Wydział Elektryczny. Katedra Automatyki i Elektroniki. Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: TECHNIKA CYFROWA 2 TZ1A

Transkrypt

1 Politechnika iałostocka Wydział Elektryczny Katedra utomatyki i Elektroniki Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: EHNIK YFOW 2 Z Ćwiczenie Nr 5 LIZNIKI WÓKOWE I ZIESIĘNE Opracował: dr inż. Walenty Owieczko IŁYSOK 2009

2 Spis treści instrukcji: 1. el ćwiczenia Klasyfikacja i parametry liczników Przykłady liczników Projektowanie liczników o zadanej pojemności zynności przygotowawcze Przebieg ćwiczenia 6 7. Sprawozdanie i forma zaliczenia ćwiczenia Literatura EL ĆWIZENI Poznanie podstawowych właściwości, sposobów projektowania oraz zastosowań liczników dwójkowych i dziesiętnych. 2. KLSYFIK I PMEY LIZNIKÓW Licznik - układ cyfrowy służący do zliczania i pamiętania liczby zmian impulsów na jściu zliczającym. Licznik może posiadać jście wstępnego ustawiania stanu (jście zerujące bądź jścia do wpisywania niezerogo stanu początkogo). Pojemność licznika (długość cyklu, okres licznika) - maksymalna liczba różnych stanów licznika. Pojemność licznika określa liczba przerzutników N, a jej wartość P 2 N. Ze względu na długość cyklu, liczniki mogą być: o stałej długości cyklu o zmiennej długości cyklu Liczniki zliczające w kodzie N zwie się dwójkowymi, zaś w kodzie - licznikami dziesiętnymi (dekadami). Licznik, w którym kolejne stany odpowiadają rosnącym wartościom liczb w danym kodzie - licznik zliczający w przód (licznik zliczający w górę, licznik następnikowy). Przy odwrotnym kierunku zliczania - licznik zliczający wstecz (licznik zliczający w dół). Wśród scalonych liczników występują także liczniki o przełączanym kierunku zliczania (tzw. liczniki rersyjne). Ze względu na sposób reagowania na impulsy jścio liczniki dzieli się na synchroniczne i asynchroniczne. Liczniki synchroniczne impulsy zliczane podaje się na odpowiednie jście informacyjne przerzutników, taktowanych sygnałem zegarowym. Zmiany sygnału zegarogo wyznaczają chwile jednoczesnych przełączeń wszystkich przerzutników licznika. W licznikach asynchronicznych impulsy zliczane podaje się na jście taktujące przerzutnika. 2

3 3. PZYKŁY LIZNIKÓW Licznik z przeniesieniem szeregowym o zmianie stanu przerzutnika na pozycji k decydują jedynie stany przerzutników bezpośrednio go poprzedzających (k-1 i k-2) "1" LK LK ys Licznik modulo 16 z przeniesieniem szeregowym i taktowaniem równoległym: struktura logiczna i przebiegi czaso Zalety: mniejsza liczba wnętrznych połączeń, możliwość użycia bramek o mniejszej liczbie jść. Wady: wydłużenie czasu propagacji przeniesienia z bitu najmłodszego na najstarszy i obserwowalnego na zewnątrz opóźnienia przy ustalaniu się nogo stanu licznika. Licznik z przeniesieniem równoległym Kosztem dodatkowych połączeń i bramek o większej liczbie jść, uzyskuje się krótszy czas propagacji przeniesienia z bitu najmłodszego na najstarszy "1" LK ys Struktura licznika modulo 16 z przeniesieniem równoległym. 3

4 Licznik asynchroniczny Zastosowanie szeregogo układu taktowania przerzutników pozwoliło uprościć funkcje wzbudzeń ys Licznik modulo 16 zliczający w przód na przerzutnikach. 4. POEKOWNIE LIZNIKÓW O ZNE POEMNOŚI Projektowanie liczników o pojemności różnej od 2 N Sposoby skrócenia cyklu pracy licznika do wartości P < 2 N : poprzez odpowiednie zaprojektowanie licznika na pojedynczych przerzutnikach; poprzez dekodowanie stanu licznika odpowiadającego wymaganej pojemności i generowanie na tej podstawie sygnału zerującego licznik (metoda wykorzystywana przy stosowaniu liczników scalonych); poprzez rozłożenie wymaganej pojemności P licznika na czynniki proste. Licznik dwójkowy 7493 Układ 7493 zawiera dwójkę liczącą P = 2 (przerzutnik ) oraz licznik mod. 8 (przerzutniki, i ). Wyjście przerzutnika nie jest połączone z jściem przerzutnika, który ma wyprowadzone na zewnątrz jście impulsów zliczanych. Układ posiada wspólny obwód asynchronicznego zerowania, wyzwalany sygnałami = = 1. a) b) 1 "1" "1" "1" "1" K K K K ys Licznik dwójkowy 7493: a - symbol; b - struktura wnętrzna. 4

