Изучение работы счетчиков с использованием программы Multisim

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изучение работы счетчиков с использованием программы Multisim

Реферат

Курсовая работа страниц, рисунок, таблиц, источников.

Ключевые слова: счётчик, сумматор, триггер, NI Multisim

Объект исследования: счетчики и сумматоры в системе NI Multisim.

Цель курсовой работы: провести моделирование работы счетчиков на базе триггерах и интегральных микросхем в системе NI Multisim.

Метод исследования: изучение работы счетчиков с использованием программы Multisim.

Область применения: электроника, микроэлектроника

Введение

счётчик multisim прибор

В процесс разработки современных электротехнических и электронных устройств наряду с теоретическими и экспериментальными исследованиями применяется схемотехническое моделирование.

Multisim - это уникальная возможность для интерактивного создания принципиальных электрических схем и моделирования их режимов работы.

В Multisim реализовано большое количество функций для профессионального проектирования, ориентированных на самые современные средства моделирования, а также улучшена компонентная база данных, которая включает в себя более 1200 новых элементов от ведущих производителей, таких, как Analog Devices, Linear Technology и Texas Instruments, а также более 100 моделей импульсных источников питания.

Пакет Multisim занимает достойное место среди современных программных пакетов, таких, как Micro-Cap, OrCad, Microwave Office и др. Этот инструмент позволяет, с одной стороны, подготовиться к работе в реальной лаборатории, изучив методику планирования и проведения экспериментов.

Целью данной курсовой является проведение моделирования работы счетчиков на базе триггеров и интегральных микросхем в системе NI Multisim.

1. Принципы и основы работы счётчиков и сумматоров

1.1 Классификация счётчиков

Счётчик предназначен для счёта поступающих на его вход импульсов, в интервале между которыми он должен хранить информацию об их количестве. Поэтому счётчик состоит из запоминающих ячеек - триггеров обычно D- или JK-типа. Между собой ячейки счётчика соединяют таким образом, чтобы каждому числу импульсов соответствовали состояния 1 или 0 определенных ячеек. При этом совокупность единиц и нулей на выходах п ячеек, называемых разрядами счетчика, представляет собой n-разрядное двоичное число, которое однозначно определяет количество прошедших через входы импульсов[1].

Каждый разряд счётчика может находиться в двух состояниях. Число устойчивых состояний, которое может принимать данный счётчик, называют коэффициентом пересчёта Kсч.

Если с каждым входным импульсом "записанное" в счётчике число увеличивается, то такой счётчик является суммирующим, если же оно уменьшается, то вычитающим. Счётчик, работающий как на сложение, так и на вычитание, называют реверсивным.

Счётчики, у которых под воздействием входного импульса переключение соответствующих разрядов происходит последовательно друг за другом, называют асинхронными, а когда переключение происходит одновременно синхронными. Максимальное число N, которое может быть записано в счётчике, равно (2n 1), где n - число разрядов счётчика.

По способу кодирования последовательных состояний различают двоичные счетчики с коэффициентами пересчёта (обнуления) Kсч = 2n, у которых порядок смены состояний триггеров соответствует последовательности двоичных чисел, и недвоичные, у которых Kсч < 2n (например, десятичные с коэффициентом Kсч = 10 или делители частоты с коэффициентом деления Kсч 2n).

Счётчики входят в состав разнообразных цифровых устройств: электронных часов, делителей частоты, распределителей импульсов, вычислительных и управляющих устройств. Выпускаемые промышленностью интегральные счётчики представляют собой схемы средней интеграции (например, микросхемы серий К155, К176 и др.); среди них многоразрядные бинарные счётчики на сложение и реверсивные счётчики с установочными входами R и S для всех разрядов, с постоянными и произвольными коэффициентами пересчёта.

1.2 Счётчик с непосредственными связями

Условное изображение трехразрядного суммирующего счётчика показано на рисунке 1а, на котором символом R обозначен вход общего сброса, символами Q₁, Q₂ и Q₃ - выходы счетчика, CR - выход переноса единицы. Суммирующий вход счётчика обозначается +1, вычитающий 1. Это счетные входы. У асинхронных счётчиков эти входы помечены специальными символами: или , указывающими полярность перепада входного сигнала: 1/0 или 0/1, при которой происходит переключение триггеров счётчика.

