• Nie Znaleziono Wyników

Projektowanie liczników

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Projektowanie liczników"

Copied!
7
0
0

Pełen tekst

(1)

P

OLITECHNIKA

C

ZĘSTOCHOWSKA

W

YDZIAŁ

E

LEKTRYCZNY

I

NSTYTUT

E

LEKTRONIKI

I

S

YSTEMÓW

S

TEROWANIA

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

TEMAT: Projektowanie liczników

(2)

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest ukształtowanie umiejętności projektowania i budowania liczników z użyciem przerzutników.

2. Wiadomości teoretyczne

Liczniki są to układy służące do zliczenia impulsów i pamiętania ich liczby oraz wykonywania operacji, które można sprowadzić do zliczania impulsów. Podstawowym elementem licznika jest przerzutnik z wejściem zegarowym (bez wejść programujących), który dzieli przez 2 częstotliwość impulsów podawanych na to wejście. W praktyce otrzymuje się go z przerzutników typu T, D lub JK.

Oprócz wejścia dla impulsów zliczanych, licznik ma zazwyczaj wejścia ustawiające jego stan początkowy. Ustawienie wszystkich przerzutników wchodzących w skład licznika, niezależnie od ich aktualnych stanów, w stan 0 nazywa się zerowaniem.

Stan licznika (jego zawartość) określany jest przez poziomy sygnałów wyjściowych poszczególnych jego stopni. Sygnały te są zwykle podawane do układu dekodującego.

Licznik ma określona pojemność P, zwaną też cyklem pracy licznika; oznacza to że każdy stan licznika powtarza się po P impulsach wejściowych. Licznik taki nazywa się licznikiem modulo P. Pojemność licznika jest wyznaczona liczbą wszystkich możliwych stanów poszczególnych n jego stopni (przerzutników).

Liczbę n nazywa się długością licznika. Długość licznika może być stała lub nastawna. W celu umożliwiania łatwego przekształcania różnych kombinacji sygnałów wyjściowych licznika na liczby dziesiętne, poszczególnym stopniom licznika przyporządkowuje się określone wagi i tak np. licznik złożony z czterech stopni posiada kolejno wagi 1, 2, 4, 8.

Liczniki o pojemnościach P1,P2. …Pn można łączyć ze sobą otrzymując licznik o pojemności

P=P1∙P2∙ ∙∙∙ Pn.

Jeżeli wszystkie człony składowe licznika mają pojemność równą 2, ta cały licznik jest

nazywany dwójkowym o pojemności wynoszącej P=2n; jeżeli zaś wszystkie człony składowe

licznika mają pojemność równą 10, to cały licznik jest nazywany dziesiętnym lub

dekadowym a jago pojemność wynosi P=10n.

W pewnych przypadkach potrzebne są liczniki o zmiennej pojemności, zwane taż licznikami o programowanej pojemności. Zmianę pojemności licznika realizuje się dwoma sposobami. Pierwszy polega na zmianie struktury logicznej układu w funkcji sygnałów sterujących pojemnością licznika, zaś drugi sposób - na zmianie stanu początkowego, od którego licznik rozpoczyna zliczanie impulsów po kolejnym napełnianiu się.

Licznik, którego zawartość zwiększa się pod wpływem impulsów podawanych na wejście zegarowe jednego (zazwyczaj pierwszego) przerzutnika, nazywa się licznikiem asynchronicznym. Natomiast licznik, w którym impulsy zliczane podawane są na wejścia zegarowe wszystkich jego przerzutników nazywa się licznikiem synchronicznym. Z kolei licznik, w którym impulsy zliczane podawane są tylko na wejścia zegarowe niektórych przerzutników nazywa się licznikiem asynchroniczno-synchronicznym. Licznik, którego zawartość wzrasta w trakcie liczenia kolejnych impulsów nazywa się licznikiem zliczającym w przód, jeśli natomiast zawartość licznika maleje - licznikiem zliczającym wstecz. Obydwa te liczniki określa się jako liczniki jednokierunkowe. Dwukierunkowym lub rewersyjnym (nawrotnym) jest licznik zliczający zarówno w przód jak i wstecz.

