1 Перед началом выполнения лабораторной работы:

1.1 Изучите описание этой работы;

1.2 Выполняется работа на одном стенде группой из двух и более человек одновременно;

1.3 Приступайте к выполнению работы только с разрешения преподавателя;

1.4 Убедитесь, что питание стенда отключено. Для этого проверьте положение выключателя «Сеть» на передней панели СПЭЛ-1. Выключатель должен быть в нижнем положении.

1.5 Особое внимание обратите на исправность изоляции соединительных проводов.

2 Во время выполнения работы:

2.1 Выполните сборку схемы на отключённом стенде;

2.2 Предъявите схему для проверки преподавателю;

2.3 При подачи питания на схему предупредите работающих в группе;

2.4 Все переключения в схеме производите только при обесточенном стенде; после пересоединения схему вновь предоставьте на проверку преподавателю;

2.5 Категорически запрещается касаться руками клемм, открытых токоведущих частей приборов в схеме, находящихся под напряжением;

2.6 При возникновении в схеме каких либо неисправностей или при обнаружении запаха тлеющей изоляции быстро отключите её от сети и оповестите преподавателя; самостоятельно устранять неисправности оборудования категорически запрещается.

2.7 В процессе работы следите за сигнализацией индикаторов режимов работы Н1 и Н2 (источник питания ИП2, на передней панели системы питания СПЭЛ-1). Н1 – зеленые индикаторы нормальной работы, Н2 – красные индикаторы перегрузки. Свечение зеленого индикатора Н1 означает наличие выходного напряжения и отсутствие перегрузки в соответствующем канале. Свечение красного индикатора Н2 означает срабатывание ограничителя тока в соответствующем канале. Отсутствие свечения обоих индикаторов означает отсутствие питания или короткое замыкание в соответствующем канале;

2.8 При свечении красного индикатора перегрузки Н2 или отсутствии свечения обоих индикаторов немедленно выключите стенд и сообщите преподавателю.

3 После выполнения лабораторной работы:

3.1 Обесточьте стенд, разберите схему;

3.2 Уберите соединительные провода, дополнительные приборы в указанное преподавателем место;

3.3 Сдайте рабочее место лаборанту.

Инструкция по выполнению лабораторной работы:

1. Собрать схему электрическую принципиальную реверсивного счётчика. В качестве триггеров используйте универсальные JK – триггеры. Соедините четыре универсальных триггера последовательно через управляемые

инверторы (рис.11.2).

S1 – генератор логических уровней; +/- – трёхканальный инвертор.

При V= 1 сигнал проходит с инверсией; При V=0 сигнал проходит без инверсии; VD1 – VD4 – светодиоды состояния триггеров; VD5 – светодиодный индикатор питания трёхканального инвертора; DD1 – DD4 – универсальные JK – триггеры К176ТВ1; DD5 – дешифратор КР514ИД1 с индикатором;

Рисунок – 11.2 Схема электрическая принципиальная реверсивного счётчика на универсальных JK - триггерах.

2. Подключите выходы триггеров счётчика к дешифратору, согласно схеме (рис.11.2).

3. Последовательно подавая на вход счётчика импульсы от генератора логических уровней S1 (переход при нажатии), фиксируйте состояния триггеров по светодиодам VD1 – VD4 и показания индикатора. Заполните таблицу 11.1

Таблица 11.1

Число поступивших импульсов	Состояние триггеров				Показания индикатора
	Q4	Q3	Q2	Q1	Счёт на увеличение	Счёт на уменьшение
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Таблица состояний счётчика

4. Произвести расчёты

Начальные данные (задание взять у преподавателя)

Двоичный код - ______₍₂₎, число входных импульсов – В.

1) Определить разрядность счётчика (n) по количеству выходов.

