LICZNIKI Liczniki scalone serii 749x

Transkrypt

1 LABOATOIUM PODSTAWY ELEKTONIKI LICZNIKI Liczniki scalone serii 749x

2 Cel ćwiczenia Zapoznanie się z budową i zasadą działania liczników synchronicznych i asynchronicznych. Poznanie liczników dodających tj. zliczających w przód, jak równieŝ liczników odejmujących tj. zliczających w tył. Program tego ćwiczenia jest zrealizowany na praktycznych układach liczników stosowanych powszechnie. Przebieg ćwiczenia.. Zapoznanie się z zasadą działania liczników występujących na danym stanowisku laboratoryjnym, korzystając z instrukcji 2. Ustalić odpowiedni poziom napięcia wejściowego oraz jego częstotliwość do prawidłowej obserwacji sygnału wyjściowego 3. Przeprowadzić analizę stanów wyjściowych dla kaŝdego licznika 4. Zaprojektować i wykonać licznik modulo 2, oraz modulo 4. Przeprowadzić analizę stanów wyjściowych dla kaŝdego licznika 5. Wyniki ćwiczenia zamieścić w sprawozdaniu 2

3 . Wstęp teoretyczny. Wiadomości podstawowe. Licznik jest to układ cyfrowy sekwencyjny, słuŝący do zliczania i pamiętania liczby impulsów podawanych na jego wejście zliczające. Liczniki dodające (zliczające w przód, zliczające w górę) po kaŝdym impulsie wejściowym zwiększają liczbę pamiętaną w liczniku o jeden. Natomiast liczniki odejmujące (zliczające w tył, zliczające w dół) zmniejszają o jeden zawartość licznika. W przypadku konieczności dodawania i odejmowania impulsów w jednym liczniku, są uŝywane tzw. liczniki rewersyjne (dwukierunkowe). Podstawowym elementem liczników jest przerzutnik synchroniczny. Przykład uŝycia przerzutnika w funkcji licznika modulo 2 (dwójki liczącej) ilustruje poniŝsza aplikacja. J C C K 0 0 Łatwo zauwaŝyć, Ŝe układ z dwóch dwójek liczących zlicza impulsy wejściowe w trybie mod4. J K C J K C C a b Dziesiętnie Liczniki są budowane w ten sposób, Ŝe wyjście przerzutnika jest jednocześnie wyjściem licznika. Liczba wyjść licznika jest równa liczbie przerzutników i określona mianem długości licznika. Określona kombinacja stanów przerzutników, z których zbudowano licznik jest nazywana stanem licznika. JeŜeli licznik zbudowano z n przerzutników, to maksymalna liczba stanów n n licznika wynosi N = max 2. zeczywista liczba stanów licznika musi spełniać nierówność N 2. Liczba N nazywana jest pojemnością licznika. 3

4 JeŜeli licznik przechodzi cyklicznie przez wszystkie stany (tzn. po przejściu N stanów cykl jest powtarzany) to licznik taki nazywamy licznikiem modulo N. Po podaniu na jego wejście zliczające K impulsów, licznik taki wskaŝe zliczenie L impulsów, gdzie L = K mod N jest resztą z dzielenia całkowitego liczby K przez N. JeŜeli licznik przechodzi przez wszystkie stany jednokrotnie ( i po osiągnięciu ostatniego pozostaje w nim), to taki licznik nazywany jest licznikiem do N. Liczniki są szczególnym rodzajem układów sekwencyjnych synchronicznych. Przebieg zegarowy jest tutaj sygnałem wejściowym licznika, a zliczane impulsy są impulsami przebiegu synchronizującego prace przerzutników. Liczniki budowane w taki sposób, Ŝe wyjście przerzutnika jest źródłem sygnału zegarowego (wejściowego) dla kolejnego przerzutnika nazywane są licznikami szeregowymi lub asynchronicznymi. Przy takim połączeniu, zmianę stanów przerzutnika następnego powoduje przerzutnik poprzedni. Zliczane impulsy są podawane tylko do jednego przerzutnika. Liczniki scalone są budowane zarówno jako szeregowe lub równoległe (synchroniczne). W liczniku równoległym sygnał zegarowy (będący dla licznika zawsze przebiegiem impulsów zliczanych ) jest doprowadzony jednocześnie do wejść synchronizujących wszystkich przerzutników. Pojawienie się kolejnego impulsu zliczanego sprawia, Ŝe wszystkie przerzutniki jednocześnie przetwarzają informację wejściową i czas ustalania się kolejnego stanu licznika wyznacza przerzutnik o najdłuŝszym czasie propagacji. W wielu licznikach scalonych część przerzutników pracuje synchronicznie a część asynchronicznie. Nazywane są one licznikami licznikami asynchroniczno - synchronicznymi. Najczęściej stosowane są liczniki zliczające mod 0 (dekady) i mod 6 (licznik dwójkowy- binarny). Aby rozszerzyć pojemność licznika moŝemy połączyć go z innymi licznikami bądź przerzutnikami. Łączenie to moŝemy przeprowadzić równolegle lub szeregowo. Przy połączeniu szeregowym sygnał zliczany jest doprowadzany do pierwszego licznika, a wyjście pierwszego licznika ( o najwyŝszej wadze) łączymy z wejściem zliczającym drugiego licznika. Połączenie szeregowe ogranicza szybkość działania licznika (szeregowe połączenie elementów będących źródłem opóźnienia). Pozbawione tej wady są liczniki połączone równolegle. Obydwa przykłady przedstawiliśmy na rysunkach. Jednostki Dziesiątki a b c d a b c d mod0 mod0 c c Zerowanie Połączenie szeregowe 4

