МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА" ІНСТИТУТ КОМП’ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОМАТИКИ ТА МЕТРОЛОГІЇ
ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ ПОБУДОВИ ЛІЧИЛЬНИКІВ ІМПУЛЬСІВ ІНСТРУКЦІЯ до лабораторної роботи № 4а з дисципліни "ЕЛЕМЕНТИ ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ АВТОМАТИКИ" для студентів базового напряму 6.0914 "Комп'ютеризовані системи,автоматика і управління" та базового напряму 050201 "Системна інженерія" Затверджено на засіданні кафедри “Комп’ютеризовані системи автоматики” Протокол № від Львів - 2009 Дослідження методів побудови лічильників імпульсів. Інструкція до лабораторної роботи №4а з дисципліни "Елементи дискретних пристроїв автоматики" для студентів базового напряму 6.0914 «Комп'ютеризовані системи, автоматика і управління» та базового напряму 050201 «Системна інженерія» / Укл.: О.С. Вітер, Р.В. Проць – Львів: НУЛП, 2009. – 8с. Укладачі: О.С. Вітер, канд. техн. наук, доц. Р.В. Проць, канд. техн. наук, доц. Відповідальний за випуск: А.Й. Наконечний, д.т.н., проф. Рецензент: З.Р. Мичуда, д.т.н., проф. Мета роботи: вивчення методів побудови з довільним числом лічби (недвійкових лічильників) Теоретична частина Максимальне число лічби двійкового лічильника дорівнює N = 2n, де n – кількість тригерів у лічильнику. Значення N дорівнює кількості станів лічильника. Якщо задана кількість станів лічильника Nз відрізняється від дискретних значень 2n , то необхідна кількість тригерів у лічильнику визначається із нерівності 2n-1 < Nз < 2n. При цьому кількість надлишкових станів лічильника дорівнює Nн = N - Nз. Наприклад, при Nз = 5, n = 3, N = 8, і Nн = 3. Для кожного лічильника вибирається тип тригера, для якого слід знати таблицю збудження, у якій вказано, які сигнали повинні бути на входах тригера при переходах тригера з одного стану у другий, тобто при переходах: 0 → 0; 0 → 1; 1 → 0; 1 → 1. Таблиця збудження для різних типів тригерів Перехід Qt → Qt+1 D-тригер T-тригер RS-тригер JK-тригер   D T S R J K  0 → 0 0 0 0 ( 0 (  0 → 1 1 1 1 0 1 (  1 → 0 0 1 0 1 ( 1  1 → 1 1 0 ( 0 ( 0  Знак ( вказує на те, що значення вхідного сигналу можна вибрати довільним, тобто 0 або1, що не вплине на синтез лічильника. Зміна станів лічильника здійснюється за кожним тактовим імпульсом. Незалежно від вибору типу тригера будується таблиця таблиця функціонування, у якій відображається зміна станів лічильника, наприклад, при послідовності станів 0, 2, 3, 1, 4, 0, 2, 3, 1, 4, і т. д. Nз = 5, n =3 і таблиця функціонування буде мати наступний вигляд: Таблиця функціонування Q Номер стану   0 2 3 1 4  Q1t 0 0 1 1 0  Q2t 0 1 1 0 0  Q3t 0 0 0 0 1  Q1t+1 0 1 1 0 0  Q2t+1 1 1 0 0 0  Q3t+1 0 0 0 1 0  На основі таблиці функціонування складаються прикладні таблиці для тригерів, тобто переходів Qt → Qt+1вихідних сигналів кожного із тригерів при зміні усіх станів:
В клітинках карти Карно вказано стани лічильника. У наступних картах приведені переходи для виходів кожного тригера. Для виходу Q1 Для виходу Q2 Для виходу Q3


Після побудови прикладних таблиць вибирається тип тригерів для лічильника і будуються карти Карно для входів кожного тригера, заміняючи двохрозрядні числа в клітинках прикладних таблиць відповідними значеннями функцій з таблиці функціонування для вибраного тригера. Припустимо, що для лічильника вибрано JK-тригери. Тоді на їх входах повинні діяти сигнали: Вхід J1 Вхід К1