Рисунок 1 - Трехразрдный суммирующий счетчик

Таблица 1 - Таблица переключений триггеров в счетчиках

Номер импульса	Q3	Q2	Q1	CR
0	0	0	0
1	0	0	1
2	0	1	0
3	0	1	1
4	1	0	0
5	1	0	1
6	1	1	0
7	1	1	1
				1
0	0	0	0

Для переключения триггеров в счётчиках используют следующие связи: непосредственную, тракт последовательного переноса, тракт параллельного переноса[2]. Схема счётчика с непосредственными связями показана на рисунок 1б. Первый триггер счётчика Т₁ образует младший разряд. Он пересчитывает входные импульсы по модулю 2, а состояние его выхода воспринимается следующим Т₂ триггером как входные сигналы и снова пересчитываются на 2 и т. д.

Полное представление о состояниях счётчика (рисунок 1б), в зависимости от числа поданных на вход импульсов, даёт переключательная таблица (таблица 1) и временные диаграммы (рисунок 1в), где изображены последовательность входных импульсов (на входе +1), а также состояния триггеров - первого (Q₁), второго (Q₂) и третьего (Q₃). Фронты импульсов на диаграммах показаны идеальными: потенциал, соответствующий логическому 0, считается равным нулю, переключающие перепады для наглядности помечены крестиками.

Рассмотрим воздействие на счётчик, к примеру, шестого (обозначенного на диаграмме цифрой 5) импульса. По его спаду триггер Т₁ устанавливается в 0, перепад 1/0 на его выходе Q₁ переключает в 1 триггер Т₂, а триггер Т₃ остается в прежнем (единичном) состоянии, так как перепад 0/1 на выходе Q₂ не является для него переключающим.

Из диаграммы видно, что частота импульсов на выходе каждого триггера вдвое меньше частоты импульсов на его входе. В момент, предшествующий переключению очередного разряда, все предыдущие разряды счётчика находятся в состоянии 1. Восьмой импульс для трехразрядного счётчика (таблица 1) является импульсом переполнения: им все триггеры устанавливаются в 0 (счётчик "обнуляется").

Если в счётчике используются триггеры, переключающиеся перепадом 0/1, то вход последующего триггера нужно соединить с инверсным выходом предыдущего, на котором формируется этот перепад, когда по основному выходу триггер переключается из 1 в 0.

Схема вычитающего счётчика приведена на рисунке 2, в которой по входам S в разряды счётчика заносят двоичное число, из которого нужно вычесть число, представляемое количеством входных импульсов[3]. Пусть, например, в счётчик (рисунок 2) занесено число 5₁₀ = 101₂. Первым входным импульсом триггер Т₁ переключится из 1 в 0 (по основному выходу); при этом на инверсном выходе возникает перепад 0/1, которым триггер Т₂ переключиться не может; в счётчике останется число 100₂ = 4₁₀.

Рисунок 2 - Вычитающий счетчик

Второй входной импульс устанавливает триггер Т₁ в состояние 1, на выходе появляется перепад 1/0, который переключает Т₂ в состояние 1, а формирующийся при этом на перепад 1/0 переключает Т₃ в состояние 0. В счётчике остается число 0112 = 310. Аналогично можно рассмотреть действие последующих входных импульсов.

В счётчике с непосредственной связью переключение триггеров, вызванное срезом входного сигнала, происходит один за другим, последовательно, и задержка распространения n-разрядного счётчика, оцениваемая задержкой самого худшего случая - сменой всех 1 на все 0, в п раз больше задержки одного Т-триггера. Если разрядов много, то большая задержка может оказаться серьёзным недостатком такого счётчика. Из-за невозможности выполнить смену состояния всего счётчика в единый момент времени, счётчики с непосредственной связью бывают только асинхронными, т. е. сигналом, переключающим их, является сам входной сигнал.

1.3 Суммирующий синхронный счётчик

В синхронном счётчике переключающиеся разряды переходят в новое состояние одновременно (синхронно). Для того чтобы на входы всех разрядов каждый счётный импульс поступал одновременно, а переключение разрядов происходило в нужной последовательности, в схему добавляют логические цепи, которые обеспечивают переключение одних разрядов, а другие удерживают от переключения[4].

