 |
Счетчики импульсов и дешифраторы
|
|
|
|
Цель работы:
Изучение принципа действия цифровых счетчиков: десятичного реверсивного ИС типа К155ИЕ6 (обозначение на стенде – D3). Изучение функциональных свойств дешифратора ИС типа К155ИД2 (обозначение на стенде – D10).
1. Теоретические сведения.
1.1. Счетчики импульсов.
Подсчет числа импульсов является наиболее распространенной
операцией в устройствах цифровой обработки информации. Повышенный интерес к таким устройствам объясняется их высокой точностью, возможностью применения регистрирующих приборов с непосредственным цифровым представлением результата, а также возможностью осуществления связи с ЭВМ.
В результате цифровой обработки информации измеряемый пара-
метр (угол поворота, перемещение, скорость, частота, время,
температура и т.д.) преобразуется в импульсы напряжения, число
которых в соответствующем масштабе характеризует значение данного параметра. Эти импульсы подсчитываются счетчиками импульсов и выражаются в виде цифр.
По целевому назначению счетчики подразделяют на простые и
реверсивные. Простые счетчики, в свою очередь, подразделяют на
суммирующие и вычитывающие. Суммирующий счетчик предназначен для выполнения счета в прямом направлении, т.е. для сложения. С приходом счетного импульса на вход счетчика его показание увеличивается на единицу. Вычитающий счетчик служит для осуществления
счета в обратном направлении, т.е. для вычитания. Каждый счетный
импульс поступающий на вход вычитающего счетчика, уменьшает его
показание на единицу. Реверсивные счетчики предназначены для выполнения операции счета как в прямом, так и в обратном направлении, т.е. они могут работать в режиме сложения и вычитания.
|
|
|
Основными показателями счетчиков являются модуль счета
(коэффициент счета К) и быстродействие. Быстродействие счетчика
характеризуется максимальной частотой fсч следования счетных им-
пульсов и связанным с ней временем tуст установки счетчика. Счетчики импульсов выполняются на основе триггеров. Счет числа поступающих импульсов производится с использованием двоичной системы счисления.
1.2. Двоичные суммирующие счетчики с непосредственной
связью.
Двоичные счетчики производят счет поступающих импульсов в
двоичной системе счисления. Основным узлом двоичного счетчика
(служащим также его разрядом) является триггер со счетным запуском, осуществляющий подсчет импульсов по модулю 2.
Многоразрядные двоичные суммирующие счетчики с непосредственной связью выполняются путем последовательного соединения
счетных триггеров. Счетные импульсы подаются на счетный вход первого триггера. Счетные входы последующих триггеров связаны непосредственно с прямыми выходами предыдущих триггеров: вход второго триггера соединен с выходом первого триггера, вход третьего – с выходом второго и т.д.
Принцип действия двоичного счетчика с непосредственной
связью рассмотрим на примере трехразрядного счетчика, показанного на рис.1.а. Схема выполнена на счетчиках Тt-триггера с
внутренней задержкой. Работу схемы иллюстрируют временные диаграммы, приведенные на рис.1.б.
Перед поступлением счетных импульсов все разряды счетчика
устанавливаются в состояние "0" (Q1 = Q2 = Q3 = 0) подачей импульса на вход "Установка нуля". При поступлении первого счетного импульса первый разряд подготавливается к переключению в противоположное состояние и после окончания действия входного импульса переходит в состояние Q1 = 1. В счетчик записывается число 1. Уровень 1 с выхода Q1 воздействует на счетный вход второго разряда, подготавливая его к переключению. По окончанию второго счетного импульса первый разряд счетчика переходит в состояние "0", а второй разряд переключается в состояние "1". В счетчике записывается число 2 с кодом 010.
|
|
|
 |
Рис. 1.
Подобным образом осуществляется работа схемы с приходом последующих импульсов. Первый разряд счетчика, как видно из рис.1.б., переключается с приходом каждого входного импульса, второй разряд - каждого второго, а третий разряд срабатывает на каждый четвертый счетный импульс.
В процессе работы двоичного счетчика частота следования импульсов на выходе каждого последующего триггера уменьшается вдвое по сравнению с частотой его входных импульсов (рис.1.б.) Это свойство схемы используют для построения делителей частоты. При использовании схемы в качестве делителя частоты входной сигнал подают на счетный вход первого триггера, а входной снимают с последнего триггера. Выходная и входная частоты связаны соотношением
fвых = fвх/Ксч.
1.3. Десятичные счетчики.
Счетчики с Ксч = 10 называют десятичными или декадными. Они нашли широкое применение для регистрации числа импульсов с последующим визуальным отображением результата.
Для построения счетчика с Ксч = 10 необходимо иметь 4-х разрядный двоичный счетчик, число состояний которого следует
уменьшить с 16 до 10. Счетная последовательность десятичного
счетчика может быть представлена в двоично-кодированном десятичном коде (Q4 Q3 Q2 Q1 -8 4 2 1), в котором каждая десятичная цифра кодируется 4-х разрядным числом. Счетная последовательность суммирующего десятичного счетчика в этом случае совпадает с двоичной последовательностью от 0000 до 1001, после чего следует 0, и последовательность повторяется.