(3)

zawartości. Szybkość działania liczników określa maksymalna dopuszczalna częstotliwość impulsów zliczanych, zaś czas ustalania się jego zawartości jest czasem upływający pomiędzy chwilą pojawienia się impulsu wejściowego, a ustalaniem się zawartości licznika, odpowiadającej danemu przypadkowi.

Maksymalny czas ustalania zawartości licznika asynchronicznego jest sumą czasów propagacji wszystkich przerzutników, zaś w liczniku synchronicznym równy jest sumie czasu propagacji przerzutników i czasów propagacji sygnału przez układy kombinacyjne realizujące zbiór funkcji przełączających, określonych mianem przeniesień.

Licznik synchroniczny zawierający układ kombinacyjny wytwarzający odpowiednie przeniesienia dla wejść informacyjnych przerzutników w sposób równoległy nazywa się licznikiem synchronicznym z przeniesieniem równoległym zaś licznik z układem kombinacyjnym szeregowym nazywa się licznikiem synchronicznym z przeniesieniem szeregowym.

Liczniki oprócz wejścia zliczającego i zerującego mogą mieć również wejścia równolegle, służące do wpisywania do nich dowolnej zawartości początkowej.

Wpisywanie równoległe może odbywać się niezależnie od zliczania - jest to tzw. wpisywanie asynchroniczne; wpisywanie odbywające się pod wpływem impulsów podawanych na wejście zegarowe licznika nazywa się wpisywaniem szeregowym.

2.1. Przykład projektu licznika

Zaprojektować, używając przerzutników JK, synchroniczny (równoległy) licznik mod 10, zliczający w dwójkowym kodzie naturalnym w przód.

Tok postępowania:

1. W pierwszym kroku należy określić liczbę stanów projektowanego układu

sekwencyjnego. Licznik mod n ma zawsze n stanów. Numerujemy te stany kolejnymi liczbami dziesiętnymi, np. od O do 9. Licznik zliczający do przodu (zwiększający o l swą zawartość) po każdym takcie zegara powinien przechodzić z aktualnego stanu do stanu o numerze o l większym niż stan bieżący. Licznik zliczający do tyłu (zmniejszający o l swą zawartość) po każdym takcie zegara powinien przechodzić z aktualnego stanu do stanu o numerze o l mniejszym niż stan bieżący.

Tabela 1 QD QC QB QA Q+ D Q+C Q+B Q+A 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0

(4)

2. Określamy minimalną liczbę potrzebnych przerzutników oraz kodujemy stany licznika

stanami tych przerzutników. Aby możliwe było zakodowanie 10 stanów licznika należy użyć co najmniej 4 przerzutników. Ponieważ w poleceniu określono, że licznik ma zliczać w kodzie dwójkowym naturalnym, to zakodowane tablice przejść przyjmą postać jak na rys. 1.

3. Dokonujemy wyboru rodzaju przerzutników, z których licznik będzie budowany. W tym

przykładzie, zgodnie z poleceniem, użyjemy przerzutników JK. Rodzaj przerzutnika może być jednak dowolny. Musi to być jednak przerzutnik synchroniczny wyzwalany zboczem.

4. Określamy tablice wzbudzeń przerzutników (rys. 2). Na podstawie tablicy przejść

projektowanego układu sekwencyjnego oraz tablicy wzbudzeń (rys.2a) przerzutnika JK określamy dla każdego przerzutnika stany wejść J i K, zapewniające zachowanie się przerzutnika zgodne z tablicą przejść.

Przykładowo: przy przejściu licznika ze stanu 0001 do stanu 0010 należy określić, jakie sygnały wzbudzeń należy zapewnić dla przerzutnika B, żeby przerzutnik zmieniał swój stan z

0 na 1. Z tablicy wzbudzeń przerzutnika JK (rys.2a) odczytujemy, że takie zachowanie się

przerzutnika gwarantuje nam doprowadzenie do jego wejść informacyjnych sygnałów JB =1 i KB = dowolnego (1 lub 0)- co zapisujemy, w miejscu odpowiadającym temu przejściu, w tworzonej tablicy wzbudzeń (rys. 2b).

