МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

_____________

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

____________

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра ВМСиС

Поляков А.К.

Москва 2017

СХЕМОТЕХНИКА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Исследование регистров и счетчиков

Код: ____________________

Продолжительность:

160 мин.

Дисциплины:

“Схемотехника”,

Предназначено:

Для студентов по направлению информатика и вычислительная техника в соответствии с учебным планом.

.

Цель:

Цель работы состоит в изучении основных характеристик регистров и счетчиков , а также овладение практическими навыками моделирования цифровых схем

Результат обучения:

После успешного завершения занятия пользователь должен уметь: проектировать регистры и счетчики и анализировать их методом моделирования, с использованием средств САПР

Используемые программы:

ACTIVE –HDL фирмы ALDEC(бесплатная студенческая версия) или бесплатная ISE WEB PACK фирмы XILINX

План занятия:

Самостоятельная работа. 180

Задания

Задание I. Исследование счетчиков

В задании предлагается исследовать временные параметры элементов микросхем счетчиков серии кр1533 и варианты организации их структуры .

Варианты заданий соответствуют номеру студента в группе

Пункты:

1. Построить схему и исследовать работу N-разрядного суммирующего счетчика

Сравнить расчетные задержки счетчика с задержками сигналов на временной диаграмме

Варианты

№	Тип триггера,используемого в счетчике	N
1	D	3
2	JK	3
3	D	2
4	JK	3
5	D	2
6	D	3
7	JK	2
8	JK	2
9	D	3

2.Построить счетчик на базе микросхемы ИЕ7 серии кр1533 и исследовать его работу.

Определить максимальную частоту синхросигнала, на которой работает счетчик и задержки выходного сигнала по отношению к активному фронту синхросигнала. Сравнить с данными, указанными в справочнике

3. Построить счетчик по произвольному основанию на базе микросхемы ИЕ7 и исследовать его работу.

Варианты

№	основание
1	2
2	3
3	4
4	5
5	6
6	7
7	8
9	10

4. Используя два 4-разрядных двоичных счетчика, построить схему
8-разрядного суммирующего счетчика. Собрать ее в графическом редакторе и проверить правильность функционирования. Снять осциллограммы работы счетчика на интервале счета 15, 16 и 17 импульсов.

5. Построить счетчик Джонсона на любой из использовавшейся ранее вами или любой из имеющихся в библиотеке СХЕМ-ЛИБ элементной базе и исследовать его работу

Варианты

№	Число разрядов
1	2
2	3
3	4
4	5
5	2
6	3
7	4
8	5

1. Общие теоретические сведения.

Счетчики

Счетчиком называется цифровое устройство, предназначенное для счета числа входных импульсов.

Счетчик выполняет следующие операции:

– установка в ноль

– запись входной информации

– хранение

– выдача информации

– инкремент (увеличение хранящегося кода на единицу)

– декремент (уменьшение хранящегося кода на единицу)

– деление частоты входных сигналов

Основные параметры счетчика:

а) Модуль счета (основание счетчика) – M – максимальное число импульсов, после прихода которых счетчик устанавливается в исходное состояние.

б) Основным динамическим параметром является время установления выходного кода – t_k – временной интервал между моментом подачи входного сигнала и моментом установления нового кода на выходе.

t_k определяет максимально возможную частоту переключения младшего разряда счетчика.

Классификация счетчиков:

1) по величине модуля счета M:

• двоичные счетчики (модуль счета равен степени числа 2) ,

• двоично-кодированные (модуль счета может принимать любое, не равное целой степени числа два, значение).

2) по направлению счета:

• суммирующие (выполняют операцию инкремента),

• вычитающие (выполняют операцию декремента),

• реверсивные (выполняют операции инкремента и декремента).

3) по виду межразрядных связей:

• с последовательным переносом: с непосредственной связью и со

сквозным переносом,

• с параллельным переносом

· с комбинированным переносом.

4) по способу синхронизации

• синхронные (каждый триггер переключается по сигналу C),

• асинхронные (каждый триггер переключается выходным сигналом предыдущего).

Такие счетчики строят чаще всего либо на Т-триггерах, либо на JK-триггерах (в счетном режиме)

5) по способу кодирования:

• двоичные,

• счетчики Джонсона,

• счетчики с кодом "1 из N".

Состояние счетчика считывается по выходам . Входные сигналы поступают на младший разряд.

4.7.1. Счетчики с непосредственной связью.

Счетчик с непосредственной связью между триггерами относится к классу счетчиков с последовательным переносом. Счетчик может быть построен на основе D и JK триггеров, работающих в режиме счетного Т триггера.

С хема счетчика с М = 16 = 2⁴ с непосредственной связью и временная диаграмма его работы приведены на рис. 4.24 и 4.25.

Рис. 4.24. Счетчик последовательный перенос,с непосредственной связью на триггерах типа ТМ2

Рис. 4.25. Временная диаграмма работы счетчика с непосредственной связью

В схеме счетчика нет других элементов, кроме D-триггеров, включенных по схеме счетных Т-триггеров. Состояние Т-триггера меняется на противоположное на каждом фронте импульса, поступающего на вход С.

Сигнал на выходе триггера DD1 младшего разряда Q0 изменяется с частотой, равной половине частоты сигнала CLK. Фронт этой последовательности является сигналом переноса в старший разряд, собранный на триггере DD2. Таким образом, сигнал переноса последовательно передается от младшего разряда к старшему. Это счетчик с последовательным переносом.

