ДОСЛІДЖЕННЯ реверсивні ЛІЧИЛЬНИКИ
1. МЕТА РОБОТИ
Метою роботи є:
- Теоретичне вивчення принципу роботи лічильників і регістрів;
- Експериментальне дослідження лічильника-регістра на інтегральних мікросхемах.
2. ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ
Регістри та лічильники відносяться до розряду цифрових пристроїв і є одним з
найбільш поширених елементів обчислювальної техніки. Вони широко
використовуються для побудови пристроїв введення, виводу та зберігання інформації, а
також для виконання деяких арифметичних і логічних операцій.
Для побудови лічильників і регістрів використовуються синхронні тригери,
перемикання яких відбувається тільки за наявності синхронізуючого сигналу
(синхроімпульса) на вході С. Найбільш часто для побудови регістрів і
лічильників використовується універсальний Д - тригер, який має спеціальний
інформаційний вхід Д, і динамічний вхід С (рис.1).
 
2.1. Пристрій, що називається регістром, служить в основному для зберігання чисел в
двійковому коді під час виконання над ними різних арифметичних і логічних
операцій. За допомогою регістрів виполняютоя такі дії над числами, як
передача їх з одного пристрою в інший, арифметичний і логічний зрушення в
сторону молодших чи старших розрядів, перетворення коду з послідовного в
паралельний і навпаки і т.д. Функціональна схема та умовно - графічне
позначення регістра паралельного типу, зібраного на універсальних
Д-тригерах, наведена на мал.2.
 
По сигналу на вході З інформація, що надійшла на входи DОеDЗ, записується в
регістр і зберігається в ньому до тих пір, поки не відбудеться запис інший
інформації, або не надійде сигнал на вхід R, обнуляє регістр.
Функціональна схема та умовно-графічне позначення регістра зсуву
представлені на ріс.З.
 
Послідовний інформаційний код надійде на вхід D регістра. Імпульс команди
зсуву З подається одночасно на синхронізуючі входи всіх тригерів регістра
і переводить кожен тригер у стан, в якому знаходився тригер попереднього
розряду. Таким чином, кожен імпульс команди зсуву "просуває" записує
число на один розряд вправо.
2.2. Пристрій, що називається лічильником, призначений для підрахунку числа
що надходять на вхід сигналів (імпульсів) у довільній системі числення.
Двійкові лічильники будуються на основі тригерів, що працюють в рахунковому режимі (Т
- Тригер або рахунковий тригер).
Лічильний тригер може бути отриманий з універсального D - тригера шляхом
сполученні його інверсно виходу 0 із входом D.
Лічильний тригер і епюри сигналів, що пояснюють його роботу, представлені на рис.4.
 
У рахункового тригера стан виходу змінюється на протилежне при
надходженні на вхід З кожного чергового рахункового імпульсу.
Функціональна схема та условнографіческое позначення двійкового лічильника з
коефіцієнтом перерахунку 23 представлена на рис.5.
 
Кожен поступає на вхід лічильника імпульс перекидає перший тригер в
протилежний стан (рис.6). Сигнал з інверсно виходу попереднього
тригера є вхідним сигналом для подальшого і, таким чином, комбінація
сигналів на виходах Q1, Q2, Q3 буде відповідати числу що надійшли на вхід
лічильника імпульсів, представленому в двійковому коді. Лічильник даного типу
називається асинхронним лічильником.
 
Якщо на рахунковий вхід кожного наступного тригера лічильника подавати сигнал з
прямого виходу попереднього тригера, то лічильник буде проводити операцію
віднімання. Лічильники, здатні виконувати функції додавання і віднімання,
називаються реверсивними.
Для побудови лічильника з необхідним коефіцієнтом перерахунку М, відмінним від
величини 2N (N - число двійкових розрядів лічильника), використовується примусова
скидання лічильника в початковий стан при досягненні лічильником числа М. Приклад
такого лічильника з М = 9 (М = 10012) представлено на рис.7.

3. ОПИС ОБ'ЄКТА ТА ЗАСОБІВ ДОСЛІДЖЕННЯ
3.1. Функціональна схема досліджуваного пристрою представлена на рис.8.
Пристрій включає двійковій - десятковий лічильник ДД2, двійковий лічильник ДДЗ,
комутатор вхідних сигналів ДД1 і логічні елементи ДД4 і ДД5, що виконують
функції елементів об'єднання.
Для подачі інформаційних і керуючих сигналів використовується спеціальне
пристрій, що керується набірними кнопками з фіксацією SА1еSА16. Натиснутому
станом відповідає сигнал логічної "1", віджатий станом - сигнал
логічного "0". Кнопки SА1еSА16 розташовані в лівій частині лабораторного стенду
під написом "Програматор кодів".
3.2. Функцію двійкового лічильника виконує мікросхема К155ІЕ7. Дана мікросхема
являє собою реверсивний чотирирозрядний лічильник - регістр, в якому
крім двох лічильних входів (підсумовує "+1" і віднімається "-1") і входу
скидання Р є чотири інформаційних входу DОеDЗ і вхід С, що дозволяє запис
інформації в лічильник. Крім того, для нарощування розрядності рахунку в мікросхемі
передбачені виходи "і15" і "<0", на яких при досягненні лічильником>
зазначених чисел з'являються сигнали логічного "0". Вихід "і15" в цьому випадку
слід поєднувати із входом "+1", вихід "<0" - з входом "-1" аналогічної>
мікросхеми.
3.3. Функцію двійковій-десяткового лічильника ДД2 виконує мікросхема К155ІЕ6. У
заданої мікросхеми коефіцієнт перерахунку М = 10 і сигнал переносу в старші
розряди на виході "і9" виробляється при перевищенні лічильником числа 9.
 