Рисунок 3 - Суммирующий синхронный счетчик

В схеме (рисунок 3) четырехразрядного синхронного счётчика на JK-триггерах на тактовые входы С всех триггеров счётные импульсы поступают одновременно с входа Т. Информационные входы J и К каждого триггера объединены. Триггер Т1 переключается каждым счётным импульсом, так как на его входы J и К постоянно подаётся 1. Остальные триггеры переключаются счётными импульсами при следующих условиях:

Т2 при Q1 = 1; Т3 при Q1 = 1 и Q2 = 1; Т4 при Q1 = 1, Q2 = 1 и Q3 = 1.

Чтобы обеспечить указанные условия переключения триггеров, в схему (рисунок 3) добавлены конъюнктуры И1, И2 и И3. На информационный вход каждого из триггеров Т2, Т3 и Т4 подаётся конъюнкция сигналов с основных выходов предыдущих триггеров. Разрешающая переключение единица поступит на вход соответствующего триггера, если все предыдущие триггеры находятся в состоянии 1, и по счётному сигналу он переключается.

1.4 Реверсивный синхронный счётчик

Реверсивный счётчик, работает как на сложение, так и на вычитание. Для перехода от сложения к вычитанию и обратно изменяют подключение входа последующего триггера к выходам предыдущего[5].

На объединённые входы J и К каждого триггера подаётся через дизъюнкторы конъюнкция сигналов с выходов предыдущих триггеров: основные выходы предыдущих триггеров присоединяются через конъюнкторы верхнего ряда (при сложении), а инверсные выводы через конъюнкторы нижнего ряда (при вычитании). При сложении подают 1 на шину сложения, которой вводятся в действие конъюнкторы верхнего ряда; при этом на шине вычитания присутствует 0, вследствие чего конъюнкторы нижнего ряда выключены. Вычитание осуществляется при подаче 1 на шину вычитания и 0 на шину сложения. Счетные импульсы поступают на вход Т.



Рисунок 4 - Реверсивный счетчик

Как отмечалось в п. 2, каждый триггер переключается по тактовому входу С при J = К = 1, что имеет место, когда на выходах всех предыдущих триггеров (на основных - при сложении, на инверсных - при вычитании) будут единицы. Функционирование счетчика при сложении и вычитании описано в п. 2 и в п. 3.

1.5 Десятичный счётчик

Наибольшее распространение среди недвоичных счётчиков, у которых коэффициент пересчёта K_сч < 2^п, имеют десятичные счётчики, у которых K_сч = 10[6]. При проектировании недвоичного счётчика вначале определяют количество его разрядов п так, чтобы 2^п было бульшим ближайшим к K_сч числом. Затем тем или иным способом (например, принудительной установкой некоторых разрядов счётчика в 1) исключают избыточные состояния счётчика, число которых равно 2^п K_сч.

Так, для получения K_сч = 10 одноразрядный счётчик должен содержать четыре триггера, а избыточные состояния 2^п K_сч = 16 10 = 6 исключают тем или иным способом. При проектировании десятичного счётчика чаще используют двоично-десятичное кодирование чисел. В этой системе, например, число 375 записывается как 0011 0111 0101, где сохранены позиции десятичных разрядов: 0011₂ = 3₁₀, 0111₂ = 7₁₀, 0101₂ = 5₁₀.

В связи с этим десятичный счётчик должен состоять из последовательно соединенных декад, информация о каждом из девяти импульсов накапливается в декаде, а десятым импульсом она обнуляется, и единица переносится в следующую декаду. Каждая декада работает в натуральном двоичном коде с весами двоичных разрядов, начиная со старшего, соответственно равными 8, 4, 2, 1, т. е. декада работает в коде 8-4-2-1. Если к выводам декад подключить индикаторы, то они будут показывать записанные числа в декадах в привычном десятичном коде. Десятичные счетчики выполняются и с другими весами разрядов, например, в коде 4-2-2-1. На рисунке 5 изображена функциональная схема десятичного счётчика с параллельным переносом на JK-триггерах с встроенными логическими элементами, реализующая переключательные функции[7].