5 Jednostki Dziesiątki a b c d a b c d mod0 mod0 c c Zerowanie Połączenie równoległe Połączenie równoległe polega na tym, Ŝe sygnał zliczany podawany jest jednocześnie do pierwszego licznika i bramki AND, której wyjście podłączamy do wejścia drugiego licznika. Oprócz impulsów zliczanych naleŝy do bramki podłączyć te wyjścia licznika pierwszego, które po zliczeniu N- impulsów (gdzie N pojemność licznika pierwszego) mają stan wysoki. Dla licznika mod 0 będzie to 9 impulsów. Po ich zliczeniu stan licznika wynosi wiec 00 i oba sygnały doprowadzone do wejść bramki AND mają poziom wysoki. Kolejny impuls przebiegu zliczanego (dziesiąty) zostanie zatem przepuszczony przez bramkę AND. Licznik następny zliczy więc jeden impuls. PoniewaŜ pierwszy licznik zostaje tym samym impulsem (zboczem opadającym) wyzerowany, przeto bramka ponownie zablokuje przepuszczanie impulsów do drugiego licznika. Zliczenie kolejnego impulsu przez drugi licznik nastąpi dopiero po kolejnych dziesięciu impulsach wejściowych. Połączenie liczników o pojemnościach N, N2, itd. Daje w rezultacie licznik o pojemności N = N N 2. Wykorzystując liczniki scalone o określonej pojemności oraz funktory takie jak np. bramki NAND czy NO jesteśmy w stanie budować liczniki typu modn lub do N praktycznie o dowolnej pojemności wykorzystując wejścia ustawiające licznika scalonego. Jak łatwo zauwaŝyć analizując przebiegi wyjściowe liczników, licznik modn jest dzielnikiem częstotliwości przez N. Częstotliwość przebiegu wyjściowego jest N krotnie mniejsza niŝ częstotliwość wejściowa..2 Scalone liczniki asynchroniczne. Licznik 7490 Układ ten zawiera cztery przerzutniki synchroniczne typu MS (Master - Slave). Pierwszy z nich (A) jest jednobitowym licznikiem mod2, a trzy pozostałe (B,C,D) tworzą licznik mod5. Trzy przerzutniki (A,B,C) są przerzutnikami typu JK, a czwarty przerzutnik jestprzerzutnikiem S. Układ scalony 90 ma dwa wejścia zliczające CPa i CPb, cztery wejścia sterujące 0(), 0(2), 9(), 9(2), oraz cztery wyjścia a, b, c, d. MoŜe być wykorzystany jako licznik mod2. Wówczas wejściem zliczającym będzie wejście CPa, a wyjściem tego licznika wyjście a. Wykorzystanie licznika zliczającego mod5 wymaga doprowadzenia przebiegu impulsów zliczanych do wejścia CPb, a wyjściami takiego 0 2 licznika są wyjścia b, c, d o wagach odpowiednio 2,2,2. 5