Рис.8
3.4. При дослідженні одного з лічильників, інший повинен перебувати у вихідному
стані, що досягається подачею на вхід R даного лічильника рівня логічної
"1" за допомогою кнопок SА10 або SA11.
3.5. Запис інформації в лічильники проводиться в паралельному коді шляхом подачі
на входи ДОеДЗ логічних сигналів "0" і "1" з допомогу кнопок SА1еSА4 і подачі
сигналу логічного "0" на вхід С з допомогою кнопки SА9 (для цього кнопку SА9
треба віджати і знову натиснути).
З.6. Рахункові імпульси повинні надходити на досліджувану схему з клеми "непр.імп,"
( "~_~_~") У вигляді безперервної імпульсної послідовності і з клеми "пачка
імп. "("_~_~_") у вигляді пачки імпульсів з числом імпульсів у пачці від 1 до 15.
Управління режимом роботи входів "1" і "-1" лічильників здійснюється про допомогою
кнопок SA13еSА16, які забезпечують виконання таких функцій:
SА13 ( "непр, +") - дозвіл проходження безперервної імпульсної
послідовності на входи "1" лічильників;
SА14 ( "пачка +") - дозвіл проходження пачки імпульсів на входи "1"
лічильників;
SА15 ( "непр .-") - дозвіл проходження безперервної послідовності
імпульсів на входи "-1" лічильників;
SА16 ( "пачка -") - дозвіл проходження пачки імпульсів на входи
"- 1" лічильників,
Примітка. Не допускається одночасне натискання двох і більше кнопок SА13еS А16.
3.7. Для завдання числа імпульсів у пачці і посилки необхідної пачки в
досліджуваний вузол використовуються чотири кнопки з фіксацією "20" е "23" і дві
кнопки без фіксації "Пуск" і "Устан.О", розташовані на панелі лабораторного
стенду під написом "Програматор СІ".
При цьому повинна дотримуватися наступна послідовність операцій:
3.7.1. Набрати задане число імпульсів у пачці в двійковому коді за допомогою кнопок
"20" е "23". Натиснутій кнопці відповідає логічна "1" (при цьому загоряється
відповідний індикатор).
3.7.2. Натиснути кнопку "устан.О".
3.1.3. У режимі спостереження одночасно двох сигналів на екрані мультиметра
величина і взаємне розташування цих сигналів регулюється ручками "~" і "Ї"
відповідно в полі напису "Комутатор" окремо для кожного каналу ( "Вх1"
для КПІ 10 і "Вх2" для КПІ 9).
3.2. Дослідження елемента ДД3 в статичному і динамічному режимі.
3.2.1. Логічні сигнали "0" і "1" навходе тригерів задаються за допомогою кнопок
з фіксацією SА1еSА6, розташованих на передній панелі блоку К32 під написом
"Програматор кодів". Віджатою стан кнопки відповідає завданням логічного
"0", а натисканням - завданням логічній "1". Натискання стан кнопки супроводжується
загорянням відповідного світлодіоди зеленого кольору, розташованого поблизу
даної кнопки "Програматори кодів".
3.2.2. Для подання позитивного імпульсу ("_~_") на вхід З тригера
необхідно швидко перевести відповідну кнопку з віджатого стану
в натисканні і назад.
3.2.3. Для індикації логічних сигналів на виході тригера, що працює в
статичному режимі (верхня частина елемента ДДЗ), служить ліве цифрове табло
блоку К32. При цьому кнопка "IO _2", розташована безпосередньо під табло,
повинна знаходитися в натиснутому стані.
3.2.4. Нижня частина елемента ДДЗ являє собою тригер, що працює в
рахунковому режимі. На його рахунковий вхід З надходить безперервна послідовність
імпульсів. Одночасно така ж послідовність імпульсів надходить у КПІ1.
Вихідні сигнали тригера (прямий і інверсний) надходять в КП2 і КПІЗ
відповідно.
3.2.5. Лабораторний стенд дозволяє спостерігати на екрані мультиметра одночасно
два сигнали з будь-яких двох КПІ з восьми (двоканальний режим спостереження). Вибір
двох визначених КПІ проводиться таким чином:
3.2.5.1. Натиснути кнопку "ВСВ _ ВНК" під написом "КВУ", при цьому у лівих
індикаторів обох цифрових табло починає світитися знак комою.
3.2.5.2. При віджатою кнопці "Вх1 _ Вх2" набрати за допомогою кнопок "20 е 23"
програматора "СІ" двійковий код першого обраного КПІ і натиснути кнопку "Пуск".
При цьому на лівому табло біля знаку коми з'явиться номер обраного КПІ.