Рисунок 5 - Десятичный счетчик

Рассмотрим работу схемы[8]. Пусть по тактовому входу Т на триггер Т₁ поступило семь импульсов и показание счётчика 0111. При этом на входах К триггеров Т₁, Т₂ и Т₃ будут логические единицы. Восьмой импульс вызовет переключение всех триггеров счетчика, т. е. в нём будет записан код 1000. Девятый импульс вызовет переключение только первого триггера, так как остальные триггеры заблокированы по входу J уровнями логического нуля с триггеров Т₁, Т₂ и Т₃ соответственно. Показание счётчика будет 1001. Десятый входной импульс вызовет переключение триггеров Т₁ и Т₄, так как триггеры Т₂ и Т₃ заблокированы по входу J уровнями 0 с выходов соответствующих триггеров. Счетчик зафиксирует двоичный код 0000, т. е. установится в исходное состояние.

Уменьшение числа устойчивых состояний в счётчике прямого счёта достигнуто за счёт введения обратных связей, посредством которых сигнал с какого-либо старшего разряда поступает в младшие, обеспечивая при этом изменение естественной последовательности двоичных чисел при подсчёте входных импульсов. Этим способом можно строить счётчики с заданным коэффициентом пересчёта.

1.6 Кольцевой счетчик

На базе регистров сдвига можно построить кольцевые счетчики - счетчики Джонсона. Счетчик Джонсона имеет коэффициент пересчета, вдвое больший числа составляющих его триггеров. В частности, если счетчик состоит из трех триггеров (m=3), то он будет иметь шесть устойчивых состояний[9]. Счетчик Джонсона используется в системах автоматики в качестве распределителей импульсов и т.д. Таблица состояний счетчика Джонсона (таблица 2) содержит 2m (m - количество триггеров в составе регистра) строк и m-столбцов. Количество разрядов счетчика определяется количеством триггеров (рисунок 6). Рассмотрим схему трехразрядного счетчика Джонсона, выполненного на базе D-триггеров (регистр сдвига реализован на D-триггерах). Для построения кольцевого счетчика достаточно соединить инверсный выход последнего триггера регистра (последнего разряда) с входом “D” (с входом, предназначенным для ввода последовательной информации) первого триггера.



Рисунок 6 - Счетчик Джонсона

Таблица 2 - Таблица состояний счетчика Джонсона

N	Q1	Q2	Q3
1	1	0	0
2	1	1	0
3	1	1	1
4	0	1	1
5	0	0	1
6	0	0	0

Предположим, что вначале все триггеры находятся в состоянии «0», т.е. Q₁= Q₂=Q₃=0. При этом на входе «D» первого триггера присутствует уровень «1», т.к. =1. Первым синхроимпульсом в триггер Т1 запишется “1”, вторым - единица запишется в первый триггер, из первого - во второй и т.д. до тех пор, пока на всех выходах регистра не будет «1». После заполнения регистра единицами, на инверсном выходе триггера Т3 появится =0 и четвертым синхроимпульсом в Т1 запишется логический «0» (таблица 2).

После поступления последующих трех синхроимпульсов регистр обнуляется и на его вход «D» снова подается уровень «1». Таким образом, цикл повторения состояния кольцевого счетчика состоит из шести тактов синхросигнала. Как видим, при работе в начале от первого триггера до последнего триггера распространяется «волна единиц», а затем «волна нулей». Код, в котором работает счетчик Джонсона, называют кодом Либау-Крейга.

1.7 Сумматоры

Сумматором называется узел, предназначенный для суммирования двоичных кодов[10]. При суммировании многоразрядных двоичных чисел осуществляется поразрядное сложение двух слагаемых, начиная с младшего разряда кода, с образованием суммы в каждом разряде и переноса в следующий старший разряд. Сумматоры, предназначенные для сложения одноименных разрядов кодов, называются одноразрядными сумматорами. Одноразрядные сумматоры, соединенные между собой по цепям переносов, составляют многоразрядный сумматор. Большинство сумматоров представляют собой комбинационные схемы, синтез которых осуществляется по правилам алгебры логики. Сумматор достаточно прост по построению, но требуется много времени для сложения многоразрядных чисел[11].