Вхід J2 Вхід К2


Вхід J3 Вхід К3


На рис. 1 приведена модель лічильника з заданим порядком лічби, одержана за допомогою програми WorkBench.
Рис. 1. Структурна схема лічильника Стани лічильника відображаються одиничними індикаторами на виходах тригерів і семисегментним десятковим індикатором при запруску програми. Значення усіх заданих станів можна підтвердити осцилограмами сигналів тактового генератора і вихідних сигналів тригерів. Такі осцилограми приведені на рис. 2, які одержані за допомогою логічного аналізатора. Розрахункова частина Згідно варіанту завдання до лабораторної роботи будується таблиця функціонування, у якій відображається задана зміна станів лічильника. На основі таблиці функціонування складаються прикладні таблиці для тригерів. Для заданого типу тригерів на основі таблиці збудження і прикладних таблиць будуються карти Карно для входів кожного тригера. Для кожного входу тригера з карти Карно записується мінімізована функція вхідних сигналів. З урахуванням елементної бази лабораторного стенду складається принципова схема лічильника.
Рис. 2. Осцилограми до рис. 1. Експериментальна частина За допомогою зовнішніх з’єднань на лабораторному стенді зібрати схему лічильника. Вхід лічильника з’єднати з формувачем одиничних імпульсів. Індикаторами станів тригерів є сітлодіоди на виході кожного тригера. Подаючи за допомогою формувача на вхід лічильника імпульси, переконатися у відповідності завданню станів лічильника. Моделювання лічильника Відкрити програму Electronics Workbench і з вікна Digital вивести на робочий стіл необхідні тригери (RS Flip-Flop, D Flip-Flop, JK Flip-Flop with Active Higt Asynch Inputs), логічні елементи з вікна Logic Gates і індикаторні елементи Red Probe i Decoded Seven-Segment Display з вікна Indicators. Зробити необхідні з’єлнання і підключити до входу лічильника тактовий генератор Clock, встановивши на ньому частоту 1 Гц. Запустити програму і переконатися у тому, що зміна станів лічильника відповідає завданню. Встановити частоту тактового генератора Clock 1000 Гц, вивести на стіл логічний аналізатор Logic Analizer і з’єднати його входи з виходами тригерів і тактового генератора. Запустити програму і одержати осцилограми з виходів лічильника. Вивести на стіл графопобудовувач Display Graphs і отримати на ньому осцилограми напруг з виходів лічильника і тактового генератора. Вказівки до звіту Звіт повинен містити: Назву і мету роботи. Варіант завдання. Таблиці функціонування і прикладні таблиці. Карту Карно і вираз для мінімізованої функції. Функції вхідних сигналів тригерів. Принципову схему лічильника. Схему моделі у програмі Electronics Workbench. Осцилограми вихідних сигналів моделі лічильника. Висновок за порівнянням осцилограм з завданням. Контрольні запитання Поясніть термін «модуль лічби». Які функції виконують лічильники імпульсів? Який зв’язок між модулем лічби і кількістю тригерів у лічильнику імпульсів? Які типи лічильників використовуються в цифровій техніці? Що таке надлишкові стани лічильника? У чому полягає різниця між двійковими і недвійковими лічильниками? Як взначаються стани лічильника за осцилограмами його вихідних сигналів? Варіанти завдань Варіант Тип тригера Послідовність станів  1 D 0,3,2,5,7,0  2 T 0,5,2,3,1,0  3 JK 0,1,4,2,6,0  4 RS 0,4,3,5,1,0  5 D 0,1,4,2,6,0  6 T 0,4,3,5,1,0  7 JK 0,5,2,3,1,0  8 RS 0,3,2,5,7,0  9 D 0,7,5,3,1,0  10 T 0,2,1,5,6,0   Список літератури Схемотехніка електронних схем: У 3 кн. Кн. 2. Цифрова схемотехніка: Підручник / В.І. Бойко, А.М. Гурджій, В.Я. Жуйков та ін. – 2-ге вид., допов. і переробл. – К.: Вища шк., 2004. – 423 с.: іл. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторнный практикум на базе Electronics Workbench и MATLAB. − М.: «Солон−Р», 2004. Короткий опис програми Electronics Workbench до лабораторних робіт з математичним моделюванням для студентів напряму 0907 “Радіотехніка”. / Укл. Проць Р.В., Яковенко І.Г. Львів: НУ”ЛП”, 2003. Навчальне видання Дослідження методів побудови лічильників імпульсів. Інструкція до лабораторної роботи №4а з дисципліни "Елементи дискретних пристроїв автоматики" для студентів базового напряму 6.0914 «Комп'ютеризовані системи, автоматика і управління» та базового напряму 050201 «Системна інженерія» / Укл.: О.С. Вітер, Р.В. Проць – Львів: НУЛП, 2009. – 8с. Укладачі: О.С. Вітер, канд. техн. наук, доц. Р.В. Проць, канд. техн. наук, доц.