
; ; .
Із отриманих виразів виходить, що на і входи першого тригера необхідно подати потенціал, що відповідає логічній одиниці, входи другого тригера необхідно з’єднати з прямим виходом першого тригера, а на входи третього тригера необхідно подати сигнал, що є кон’юнкцією прямих виходів першого і другого тригерів. Схема лічильника наведена на рис. 3.
Недвійкові лічильники мають . Для їх побудови необхідно вилучити деякі стійкі стани двійкового лічильника, що є надлишковими для недвійкового. Ці стани вилучаються з допомогою зворотних зв’язків. Задача синтезу зводиться до визначення необхідних зворотних зв’язків і мінімізації їх кількості. Кількість надлишкових станів, що вилучаються, дорівнює . Вилучатись можуть будь-які стани. В загальному випадку вибір станів, що вилучаються, залежить від призначення недвійкового лічильника.
Синхронний лічильник з будується на основі двійкового лічильника, що складається з двох тригерів, оскільки
.
Кількість надлишкових станів
.
З можливих станів лічильника вилучимо, наприклад, стан, що відповідає числу 3. Таблиця функціонування лічильника представлена таблицею 3.
Таблиця 3
Q
Номер стану
0
1
2
Q1n-1
0
1
0
Q2n-1
0
0
1
Q1n
1
0
0
Q2n
0
1
0
Прикладні таблиці і карти Карно для і входів тригерів наведені на рис.4. Клітинка з горизонтальною рискою відповідає вилученому стану лічильника. Після мінімізації отримаємо:
; ; .
Схема лічильника наведена на рис. 5.
На рис. 6 і 7 наведені схеми двійкового і двійково-десяткового реверсивних лічильників (мікросхеми К155ИЕ7 і К155ИЕ6).
3. ЗМІСТ РОБОТИ
3.1. Виконується при підготовці до роботи
1. За завданням викладача синтезувати лічильник, використовуючи заданий набір мікросхем.
2. Накреслити часові діаграми роботи лічильника.
3. Вивчити схеми лічильників на мікросхемах середнього ступеня інтеграції. Скласти часові діаграми їх роботи.
4. Скласти структурну схему дослідження лічильників.
3.2. Виконується в лабораторії
1. Зібрати лічильник, що синтезується.
2. Зняти осцилограми напруг на виходах всіх тригерів.
3. Дослідити роботу лічильників на мікросхемах середнього ступеня інтеграції. Зарисувати осцилограми напруг.
4. ВКАЗІВКИ ДО ЗВІТУ
Звіт повинен містити.
1. Завдання.
2. Матеріали синтезу лічильника.
3. Структурні схеми дослідження лічильників.
4. Схеми лічильників, що досліджуються.
5. Часові діаграми роботи лічильників.
6. Осцилограми.
5. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1. Які основні характеристик лічильників?
2. У чому різниця між простими і реверсивними лічильниками?
3. У чому різниця між синхронними і асинхронними лічильниками?
4. Які основні етапи синтезу лічильників?
5. Які основні вихідні дані при синтезі лічильників?
6. Як визначається необхідна кількість тригерів в двійкових і недвійкових лічильниках?
7. Що таке характеристична таблиця тригера?
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Ч.1. Электронные устройства информационной автоматики: Учебник/ Под общ. ред. А.А.Краснопрошеной.-К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989.
2. Цифрова техніка: Навчальний посібник / Б.Є.Рицар. - К.: НМК ВО, 1991.
3. Проектирование радиоэлектронных устройств на интегральных микросхемах. Под ред. С.Я.Шаца. - М.: Советское радио, 1976.
Навчальне видання
СИНТЕЗ І ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІЧИЛЬНИКІВ ІМПУЛЬСІВ
НА ЦИФРОВИХ ІНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМАХ
ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи №27
з курсу
"ЕЛЕМЕНТИ ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ АВТОМАТИКИ"
для студентів спеціальності 7.0914.02
"Комп’ютеризовані системи управління і автоматики"
усіх форм навчання
Укладачі: Валерій Богданович Дудикевич Володимир Миколайович Максимович Олександр Сергійович Вітер
Редактор Губарева О.М.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора