Схемотехника / Учебники и методички / lab_m4_vt_vt_aloiscevm_niy06

Арифметико-логические основы

исхемотехника электронных вычислительных машин

Лабораторный практикум

«Счётчики»

для подготовки бакалавров по ООП НИУ по направлению 230100.62 "Информатика и вычислительная техника" (факультет МПиТК),

Профиль "Элементы и устройства микропроцессорных ин- формационно-управляющих систем"

1

Лабораторная работа «Счётчики»

Цели работы: изучить принципы работы, виды и состав счетчиков; овладеть методами синтеза структур счетчиков на базе современных типов триггеров; приобрести навыки в создании, наладке и экспериментальном исследовании структур счетчиков в среде

MAX+PLUS II.

Продолжительность работы - 4 часа.

Лабораторное задание

1.Ознакомить с правилами техники безопасности в учебном ка-

бинете.

2.Выполнить синтез структур, заданных в индивидуальном задании, построить временные диаграммы работы.

3.Получить допуск к лабораторной работе, показав преподавателю выполненные задания и ответив на вопросы теоретической части.

Краткие теоретические сведения на примере выполнения индивидуального задания

1.Используя JK-триггеры, синтезировать вычитающий асинхронный счётчик, считающий от 11 до 0.

2.Используя D-триггеры, синтезировать вычитающий синхронный счётчик, считающий от 11 до 0.

Порядок выполнения работы

Используя JK-триггеры, синтезируем вычитающий асинхронный счётчик, считающий от 11 до 0.

Перед выполнением лабораторной работы студентам рекомендуется изучить теоретический материал по счётчикам [2]. Дельнейшие пояснения по выполнению лабораторной работы рассчитаны на то, что студенты имеют представление об этапах синтеза асинхронных и синхронных счётчиков.

Для синтеза асинхронного счётчика составим временную диаграмму работы, показанную на рис.1.

2

стояние на своём выходе. Поэтому на этих наборах в карте Карно ставим знак «×». В остальных клетках заполняем значения информационных входов, исходя из требуемых переходов (они отмечены дугами на рис.1) и характеристической таблицы (табл.1) для JK-триггера.

Таблица 1

Характеристическая таблица для JK-триггера

C: = 1 → 0

Заполненные карты Карно показаны на рис.2.

Минимизируем значения функций алгебры логики J3, K3, J2, K2:

J2 Q3;

K2 1;

J3 Q2 ;

K3 1.

Перед построением схемы счётчика необходимо убедиться, что он является самовосстанавливающимся, т.е. счётчик за конечное число шагов должен войти в рабочий цикл, даже если он начинает счёт из состояния, непредусмотренного режимом работы. Для этого должны быть проанализированы состояния с «12» по «15». Анализ пояснён в табл.2 - 5. «Сч.р.» в таблицах означает «Счётный режим». Следует проверку начинать с младшего разряда к старшему, т.е. от разряда Q0 к разряду Q3. Анализируя текущие состояния, таблица заполняется с правых столбцах к левым. Таким образом, получаем, что счётчик из состояния «15» (11112) перейдёт в состояние «14» (11102) и т.д. Результат проверки, оформленный в виде графа, приведён на рис.2, где в квадратах отмечены нерабочие состояния.

4

Рис.2. Карты Карно для триггеров, работающих в несчётном режиме

Таблица 2

Проверка выхода счётчика из нерабочего состояния «15»

Q3 Q2 Q1 Q0

5

Рис.3. Рабочий цикл асинхронного счётчика и вход в него из нерабочих состояний

После того как выполнена проверка на самовосстанавливаемость разрабатываемого счётчика, построем его схему (рис.4).

6

Рис.4. Схема асинхронного счётчика на JK-триггерах, считающего от 11 до 0

Рассмотрим решение второй части задания: используя D-

триггеры, синтезировать вычитающий синхронный счётчик, считающий от 11 до 0.

Для синтеза структуры синхронного счётчика необходимо заполнить таблицу переходов разрабатываемого счётчика (табл.6).

Левая часть таблицы до двойной черты перечисляет все возможные состояния простым их перечислением. Правая часть таблицы показывает, в какое состояние должен переключиться счётчик при приходе активного фронта тактового импульса на тактовые входы триггеров. В таблице знаком «-» отмечены нерабочие состояния.

Зная, что Dit = Qit+1, составим карты Карно для минимизации фуункций входов для D-триггеров. Составленные рабочик карты, а также покрытия представлены на рис.5.

В результате минимизации получаем уравнения:

D0 Q0 ;

D1 Q1Q0 Q1 Q0 ;

D2 Q2Q1 Q2Q0 Q3 Q1 Q0 Q2 (Q1 Q0 ) Q3 Q1 Q0 ;

D3 Q3Q1 Q3Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 (Q1 Q0 ) Q3 Q2 Q1 Q0 .

7

Таблица 6

Убедимся в том, что полученные соотношения описывают структуру самовосстанавливающегося синхронного счётчика, т.е. проверим, что счётчик за конечное число тактов способен выйти из нерабочих состояний в рабочий цикл. Для проверки необходимо рассмотреть все нерабочие наборы (с «12» по «15»), в каждом наборе определить состояние информационного входа каждого триггера для вычисления состояние, в которое перейдёт счётчик после прихода активного фронта тактового импульса. Из покрытий карт Карно (см. рис.5) видно, что, например, на наборе «15», D3, D2 и D1 доопределились до логической «1», так как клетки с этим номером набора попали в покрытия, а величина D0 доопределилась до логического «0». Таким образом, из состояния «15» счётчик перейдёт в состояние 11102, то есть «14». Выполняя аналогичные рассуждения, составим граф рабочего цикла и пути входа в него. Он представлен на рис.6.

8

Схема разработанного синхронного вычитающего счётчика, построенная на D-триггерах показана на рис.7.

9