Для увеличения быстродействия сложение чисел осуществляется в параллельном коде. Для построения многоразрядного сумматора при сложении чисел в параллельном коде потребуется количество одноразрядных сумматоров, равное разрядности суммируемых чисел. Аппаратурные затраты при этом возрастают, но соответственно увеличивается быстродействие сумматора. Простейшей схемой сумматора параллельного действия является схема с последовательными переносами между одноразрядными сумматорами[12].

Время сложения многоразрядных чисел зависит от быстродействия элементов и от времени распространения переносов. При последовательных переносах время сложения прямо пропорционально разрядности сумматора.



Рисунок 7 - Сумматор

2. Основы работы в среде Multisim

Multisim - это уникальная возможность разработки схемы и ее тестирования/эмуляции из одной среды разработки. У такого подхода есть множество преимуществ. Новичкам в Multisim не нужно беспокоиться о сложном синтаксисе SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis - программа эмуляции со встроенным обработчиком схем) и его командах. Функции описания и тестирования схемы, представленные в Multisim помогут любому разработчику схем, сэкономят его время и спасут от ошибок на всем пути разработки схемы[13].

Рисунок 8 - Среда Multisim

2.1 Компоненты

Компоненты - это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями компонентов: реальными (real) и виртуальными (virtual). Необходимо ясно понимать различия между ними, чтобы в полной мере воспользоваться их преимуществами.

У реальных компонентов, в отличие от виртуальных есть определенное, неизменяемое значение и свое соответствие на печатной плате.

Виртуальные компоненты нужны только для эмуляции, пользователь может назначить им произвольные параметры. Виртуальные компоненты помогают разработчикам при проверке с помощью схем с известными значениями компонентов. Виртуальные компоненты также могут не соответствовать реальным, например, как 4-х контактный элемент отображения 16-тиричных цифр. В Multisim есть и другая классификация компонентов: аналоговые, цифровые, смешанные, анимированные, интерактивные, цифровые с мультивыбором, электромеханические и радиочастотные[14].

Рисунок 9 - Символы различных компонентов

Рисунок 10 - Вкладка Элементы (Parts) или панель инструментов "Компоненты" (Component)

2.2 Проводник компонентов

Проводник компонентов (Component Browser) - это место, где вы выбираете компоненты, чтобы разместить их на схеме. Горячая клавиша по умолчанию для размещения компонента - Ctrl-W или двойной щелчок мышью. Курсор мыши примет форму компонента, пока вы не выберите место на схеме для компонента. Для поиска просто начните набирать название компонента и проводник автоматически подберет подходящие элементы. Кнопка Поиск (Search) открывает расширенный поиск. В Проводнике компонентов отображается текущая база данных, в которой хранятся отображаемые элементы. В Multisim они организованы в группы (groups) и семейства (families). Также в проводнике отображается описание компонента (поле Назначение Function), модель и печатная плата или производитель. Символ звездочки ("*") заменяет любой набор символов. Например, среди результатов запроса "LM*AD" будут "LM101AD" и "LM108AD". На заметку: Любому компоненту соответствует множество моделей. Каждая модель может ссылаться на различные физические характеристики компонента. Например, у операционного усилителя LM358M снаружи 5 контактов, но в этой модели из них используется только 3, контакты питания не задействованы. Более подробную информацию о моделях можно найти, выбрав модель в поле производитель/идентификатор (Model Manuf.\ID) и кликнув по кнопке Модель (Model).

Рисунок 11 - Проводник компонентов

2.3 Базы данных

Средства управления базами данных позволяют перемещать компоненты, объединять две базы в одну и редактировать их. Все базы данных разделяются на группы, а они, в свою очередь, на семейства. Когда пользователь выбирает компонент и помещает его в схему, создается новая копия. Все изменения с ней никак не затрагивают информацию, хранящуюся в базе данных.

Если изменить компонент в базе данных, то уже существующие копии компонентов останутся такими же, как и были. Изменения затронут новые компоненты этого типа. При сохранении схемы вся информация о компонентах хранится в файле Multisim. При загрузке пользователь может оставить загруженные элементы в том виде, как они есть или обновить компоненты данными из базы с аналогичными именами. Чтобы открыть проводник баз данных, выберите Инструменты/Базы данных/Проводник баз данных (Tools/Database/Database Manager), чтобы редактировать элементы проводника, скопируйте их в пользовательскую или корпоративную базу данных.