5 Przykłady wykorzystania licznika 7493 okonując odpowiednich sprzężeń wyjść i jść (bezpośrednio lub przy użyciu dodatkowych bramek) uzyskujemy liczniki o skróconym cyklu pracy. a) b) c) ys Przykłady skrócenia cyklu pracy licznika 7493: a - modulo 10; b - modulo 6; c - modulo 5 Łącząc kaskadowo układy 7493, uzyskamy licznik o pojemności P >16. Na rys. 5-6 przedstawiono dwa przykłado warianty licznika mod. 80. a) b) ys Przykłady kaskadogo łączenia układu 7493 w licznik modulo 80: a - dzielnik przez 16 i dzielnik przez 5; b - dzielnik przez 8 i dzielnik przez 10. W pierwszym z nich (a) wyzerowania obu liczników następuje przy zmianie stanu starszego licznika z 100 na 101. Zachodzi to gdy cały licznik zmienia swój stan z (79) na (80). W wariancie (b) pierwszy licznik wykorzystany jest jako dzielnik przez 8, zaś drugi jako dekada (dzielnik przez 10). W obu wariantach pominięto w jednym z układów 7493 dwójkę liczącą. ekada 7490 Układ 7490 zwany dekadą liczącą, zawiera dwójkę liczącą P = 2 (przerzutnik ) oraz licznik mod. 5 (przerzutniki, i ). Układ ma wspólny obwód asynchronicznego zerowania, wyzwalany sygnałami ==1 oraz układ ustawiania stanu dekady na wartość 9 (1001), wyzwalany sygnałami S1=S2=1. 5

6 a) b) "1 K S K K "1 "1 "1 K S S1 S2 1 2 S 1 S 2 ys ekada 7490: a - symbol; b - struktura wnętrzna Stosując odpowiednie sprzężenia wyjść z jściami można uzyskać różne długości cyklu pracy licznika, podobnie jak w przypadku układu ZYNNOŚI PZYGOOWWZE Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia, student powinien: - zapoznać się z instrukcją, - przeanalizować struktury wnętrzne oraz zasadę działania poszczególnych klas liczników w oparciu o wykresy czaso. - przedstawić rozwiązania układo zadań podanych przez prowadzącego. 6. PZEIEG ĆWIZENI W trakcie realizacji ćwiczenia studenci wykorzystują poznane i opisane wcześniej aplikacje i narzędzia programo. 1. Uruchamiamy system. Wprowadzamy plik źródłowy projektu. 2. okonujemy kompilacji i symulacji projektu. 3. Uruchamiamy edytor przebiegów wymuszeń na jściu - okno managera MX+Plus II> Waveform Editor lub z menu File>New zaznaczając opcję Waveform Editor file w oknie dialogowym. 4. okonujemy wyboru przebiegów do symulacji przy ustalonej rozdzielczości (Options>Grid Size...) oraz całkowitym czasie symulacji (File>End ime...). 5. Przebiegiem wymuszającym może być sygnał okresowy lk, wywołany z poziomu menu (Edit>Overwrite...). 6. Przyciskiem Start w oknie dialogowym wywołanym ikoną na pasku zadań, uruchamiamy symulator programowy. 6

7 7. Sprawdzamy poprawność działania układu licznikogo, czasy narastania i opadania zboczy oraz czasy propagacji i ryfikujemy entualne błędy. 8. Ikoną na pasku zadań uruchamiamy symulator-analizator czasowy i dokonujemy analizy czasów propagacji sygnałów. 9. Przypisujemy sygnałom /wy odpowiednie wyprowadzenia struktury programowalnej. 10. Uruchamiamy programator (Programmer) w celu realizacji projektu licznika w strukturze programowalnej. 11. Sprawdzamy poprawność działania zaprogramowanego układu i ryfikujemy entualne błędy. 7. SPWOZNIE I FOM ZLIZENI ĆWIZENI Warunkiem zaliczenia ćwiczenia jest poprawny przebieg symulacji i działanie zaprogramowanego układu na stanowisku laboratoryjnym, przedstawienie wszystkich etapów syntezy układów w postaci protokołu oraz wykazanie się niezbędną wiedzą z zakresu wykonywanego ćwiczenia. Protokół powinien zawierać: temat i cel ćwiczenia, treść wykonywanych zadań, kolejne etapy syntezy, schematy projektowanych układów, wyniki symulacji i realizacji projektów oraz wnioski. 8. LIEU 1. L. Grodzki, W. Owieczko: Podstawy techniki cyfroj, Łuba,. Zbierzchowski: Komputero projektowanie układów cyfrowych, WKŁ P. Zbysiński,. Pasierbiński: Układy programowalne pierwsze kroki., Materiały pomocnicze strona internetowa firmy ltera 7