Последовательное соединение двух схем десятичного счета дает пересчет на 100, трех - на 1000 и т.д. Первая декада производит счет единиц входных импульсов от 0 до 9. Десятый импульс устанавливает разряды первой декады в состояние "0", а формируемый на его выходе импульс записывает "1" во вторую декаду, что
соответствует числу 10. Вторая декада считает десятки (от 10 до
90), третья - сотни (от 100 до 900) и т. д.
1.4. Вычитающие и реверсивные двоичные счетчики.
|
|
|
В вычитающих счетчиках с приходом очередного счетного сигнала предыдущий результат уменьшается на единицу. В вычитающем
двоичном n-разрядом счетчике реализуется счетная последовательность чисел, начиная с (2n-1) и кончая 0. Очередное число в этой последовательности получается вычитанием единицы из предыдущего числа. После получения значения 0 последовательность повторяется.
Вычитающий счетчик в отличие от суммирующего строится так,
 |
что со входом каждого последующего триггера соединяется инверсный выход предыдущего триггера. Схема вычитающего счетчика с последовательной передачей переносов приведена на рис.2.
Рис. 2.
В реверсивном счетчике объединяются схемы суммирующего и вычитающего счетчиков. Кроме того, существует возможность управления направлением счета, для чего предусматривается дополнительное цифровое устройство,
 |
Для счетных сигналов в этом счетчике предусмотрены два входа. Если счетчик работает как суммирующий, сигналы счета следует подавать на вход «+1». Для вычитающего счетчика сигналы счета подаются на вход «-1. На входе счетчика, обозначенном «>15», сигнал появляется при переходе счетчика в состояние с номером 15, в котором все триггеры установлены в состояние 1. На этом выходя формируется сигнал переноса в следующий счетчик. На выходе «<0» появляется при заполнении счетчика нулями следующий. Этот счетчик в схеме вычитающего счетчика. Условною двумя входами приведено на рис.3.
Рис. 3.
1.5. Дешифраторы.
Дешифраторами называют комбинационную логическую схему, в
которой каждой из комбинаций сигналов на входах соответствует
сигнал только на одном из его выходов. Они находят применение в
управляющих системах для выдачи управляющих воздействий в те или иные цепи в зависимости от комбинации сигналов на входах. Широко распространены дешифраторы для преобразования кодов, например двоичного или двоично-десятичного в десятичный или код семисегментных индикаторов.
На рис.4. показано условное обозначение дешифратора КР514ИД2, служащего для преобразования двоично-десятичного кода в код семисегментных знакосинтезирующих индикаторов (тип GNS-8011BUE-21, обозначение на стенде – Н12).
|
|
|
2. Подготовка к работе.
2.1. Изучить принцип работы, назначение выводов и функциональные возможности счетчика типа К155ИЕ6 и дешифратора
К155ИД2.
2.2. Изобразить временные диаграммы, поясняющие работу
счетчика в режиме суммирования и вычитания.
2.3. Составить таблицу состояний для дешифратора К155ИД2 (зависимость выходного кода от кода на входе).
2.4. Нарисовать исследуемые схемы.
2.5. Ознакомиться с порядком сборки и исследования схемы
на стенде.
 |
Рис. 4.
3. План работы.
3.1. Собрать схему для исследования счетчика, представ-
ленную на рис.5 Приложение 1 и подать напряжение питания +5В. На входе «С» должна быть логическая «1».
3.2. Обнулить счетчик, подав с помощью кнопки S3 единичный сигнал на вход R-счетчика.
3.3. Подавая с помощью кнопки S2 одиночные импульсы на вход «+1» счетчика составить таблицу состояний кода на выходах Q0-Q3 от количества поданных импульсов. Выходной код фиксируется по индикаторам Н4-Н7.
3.4. По заданию преподавателя установить код на входах D0-D3 и записать заданное число в счетчик, кратковременно подав на вход С уровень логического нуля.
3.5. Выполнить п.3., начиная счет с предварительно
записанного числа.
3.6. Подать на вход "+1" счетчика прямоугольные импульсы
от генератора ГС2 и зарисовать осциллограммы входных, выходных
Q0-Q3 импульсов и импульсов с выхода переноса в старший разряд
">9". При оформлении осциллограмм необходимо учесть состояния
входа и выходов в определенный момент времени.
3.7. Выполнить п.п.3.2 - 3.6 подавая входные импульсы на вход "-1".
3.8. Исследования интегрального дешифратора D10 проводятся совместно со схемой счетчика D3 и индикатора H12. Подать на вход дешифратора нулевой двоичный код, обнулив счетчик.
3.9. Подавая на вход "+1" счетчика одиночные импульсы
составить таблицу состояний дешифратора, т.е. зависимость состояния выходов 0-9 от двоичного кода на входе. Состояние выходов дешифратора определяется по свечению соответствующей цифры на индикаторе H12.
4. Контрольные вопросы.
4.1. Перечислить основные признаки классификации счетчиков.
4.2. Назовите и дайте краткую характеристику методов организации переноса в счетчиках.
4.3. Укажите, из каких соображений выбирается число разрядов счетчика.
4.4. Перечислите основные виды счетчиков и дайте их краткую характеристику.
4.5. Чем отличаются двоичные и двоично-десятичные счетчики?
4.6. Приведите пример схемы организации счетчика с произвольным коэффициентом деления.
|
|
|
4.7. Охарактеризуйте назначение и приведите примеры дешифраторов.
4.8. Приведите пример схемотехнической реализации дешифратора для преобразования двоичного кода в десятичный.
Приложение
|
|
|
