Лабораторная работа №2 по дисциплине "Микроэлектроника"

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНОГО ТИПА

        Цель работы. Цель лабораторной работы - проектирование и экспериментальная проверка работы синхронных счетчиков с заданной последовательностью смены состояний, а также анализ работы счетчиков на регистрах сдвига. Используется моделирующий пакет ASIMEC. Программа моделирует лабораторный стол с наборным полем для макетирования цифровых схем и необходимым комплектом контрольно-испытательной аппаратуры.

Пример синтеза счетчика

        Пусть стоит задача спроектировать вычитающий двоичный счетчик с коэффициентом пересчета Ксч = 6. Для фиксации шести состояний счетчика возьмем три тактируемых по положительному фронту D-триггера, объединенные входы синхронизации которых будем использовать как счетный вход счетчика (рис. 1). Будем характеризовать состояние счетчика N трехразрядным двоичным словом Q3Q2Q1 (N должно циклически меняться от 5 до 0).

Рисунок 1 - Функциональная схема счетчика

        Каждый импульс генератора G переписывает на выходы триггеров Q1, Q2, Q3 информацию с входов D1, D2, D3. Поэтому дальнейший синтез счетчика сводится к построению комбинационной схемы (логики переходов), формирующей из выходных сигналов Q уровни сигналов D на информационных входах триггеров, необходимые для перехода в следующее состояние. Для этого составим таблицу переходов (табл.1) и запишем логические выражения для сигналов D1, D2, D3 в ДНФ (дизъюнктивной нормальной форме):




        Для минимизации логических функций можно воспользоваться основными законами булевой алгебры или картами Карно (рис. 3), причем в клетках, соответствующих шестому и седьмому состоянию счетчика, логические функции можно доопределять по собственному усмотрению, так как в схеме проектируемого счетчика они не реализуются.

         По картам Карно запишем минимизированные выражения для функций D1 и D2



        Выражение для D3 получим путем преобразования соотношения (3), так как карта Карно не позволяет провести эффективную минимизацию этой функции


        С учетом соотношений (4), (5) и (6) построена схема эксперимента по изучению работы счетчика (рис. 3). Счетные импульсы снимаются с выхода тактового генератора G. Индикация состояний счетчика производится с помощью элемента DD9, выполняющего функцию преобразования четырехразрядного двоичного числа в его шестнадцатеричный эквивалент на семисегментном индикаторе. Удобно выбрать частоту генератора равной 1 Гц.

Рисунок 2 - Карты Карно для функций D1, D2, D3

Рисунок 3 – Синхронный вычитающий счетчик с Ксч=6

Пример оформления результатов моделирования

        Ниже приведены экспериментальная схема и временные диаграммы выходного сигнала (вход А осциллографа) и сигнала генератора (вход В осциллографа).


Программа работы

Программа работы

         1. Построить счетный триггер на логических элементах и проверить его работу в качестве делителя частоты, подавая на вход импульсы генератора с частотой 1 кГц.

        2. Получить у преподавателя вариант индивидуального задания (число N от 1 до 10) и спроектировать синхронный счетчик с четырьмя выходами, циклически изменяющий свои состояния в соответствии с табл. 2 (Ксч=9). Проверить работу счетчика, сняв осциллограммы выходных сигналов и последовательность смены состояний с помощью цифрового индикатора.

Вариант
Состояния счетчика
1
0
1
3
4
5
14
15
13
12
2
0
1
4
5
6
8 
7
10
14
3
0
2
5
10
11
9 
12
8
7
4
0
2
6
7
8
5 
9
4
3
5
0
3
1
5
7
8 
9
6
4
6
0
3
2
1
4
6 
5
7
8
7
0
4
1
2
3
8 
9
7
6
8
0
4
2
1
9
7 
8
6
5
9
0
5
3
2
1
6 
5
7
9
10
0
5
4
3
2
12 
1
13
14

        3. Собрать схему счетчика на регистре сдвига в соответствии со своим вариантом (рис. 4). К выходам устройства подключить цифровой индикатор и осциллограф. Зафиксировать в отчете последовательность смены состояний счетчика и временные диаграммы выходных сигналов при подключении к входу генератора тактовых импульсов. Объяснить наблюдаемые результаты работы устройства.

Рисунок 4 - Варианты построения счетчиков на регистре сдвига

Контрольные вопросы

Содержание отчета

        Отчет в формате Word должен содержать результаты проектирования (таблицу переходов, логические функции до и после минимизации), схемы исследуемых узлов, основные экспериментальные данные (вставки из ASIMEC), выводы по пунктам программы работы, а также ответы на контрольные вопросы.