6 J J J C C C C K K K S S S A B C D Cpb Opis wyprowadzeń: CPb 8 c b GND 4 N.C. d Ucc 2 a N.C CPa Aby otrzymać licznik dziesiętny, naleŝy wykonać zewnętrzne połączenie wyjścia a z wejściem CPb. Wejściem licznika jest wówczas CPa, a wyjściem wyprowadzenia a, b, c, d o wagach odpowiednio 2,2,2,2. Połączenie takie jest szeregowym połączeniem licznika mod2 z licznikiem mod5. Licznik ten zlicza w kodzie BCD 842 i jest zarazem w tej konfiguracji dzielnikiem przez 0 o wypełnieniu przebiegu wyjściowego (wyjście d) róŝnym od 0,5. Połączenie szeregowe odwrotne (najpierw mod5, a potem mod2) daje nam równieŝ licznik mod0 lecz nie będzie on zliczał w standardowym kodzie BCD, cechuje się jednak (jako dzielnik częstotliwości przez 0) wypełnieniem przebiegu wyjściowego z wyprowadzenia a równym 0,5. 6

7 Licznik 7492 Scalony licznik 92 jest licznikiem asynchronicznym zbudowanym z czterech przerzutników typy JK-MS. Jeden przerzutnik (A) jest licznikiem mod2, a trzy pozostałe (B,C,D) stanowią licznik mod6. Oba liczniki mogą być wykorzystywane niezaleŝnie. Wszystkie cztery przerzutniki są zerowane tym samym sygnałem, pochodzącym z wyjścia bramki NAND. Doprowadzenie do obu wyjść tej bramki (0, 02) sygnałów o poziomie H zeruje licznik. Zliczanie jest moŝliwe, jeśli co najmniej na jednym z tych wejść jest poziom niski L. Połączenie szeregowe licznika mod2 z licznikiem mod6 (wyjście a z wejściem CPb) stanowi licznik mod2, zliczający w kodzie naturalnym. Połączenie w odwrotnej kolejności (wyjście d z wejściem CPa) jest takŝe licznikiem mod2, ale przeznaczeniem takiej konfiguracji połączeń jest praca układu jako dzielnika częstotliwości przez 2. Przebieg wyjściowy (wyjście a) ma wówczas współczynnik wypełnienia równy 0,5. J J J J A B C D C C C C K K K K Cpb 0 02 Opis wyprowadzeń: CPb 8 c b GND 4 N.C. d 5 Ucc 2 a 6 N.C. 3 N.C. 7 N.C. 4 CPa

8 Licznik 7493 Układ scalony 93 zawiera cztery przerzutniki JK-MS. Trzy przerzutniki (D,C,B) są połączone szeregowo, tworząc licznik mod8, a czwarty przerzutnik (A) jest dwójką liczącą, która moŝe być wykorzystana dwojako: wspólnie z licznikiem mod8 tworząc licznik mod6, albo oddzielnie jako licznik mod2. Łącząc wyjście a pierwszego przerzutnika z wejściem licznika 3 bitowego (CPb), uzyskujemy licznik mod6 zliczający w kodzie naturalnym dwójkowym, przy czym wyjściami licznika są wyprowadzenia a, b, c, d, gdzie a LSB i d MSB. Łącząc wyjście czwartego przerzutnika (d) z wejściem pierwszego przerzutnika (CPa) uzyskujemy takŝe licznik mod6 zliczający w naturalnym kodzie dwójkowym, przy czym wyjściami licznika są wyprowadzenia b, c, d, a, gdzie b LSB i a MSB. W obu tych przypadkach przebieg czasowy na wyjściu MSB ma częstotliwość 6 krotnie mniejszą niŝ przebieg zliczany oraz współczynnik wypełnienia równy 0,5. Dzieje się tak dlatego, Ŝe wszystkie przerzutniki w tym liczniku pracują w układzie dwójek liczących i kolejność ich połączeń nie ma znaczenia. Zerowanie licznika 93 odbywa się identycznie, jak opisanego wyŝej licznika 92. J J J J A B C D C C C C K K K K Opis wyprowadzeń: Cpb 0 02 CPb 8 c b GND 4 N.C. d 5 Ucc 2 a 6 N.C. 3 N.C. 7 N.C. 4 CPa

9 . 3. Układy badane. Licznik dziesiętny pracujący w kodzie BCD 842 na układzie a d b c 00 Hz Zerowanie poziomem H +5 V khz 0 02 a b c d bitowy licznik dwójkowy na układzie 7493.,5 khz a d b c /6 FCPa V 9

10 a b c d ms/dz Dzielnik częstotliwości ½ na układzie kHz a /2 FCPa Zerowanie poziomem H +5 V a 0,25 ms/dz 0

11 Dzielnik częstotliwości /9 na układzie Hz a d b c /9 FCPa V d ms/dz