a) b) QQ+ J K QDQCQBQA JDKD JCKC JBKB JAKA 0 0 0 - 0 0 0 0 0 - 0 - 0 - 1 -0 1 1 - 0 0 0 1 0 - 0 - 1 - - 1 1 0 - 1 0 0 1 0 0 - 0 - - 0 1 -1 -1 - 0 0 0 1 1 0 - 1 - - 1 - 1 0 1 0 0 0 - - 0 0 - 1 -0 1 -0 1 0 - - 0 1 - - 1 0 1 1 0 0 - - 0 - 0 1 -0 1 1 1 1 - - 1 - 1 - 1 1 0 0 0 - 0 0 - 0 - 1 -1 0 0 -1 - 1 0 - 0 - - 1

Rys. 2. Tablica wzbudzeń przerzutnika JK(a), tablica wzbudzeń licznika (b)

Wyznaczamy postacie minimalne funkcji wzbudzeń, posługując się metodą graficzną (metodą tablic Karnaugha). Tablica wzbudzeń z rys. 22.2b przedstawia sobą tablicę prawdy układu o czterech wejściach i ośmiu wyjściach. Tablica prawdy jest niekompletna. Brak w niej wierszy od 10 do 15 (w zapisie dziesiętnym) W projektowanym liczniku takie stany nie wystąpią, zatem w tych (pominiętych) wierszach, po prawej stronie tablicy prawdy, należy wpisać kreski (stany dowolne).

Proces minimalizacji wymaga, aby dla każdej funkcji poszukiwać postaci minimalnej w odrębnej tablicy Karnaugha. Należy więc sporządzić osiem takich tablic (rys. 3.).

QBQA QDQC 00 01 11 10 QBQA QDQC 00 01 11 10 00 0 0 0 0 00 - - - 01 0 0 1 0 01 - - - 11 - - - - 11 - - - 10 - - - - 10 0 1 - -JD=QCQBQA KD=QA

(5)

QBQA QDQC 00 01 11 10 QBQA QDQC 00 01 11 10 00 0 0 1 0 00 - - - 01 - - - - 01 0 0 1 0 11 - - - - 11 - - - 10 0 0 - - 10 - - - -JC=QBQA KC= QBQA QBQA QDQC 00 01 11 10 QBQA QDQC 00 01 11 10 00 0 1 - - 00 - - 1 0 01 0 1 - - 01 - - 1 0 11 - - - - 11 - - - 10 0 0 - - 10 - - - JB=Q’DQA KB=QA QBQA QDQC 00 01 11 10 QBQA QDQC 00 01 11 10 00 1 - - 1 00 - 1 1 01 1 - - 1 01 - 1 1 11 - - - - 11 - - - 10 1 - - - 10 - 1 - JA=1 KA=1

Rys. 3. Tablice Karnaugha funkcji wzbudzeń licznika równoległego

Rys. 4. Schemat licznika równoległego (synchronicznego) mod 10

3. Pytania sprawdzające.

1. Jak można podzielić liczniki ze względu na kierunek zliczania?

2. Jakie liczniki nazywamy asynchronicznymi, a jakie synchronicznymi? Wskazać na podstawowe różnice pomiędzy nimi.

3. Określić maksymalną częstotliwość impulsów wejściowych, przy której jest jeszcze prawidłowy przebieg zliczenia w liczniku asynchronicznym.

4. Ile wynosi maksymalny czas ustalania zawartości licznika asynchronicznego oraz synchronicznego z przeniesieniem równoległym i szeregowym?

5. Omówić stosowane sposoby zmiany pojemności licznika.

(6)

W trakcie ćwiczenia należy zaprojektować i sprawdzić sposób działanie wybranych układów liczników, zbudowanych z różnego typu przerzutników.

4.1. Licznik dwójkowy asynchroniczny zliczający w przód

Przykładowy sposób budowy licznika zbudowanego z przerzutników JK przy pomocy programu Electronics Workbench przedstawia rys. 1.

Rys. 5. Przykładowy sposób budowy licznika asynchronicznego przy pomocy programu Electronics

Workbench

Wejście zegarowe pierwszego przerzutnika połączone jest z generatorem słów a wyjścia wszystkich przerzutników do oscyloskopu cyfrowego. Zarejestrować przebieg dla 17 impulsów z generatora. Schemat i przebiegi zapisać na nośniku wymiennym (dyskietka, pendrive) w celu wykorzystania przy opracowaniu sprawozdania.