Счетчик с непосредственной связью обладает малым быстродействием. Сигнал переноса в худшем случае достигает последнего разряда n за время, равное T_p = n t_pTQ, где t_pTQ – время задержки сигнала в триггере.

Это видно на временной диаграмме, представленной на рис. 4.26. В промежутках между состояниями 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8 видны недействительные (неправильные) состояния счетчика. Видно, что время, занятое недействительными состояниями, возрастает по направлению к старшему разряду.

Более хорошими свойствами обладает синхронный счетчик с последовательным переносом.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Отечественные микросхемы и их зарубежные аналоги

Микросхема серии КР1533	Задержка Тср макс.в нс
КР1533ЛИ9- 6 буферных элемента	9
КР1533ЛА3- 4 элемента 2И-НЕ	10
КР1533ЛИ3- 3 элемента 3И	11
КР1533ЛЕ1 – 4 элемента 2ИЛИ-Не	11
КР1533 ЛЛ1- 4 элемента 2ИЛИ	13
КР1533ЛН1- 6 элементов НЕ	10
КР1533ЛИ1- 3 элемента 2И	10

Отечественные микросхемы	Зарубежный аналог		Отечественные микросхемы	Зарубежный аналог
Дешифраторы			КР***КП12	74***253
КР***ИД4	74***155		КР***КП13	74***298
КР***ИД7	74***138		КР***КП14	74***258
КР***ИД14	74***139		КР***КП15	74***251
Счетчики			КР***КП16	74***157
КР***ИЕ2	74***90		КР***КП17	74***353
КР***ИЕ5	74***93		КР***КП18	74***158
КР***ИЕ6	74***192		КР***КП19	74***352
КР***ИЕ7	74***193		Логические элементы И-НЕ
КР***ИЕ9	74***160А		КР***ЛА1	74***20
КР***ИЕ10	74***161		КР***ЛА2	74***30
КР***ИЕ11	74***162		КР***ЛА3 (2И-НЕ)	74***00
КР***ИЕ12	74***190		КР***ЛА4	74***10
КР***ИЕ13	74***191		КР***ЛА6	74***40А
КР***ИЕ18	74***163		КР***ЛА7	74***22
КР***ИЕ19	74***393		КР***ЛА8	74***01
Регистры			КР***ЛА9	74***03
КР***ИР9	74***165		КР***ЛА10	74***12А
КР***ИР10	74***166		КР***ЛА12	74***37
КР***ИР22	74***373		КР***ЛА13	74***38
КР***ИР23	74***374		КР***ЛА21	74***1000А
КР***ИР24	74***299		КР***ЛА22	74***1020А
КР***ИР29	74***323		КР***ЛА23	74***1003А
КР***ИР30	74***259		КР***ЛА24	74***1010А
КР***ИР32	74***170		Логические элементы ИЛИ-НЕ
КР***ИР33	74***573		КР***ЛЕ1 (2ИЛИ-НЕ)	74***02
КР***ИР34	74***873		КР***ЛЕ4	74***27
КР***ИР35	74***273		КР***ЛЕ10	74***1002А
КР***ИР37	74***574		КР***ЛЕ11	74***33А
КР***ИР38	74***874		Логические элементы И
Мультиплексоры			КР***ЛИ1 (2И)	74***08
КР***КП2	74***153		КР***ЛИ2	74***09
КР***КП7	74***151		КР***ЛИ3	74***11А
КР***КП11	74***257		КР***ЛИ4	74***15А
Логические элементы И			Буферный элемент с ОК
КР***ЛИ6	74***21		КР***ЛП17	74***1035

АЛУ

ИП3	74***181		ИП4	74***182
4-х разр. АЛУ			Сх.ускор.переноса

Окончание табл. П1

Отечественные микросхемы	Зарубежный аналог			Отечественные микросхемы		Зарубежный аналог
КР***ЛИ8	74***1008А			Лог. эл-т 4И-2ИЛИ-НЕ
КР***ЛИ10	74***1011А			КР***ЛР4		74***55
Логические элементы ИЛИ					Лог. эл-т 2И-2ИЛИ-НЕ
КР***ЛЛ1	74***32			КР***ЛР11		74***51
КР***ЛЛ4	74***1032А			Лог. эл-т 3-2-2-3И-4ИЛИ-НЕ
Логические элементы НЕ					КР***ЛР13		74***54
КР***ЛН1	74***04 (2ИЛИ)			JK-триггеры
КР***ЛН2	74***05			КР***ТВ6		74***107
КР***ЛН7	74***368			КР***ТВ9		74***112А
КР***ЛН8	74***1004			КР***ТВ10		74***113А
КР***ЛН10	74***1005			КР***ТВ11		74***114А
Лог. эл-т Исключающее ИЛИ					КР***ТВ15		74***109
КР***ЛП5	74***86			D-триггеры
Буферный эл-т с 3-мя сост.					КР***ТМ2		74***74
КР***ЛП8	74***125			КР***ТМ7		74***75
Лог. эл-т Исключ. ИЛИ с ОК					КР***ТМ8		74***175
КР***ЛП12	74***136			КР***ТМ9		74***174
Буферный элемент					Триггер с раздельным запуском
КР***ЛП16	74***1034			КР***ТР2		74***279

ПРИЛОЖЕНИЕ 2