3.2.5.3. При натиснутій кнопці "Вх1 _ Вх2" повторити зазначену процедуру для
другий обраного КПІ. Номер цього КПІ з'явиться у знаку коми правого табло.
3.2.5.4. Натиснути кнопку "Комутатор" під написом "Контроль V ~" '. Тепер два
обраних КПІ через канали комутатора лабораторного стенду з'єднані з
осцилографом мультиметра. Регулювання величини і розташування сигналів на
екрані здійснюється роздільно ручками "~" і "Ї" під написом
"Комутатор". Зліва розташовані ручки регулювання першого каналу комутатора,
праворуч - другого каналу комутатора.
3.2.5.5. Для виходу з режиму спостереження сигналів на екрані мультиметра
перевести кнопку "ВСВ _ БНК" під написом "КВУ" в віджатою стан.
3.3. Дослідження елементів ДД4 (статичний режим) і ДД5 (рахунковий режим).
3.3.1. Логічні сигнали "0" і "1" на S, R, J і К - входи універсальних
тригерів подаються за допомогою кнопок SА7еSА12 (аналогічно розглянутому в
п.п.2.1. ).
3.3.2. Сигнал на вхід З тригера надходить від вбудованого генератора імпульсів
лабораторного стенду, що виробляє серію імпульсів позитивної
полярності. Число імпульсів може змінюватися від 1 до 15 і встановлюється з
допомогою кнопок з фіксацією "20 е 23", розташованих під написом "Програматор
СІ ". Кнопки без фіксації" Пуск "і" Устан.О "служать для завдання режиму роботи
генератора. При цьому повинна дотримуватися наступна послідовність дій:
3.3.2.1. Набрати число імпульсів у пачці в двійковому коді за допомогою кнопок "20 е
23 ". Кнопки в натиснутому стані відповідає двійкова одиниця (при цьому
загоряється відповідний світлодіод).
3.3.2.2. Натиснути кнопку "Устан.О" і переконатися, що світлодіод кнопки "Пуск"
погашений. Генератор імпульсів готовий до роботи.
3.3.2.3. Натиснути кнопку "Пуск". При цьому генератор виробляє потрібну пачку
імпульсів. Для повторного включення генератора натиснути кнопку "Устан.О", а потім
кнопку "Пуск" і т.д.
3.3.3. Контроль вихідних сигналів тригери ДД4 здійснюється за допомогою лівого
цифрового табло на блоці К32.
3.3.4. Рахункові імпульси на тригер ДД5, що працює в рахунковому режимі, надходять
через елемент "І", зібраний на мікросхемі ДД1.
3.7.3. Натиснути кнопку "Пуск". При цьому в досліджуваний вузол надходить задана
пачка імпульсів.
3.7.4. Для повторної посилки пачки імпульсів натиснути кнопку "Устан.О" і потім -
кнопку "Пуск" і т.д.
3.8. Зчитування показів лічильника здійснюється за допомогою двох цифрових табло,
кожне з яких містить чотири семисегментний індикатора. Обидва табло
розташовані в лівому верхньому кутку лабораторного стенду. На лівому цифровому табло
індикація числа проводиться в двійковому коді, на правому - в десятковому коді (
для вибору того чи іншого коду кнопку "10 _ 2" необхідно встановити в
відповідне положення).
3.9. Вихідні сигнали двійкових розрядів і сигнали переносів лічильників, а також
вхідні рахункові імпульси додавання і віднімання, надходять паралельно на вісім
каналів передачі інформації КПІ1еКПІ8, що дає можливість їх спостереження на
екрані мультиметра, що входить до складу лабораторного стенду.
Одночасно на екрані мультиметра можна спостерігати сигнали двох каналів передачі
інформації. При цьому необхідно виконати наступні операції:
3.9.1. Натиснути кнопку "ВСВ _ ВНК" під написом "КВУ",
3.9.2. При віджатою кнопці "Вх1 _ Вх2" набрати за допомогою кнопок "20 е 23",
двійковий код першого обраного КПІ і натиснути кнопку "Пуск". При цьому на лівому
табло з'явиться номер обраного КПІ.
3.9.3. Повторити зазначену процедуру, утримуючи кнопку "Вх1 _ Вх2". Номер
другий обраного КПІ повинен з'явитися на правому табло.
3.9.4. Натиснути кнопку "Комутатор" під написом "Контроль". При цьому обрані
КПІ приєднуються до відповідного входу мультиметра. Розмах і орієнтація
сигналів на екрані мультиметра регулюється потенціометрами "~" і "Ї",
розташованими під написом "Комутатор" окремо для кожного каналу.
3.9.5. Для виходу з режиму спостереження сигналів на екрані мультиметра необхідно
віджати кнопку "ВСВ _ ВНК" під написом "КВУ".