Рисунок 12 - Проводник баз данных

3. Моделирование работы счетчиков и сумматоров

Задание 1.

Собрать на рабочем поле Electronics Workbench схему для испытания суммирующего счетчика на четырех JK-триггерах (вкладка Misc Digital>TIL>JK_FF) (рисунок 13). Информация, записанная в счетчик, индицируется как в двоичном коде (Q0-Q3,), так и в шестнадцатеричном кодах (OUT). Переключатель (Q4), управляемый клавишей «1» клавиатуры, обеспечивает подачу тактовых импульсов на вход счетчика. Подавая тактовые импульсы (ключ 1) и используя индикацию (Q0-Q3, Q4, OUT), заполнить таблицу состояний счетчика в режиме прямого счета. Скопировать схему и показания осциллографа в отчет.

Таблица 3 - Таблица состояний счетчика в режиме прямого счета

№	Q0	Q1	Q2	Q3	Цифровой индикатор OUT
0
1
..
15

Рисунок 13 - Суммирующий счетчик на четырех JK-триггерах

Задание 2

Собрать на рабочем поле Electronics Workbench схему для испытания вычитающего счетчика на четырех D-триггерах (вкладка Misc Digital>TIL>D_FF) (рисунок 14) . Управление счетчиком аналогично заданию 1. Подавая тактовые импульсы (ключ 1) и используя индикацию (Q0-Q3, Q4, OUT), заполнить таблицу состояний счетчика счета. Скопировать схему и показания осциллографа в отчет.

Таблица 4 - Таблица состояний счетчика счета

№	Q0	Q1	Q2	Q3	Цифровой индикатор OUT
0
1
..
15

Рисунок 14 - Вычитающий счетчик на четырех D-триггерах

Задание 3

Собрать на рабочем поле Electronics Workbench схему для испытания реверсивного счетчика на 74LS169D (TTL>74SK_IC>74LS169D) (рисунок 15).



Рисунок 15 - Реверсивный счетчик 74LS169D

Информация, записанная в счетчик, индицируется как в двоичном (Q0 - Q3), так и в шестнадцатеричном (OUT) кодах. Переключатель, управляемый клавишей «1» клавиатуры, обеспечивает подачу тактовых импульсов на вход счетчика. Состояние переключателя «1» отображается индикатором Q4. Переключатель, управляемый клавишей «2» клавиатуры, позволяет переключаться между режимами прямого и обратного счета. Текущий режим отображается индикатором Q5, который светится в случае режима прямого счета. Подавая тактовые импульсы (ключ 1) и используя индикацию (Q0-Q3, Q4, Q5, OUT), заполнить таблицу состояний счетчика в прямом и обратном режиме. Скопировать схему и показания осциллографа в отчет.

Таблица 5 - Таблица состояний счетчика в прямом и обратном режиме

Режим	№	Q0	Q1	Q2	Q3	Q5	Цифровой индикатор OUT
Прямой	0
	1
	..
	15
Обратный	14
	0

Задание 4

Собрать на рабочем поле Electronics Workbench схему для испытания счетчика c измененным коэффициентом пересчета на ИМС 74LS163D (TTL>74SK_IC>74LS163D) (рисунок 16).

Рисунок 16 - Счетчик c измененным коэффициентом пересчета 74LS163D

Коэффициент пересчета характеризует число входных импульсов, необходимое для выполнения одного цикла и возвращения в исходное состояния.

Информация, записанная в счетчик, индицируется как в двоичном (Q0 - Q3), так и в шестнадцатеричном (OUT) кодах. Переключатель, управляемый клавишей «1» клавиатуры, обеспечивает подачу тактовых импульсов на вход счетчика. Состояние переключателя «1» отображается индикатором Q4. Подавая тактовые импульсы (ключ 1) и используя индикацию (Q0-Q3, Q4, OUT), заполнить таблицу состояний счетчика, определить коэффициент пересчета. Изменить коэффициент пересчета (таблица 6) согласно варианту

Таблица 6 - Таблица состояний счетчика

№	Q0	Q1	Q2	Q3	Цифровой индикатор OUT

Таблица 7 - Коэффициенты пересчета

Вариант	Коэффициент пересчета
1,5	4
2,6	10
3,7	11
4,8	13

Скопировать схему и показания осциллографа в отчет для своего варианта.