2) Рассчитать коэффициент пересчёта (N) данного двоичного счётчика по формуле:

N = 2ⁿ (1)

3) Определить количество импульсов предварительно просчитанных счётчиком

при выходном коде ______₍₂₎

A = ______₍₂₎ => _______₍₁₀₎ (2)

4) Вычислить общее число импульсов, поступивших в счётчик

∑A = A + B (3)

5) Вычислить количество полных циклов при фиксации числа ∑A

K = ∑A / N (4)

6) Вычислить остаток, который зафиксирует счётчик в последнем цикле

B_ост = ∑A – (K • N) (5)

Содержание отчёта:

1. Номер и тема лабораторной работы;

2. Учебная цель лабораторной работы;

3. Условное графическое отображение счётчика (рис. 11.1);

4. Схема электрическая принципиальная реверсивного счётчика (рис 11.2);

5. Таблица 11.1;

6. Расчёты;

7. Вывод;

8. Контрольные вопросы

Контрольные вопросы

1. Объяснить назначение счётчика?

2. Объяснить принцип действия двоичного счётчика?

3. На каких элементах строится счётчик?

4. Что такое реверсивный счётчик?

5. Основные отличия суммирующего и вычитающего счётчика?

6. Пояснить понятие – «коэффициент пересчёта»?

7. Как можно определить, сколько импульсов поступило на вход счётчика?

8. Пояснить схему лабораторной установки, как установить счётчик в режим – счёта на увеличение и в режим – счёта на уменьшение?

Методические указания

по выполнению

лабораторной работы № 12

«Исследование последовательного регистра и ОЗУ»

Учебная цель: 1.Исследовать работу последовательного регистра, проанализировать особенности его работы. 2. Исследовать устройство и принцип действия микросхемы ОЗУ

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС:

Студент должен

уметь:

• использовать типовые средства вычислительной техники и программного обеспечения;

знать:

- виды информации и способы её представления в электронно-вычислительной технике;

Обеспеченность занятия (средства обучения):

- лабораторный комплекс ЛКЭЛ – 1 «Электроника»;

- модуль КЛ «Комбинаторная логика;

- модуль ИЛ «Импульсная логика»;

- наборы соединительных проводов и монтажных инструментов;

- универсальные измерительные приборы M830B;

Краткие теоретические положения по теме лабораторной работы:

В последовательных регистрах двоичное число вводится и выводится последовательно разряд за разрядом. Разряды самого регистра соединены последовательно. Каждый разряд выдаёт информацию в следующий разряд и одновременно принимает новую информацию из предыдущего. Для этого каждый разряд должен иметь два запоминающих элемента, то есть сдвоенный или двухступенчатый триггер. В первую ступень передаётся информация из предыдущего разряда, одновременно вторая ступень передаёт свою информацию в последующий разряд. Затем информация, принятая первой ступенью, передаётся во вторую, а первая освобождается для приёма новой информации. Двухступенчатый триггер (например, JK-триггер, D-триггер) представляет собой совокупность двух запоминающих элементов, поэтому он один может составлять разряд последовательного регистра. Если в цепи таких триггеров выходы одного соединить с входами другого, то по фронту тактового импульса, подаваемого на вход C, во входную (первую) ступень каждого триггера будет заноситься информация из выходной (второй) ступени предыдущего триггера, а по спаду импульса она будет переписываться в выходную ступень. По фронту следующего тактового импульса во входной ступени триггера информация может быть заменена новой (из предыдущего триггера) без опасения, что предыдущая информация окажется потерянной.

Функциональная схема последовательного регистра приведена на рисунке 12.3. Крайний левый триггер предназначен для хранения старшего разряда числа, а крайний правый – для хранения младшего разряда.

Разряды двоичного числа (в виде высоких и низких потенциалов), начиная с младшего, последовательно поступают на входы старшего разряда регистра. Поступление разрядов числа на входы J и K чередуются с поступлением импульсов сдвига на входы C, которыми вводимые разряды продвигаются вдоль регистра, пока младший разряд n- разрядного числа не окажется в младшем разряде регистра.