4.2. Licznik dwójkowy asynchroniczny zliczający wstecz

Zaprojektować i zbudować przy pomocy programu Electronics Workbench układ licznika asynchronicznego zliczającego wstecz. Wejście połączyć z generatorem sygnałów a jego wyjścia do oscyloskopu. Wyzerować licznik. Zarejestrować przebieg dla 17 impulsów z generatora. Schemat i przebiegi zapisać na nośniku wymiennym (dyskietka, pendrive) w celu wykorzystania przy opracowaniu sprawozdania.

(7)

Zaprojektować i zbudować przy pomocy programu Electronics Workbench układ licznika synchronicznego z przeniesieniem szeregowym. Wejście połączyć z generatorem sygnałów a jego wyjścia podłączyć do oscyloskopu. Wyzerować licznik. Zarejestrować przebieg dla 17 impulsów z generatora. Schemat i przebiegi zapisać na nośniku wymiennym (dyskietka, pendrive) w celu wykorzystania przy opracowaniu sprawozdania.

4.4. Licznik rewersyjny synchroniczny z przeniesieniem szeregowym

Zaprojektować i zbudować przy pomocy programu Electronics Workbench układ rewersyjnego licznika synchronicznego z przeniesieniem szeregowym. Wejście połączyć z generatorem sygnałów a jego wyjścia podłączyć do oscyloskopu. Wyzerować licznik. Przy pomocy sygnałów H i L sterować kierunkiem zliczania Zarejestrować przebieg dla 17 impulsów z generatora dla każdego kierunku. Schemat i przebiegi zapisać na nośniku wymiennym (dyskietka, pendrive) w celu wykorzystania przy opracowaniu sprawozdania.

5. Opracowanie wyników

W sprawozdaniu przedstawić tok projektowania liczników, schematy układów i ich przebiegi uzyskane przy pomocy programu Electronics Workbench.

Literatura

1. Kalisz J.: Podstawy elektroniki cyfrowej, WKŁ, Warszawa 2007.

2. Lisiecka-Frąszczak J.: Synteza układów cyfrowych, Wydawnictwa Politechniki Poznańskiej , Poznań 2000.

3. Majewski W.: Układy logiczne, WNT, Warszawa 1976

4. Misiurewicz P., H. Grzybek: Półprzewodnikowe układy logiczne, WNT, Warszawa 1975, str. 83-177.

5. Pieńkos J., Turczyński J.: Układy scalone TTL w systemach cyfrowych, WKŁ, Warszawa 1980.

6. Traczyk W.: Układy cyfrowe. Podstawy teoretyczne i metody syntezy, WNT Warszawa 1986.

Cytaty

Powiązane dokumenty

Zdaniem naszym, zamiast tej dość skomplikowanej definicji przewoźnika bardziej właściwe byłoby po­ danie definicji umowy przewozu w następującym brzmieniu: „Przez umowę

Wyniki: W porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi u królików z hipercholesterolemią stwierdzono zna- mienny wzrost odkształcalności erytrocytów w naprężeniach ścinających od 60

Celem pracy była analiza dyspersji QT u pacjentów ze stabilną chorobą wieńcową przed zabiegiem angioplastyki wieńcowej (PTCA, percu- taneous transluminal coronary angioplasty) w

W systemie dziesiątkowym charakterystyczną cechą jest też to, że najmniejsza liczba dwucyfrowa (czyli 10) jest 10 razy mniejsza od najmniejszej liczby trzycyfrowej (100), a ta z

Prąd elektryczny, którego używamy w naszych domach jest prądem przemiennym.. Oddziaływanie magnesów z elektromagnesami zostało wykorzystane do konstrukcji

Walkę toczyliśmy nie tylko na plaży i boisku, ale już podczas ubierania się, gdy trzeba było znaleźć coś wygodnego, a zarazem modnego… Najważniejsze i najatrakcyjniejsze

– Nazywam się Minia Zwiadowczyni, bzz, bzz – przedstawiła się Trampolinkowi?. – Szuka miejsc, gdzie jest mnóstwo, bzz,

мации кровельных и почвенных пород представлено на основании проведённых моделевых исследований при сохранении моделевого сходства и