Задание 5

Собрать на рабочем поле Electronics Workbench схему для испытания кольцевого счетчика (регистр Джонсона) на четырех D-триггерах (вкладка Misc Digital>TIL>D_FF) (рисунок 17).

Рисунок 17 - Кольцевой счетчик на четырех D-триггерах

Подавая тактовые импульсы (ключ 1) и используя индикацию (Q0-Q3) заполнить таблицу состояний счетчика, определить коэффициент пересчета.

Таблица 8 - Таблица состояний счетчика

№	Q0	Q1	Q2	Q3
0
..
7

Задание 6

Собрать на рабочем поле Electronics Workbench схему для испытания декадного счетчика с модулем счета K=100 (рисунок 18). Испытательная схема позволяет использовать два декадных счётчика 74LS160D при счёте от 0 до 100. Счетчик справа отражает младший десятичный разряд, а счётчик слева - старший. В указанном конкретном случае получается Kсч. = 100. Каскадирование счётчиков осуществляется подачей сигнала переноса RCO младшего счетчика на вход ENT старшего счётчика. Запустить испытательную схему и с помощью индикатора наблюдать счет до 100. Скопировать схему в отчет.

Рисунок 18 - Декадный счетчик 74LS160D

Задание 7

Собрать на рабочем поле Electronics Workbench схему для испытания счетчика с предустановкой (рисунок 19).

Для записи информации в счетчик при включенной схеме необходимо:

1 с помощью переключателей, управляемых клавишами «1» .. «4» клавиатуры, сформировать число (OUT1, Q0 - Q3), которое подлежит записи в счетчик;

2 перевести счетчик в режим записи информации однократным нажатием клавиши «7» клавиатуры;

3 подать одиночный импульс на вход счетчика двумя последовательными нажатиями клавиши «5» клавиатуры;

4 перевести счетчик в режим счета однократным нажатием клавиши «7» клавиатуры.

Рисунок 19 - Счетчик с предустановкой 74LS169D

Установить число равное номеру варианта. Заполнить таблицу состояний счетчика. Скопировать схему и показания осциллографа в отчет.

Таблица 9 - Таблица состояний счетчика

№	Q0	Q1	Q2	Q3	Цифровой индикатор OUT

Задание 8

а) Собрать на рабочем поле Electronics Workbench схему для испытания арифметического сумматора (Misc Digital>Til>Half_Adder и Full_Adder) (рисунок 20). В программе Electronics Workbench арифметические сумматоры представлены двумя базовыми устройствами: полусумматором и полным сумматором. Они имеют следующие назначения выводов: А, В -- входы слагаемых, ? -- результат суммирования, С0 -- выход переноса, Ci -вход переноса. Многоразрядный сумматор создается на базе одного полусумматора и n полных сумматоров. В качестве примера на рис. 2 приведена структура трехразрядного сумматора. На входы Al, A2, A3 и Bl, B2, ВЗ подаются первое и второе слагаемые соответственно, а с выходов Sl, S2, S3 снимаются результаты суммирования.

При помощи ключей «1», «3», «5» поразрядно задать число А, которое отображается на цифровом индикаторе «А», а при помощи ключей «2», «4», «6» - число B которое отображается на цифровом индикаторе «B». Выполнить операцию сложения двух чисел А и B согласно варианту. Схему скопировать в отчет.

Таблица 10 - Таблица сложений чисел А и В

Вариант	А	B
1,5	2	3
2,6	1	4
3,7	5	2
4,8	0	6

б) Собрать на рабочем поле Electronics Workbench схему для испытания арифметического сумматора на ИМС 74LS181DW (TTL>74SK_IC>74LS181DW) (рисунок 21). Значения четырехразрядных А и В на входе задаются с помощью ключей «1», «2», «3», «4» и «5», «6», «7», «8» и в шестнадцатеричном коде отображаются одноименными цифровыми индикаторами «А» и «В».

Выполнить операцию сложения двух чисел А и B согласно варианту. Схему скопировать в отчет.

Рисунок 20 - Сумматор

Таблица 11 - Таблица сложений чисел А и В

Вариант	А	B
1,5	7	4
2,6	5	4
3,7	5	6
4,8	2	10

Рисунок 21 - Счетчик 74LS181DW

Заключение

Основной особенностью сумматоров является то, что они выполняют арифметическое сложение кодов двух чисел, и другие дополнительные операции: учёт знаков чисел, выравнивание порядков. Указанные операции выполняются в арифметическо-логических устройствах (АЛУ) или процессорных элементах, ядром которых являются сумматоры.

К настоящему времени разработано большое число схем сумматоров. Доказано (нашим отечественным ученым Вайнштейном), что при использовании только одного инвертора нельзя реализовать полный двоичный сумматор со сложностью P_кв < 16, а при двух инверторах -- P_кв < 14, где P_кв -- вес по Квайну, используемый как оценка сложности любых комбинационных схем. P_кв -- это общее число всех входов всех логических элементов схемы без учёта инверторов.

Кроме использования сумматоров по их прямому назначению, они широко применяются при построении самых различных схем, узлов и операционных блоков. Сумматор является ядром арифметическо-логического устройства (АЛУ), выпускаемого в виде специализированной ИС, причем само АЛУ является ядром процессорных элементов. Чрезвычайно широкое применение находят четверть-сумматоры (элементы "сумма по модулю 2"), реализуемые во многих сериях. Они также используются в двоично-десятичных сумматорах, инкременторах и декременторах, цифровых матричных умножителях, цифровых фильтрах, преобразователях кодов, счетчиках и пересчетных устройствах, пороговых схемах, линейных цифровых автоматах и др.

В ходе выполнения данной курсовой работы в среде Multisim было проведено моделирование и изучены принципы работы следующих схем: суммирующего счетчика, вычитающего счетчика, реверсивного счетчика, счетчика c измененным коэффициентом пересчета, кольцевого счетчика, декадного счетчика, счетчика с предустановкой, и арифметического сумматора.

Список используемых источников

1 Угрюмов Е.П. Элементы и узлы ЭЦВМ / Е. П. Угрюмов. - Высшая школа, 1976. - 312 c.

2 Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника / Е. П. Угрюмов. - БХВ Петербург, 2001. - 254 c.

3 Марченко А.Л. Основы электроники. Учебное пособие для вузов / Марченко А.Л. ДМК Пресс, 2012. - 431 с.

4 Зотов А.А. Цифровые интегральные микросхемы. Состав и применении / Зотов А.А. Муромцев Ю.Л., Ветров А.Н., Усков А.Ю - Тамбов: ТВВАИУ, ТГТУ, 1998. - 632 с.

5 Словарь по кибернетике / Под редакцией академика В. С. Михалевича. - 2-е. - Киев: Главная редакция Украинской Советской Энциклопедии имени М. П. Бажана, 1989. - 751 с.

6 Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы / Шило В.Л. - Радио и связь, 1987. - 352 с.

7 Микушин А.В. Цифровые устройства и микропроцессоры / Микушин А.В., Сажнев А.М., Сединин В.И. - СПб, БХВ-Петербург, 2010. - 469 с.

8 Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники: базовые элементы и схемы, методы проектирования / Новиков Ю.В. М.: Мир, 2001. - 384 с.

9 Кольцевой счётчик на потенциальных логических элементах: пат.

1466009 Союз Советских Социалистических Республик, Н 03 К 23/54 / А.С.Галкин, В.П.Грибок, В.М.Казаков; опубл. 1972 // Государственный комитет по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР. - 3с.

10 Жан М. Рабаи, Проектирование арифметических блоков: Сумматор и цифровые интегральные схемы. Методология проектирования / Жан М. Рабаи. - Digital Integrated Circuits, 2007. - 436 с.

11 Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики / Потемкин И.С. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 219 с.

12 Самофалов К.Г. Электронные цифровые вычислительные машины: Учебник / Самофалов К.Г. - Киев: Высшая школа, 1976. - 610 с.

13 Галле К. Как проектировать электронные схемы / Галле К. - АМК Москва, 2009. - 208 c.

14 Хернитер М. Электронное моделирование в Multisim / Хернитер М. - ДМК Пресс, 2009. - 481 с.

Размещено на Allbest.ru