Для выдачи записанного числа в последовательной форме надо на входы старшего разряда регистра подать x_i=0, x_i=1, а на шину импульсов сдвига – n импульсов. Первый импульс выдвинет из младшего разряда регистра младший разряд числа, на его место передвинется второй разряд числа и так далее. В итоге всё число сдвинется вдоль регистра на один разряд, а в старший разряд регистра будет записан 0. Второй импульс сдвига выдвинет из регистра второй разряд числа и продвинет 0 из старшего разряда регистра в соседний, более младший, и так далее. После n импульсов сдвига число будет полностью выведено из регистра, в разряды которого окажутся записанными нули.

Регистр, в котором можно осуществить сдвиг числа, называется сдвигающим (сдвиговым), или просто регистром сдвига. Сдвигающий регистр может быть однонаправленным (для сдвига числа в сторону младшего разряда – правый сдвиг, и в сторону старшего разряда – левый сдвиг), а также реверсивным, обеспечивающим сдвиг в обе стороны.

Регистры являются составной частью более сложного устройства называемого - оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ). Условное графическое изображение микросхемы ОЗУ с двунаправленной шиной данных приведено на рисунке 12.1.

Рисунок 12.1 - Условное графическое обозначение микросхемы ОЗУ с двунаправленной шиной данных.

Типичная структура микросхемы ОЗУ приведена на рисунке 12.2. Ин­формация хранится в накопителе. Он представляет собой матрицу, со­ставленную из элементов памяти (ЭП). расположенных вдоль строк и столбцов. Элемент памяти может хранить 1 бит информации (лог. 0 либо лог.1). Кроме того, он снабжен управляющими цепями для установки элемента в любом из трех режимов: режиме хранения, в котором он отключается от входа и выхода микросхемы, режиме чтения, в котором содержащаяся в ЭП информация выдается на выход микросхемы, режиме записи, в котором в ЭП записывается новая поступающая со входа микросхемы информация.

Каждому ЭП приписан номер, называемый адресом элемента. Для поиска требуемого ЭП указывается строка и столбец, соответствую­щие положению ЭП в накопителе. Адрес ЭП в виде двоичного числа принимается по шине адреса в регистр адреса. Число разрядов адреса связано с емкостью накопителя. Число строк и число столбцов нако­пителя выбираются равными целой степени двух. И если число строк N_стр = 2ⁿ¹ и число столбцов

N_ст = 2ⁿ², то общее число ЭП (емкость накопителя)

N = N_cтp ∙ N_cт = 2^п1 ∙ 2^п2 = 2^{п1 + п2} = 2^п

где п = п₁ + п₂ — число разрядов адреса, принимаемого в регистр адреса.

Например, при емкости N = 2¹⁰ = 1024 число разрядов адреса п = 10; при этом выбирается п = п₂ = п/2 = 5, в этом случае число строк число столбцов накопителя 2 ^п1 - 2 ^п2 = 32.

Разряды регистра адреса делятся на две группы: одна группа из n₁ разрядов определяет двоичный номер строки, в которой в накопителе расположен ЭП, другая группа из n₂ разрядов - двоичный номер столб­ца, в котором расположен выбираемый ЭП. Каждая группа разрядов адреса подается на соответствующий де­шифратор: дешифратор строк и дешиф­ратор столбцов. При этом каждый из дешифраторов создаст на одной из своих выходных цепей уровень лог. 1 (на остальных выходах дешифратора уста­навливается уровень лог.0), выбранный ЭП оказывается под воздействием уровня

лог. 1 одновременно по цепям строки и столбца. При чтении содержимое ЭП выдается на усилитель чтения и с него — на выходной триггер (Т) и выход микросхемы.

Рисунок 12.2 – Схема электрическая структурная ОЗУ

Режим записи устанавливается подачей сигнала на вход разрешения записи (РЗ). При уровне лог. 0 на входе РЗ открывается усилитель записи и бит информа­ции со входа данных поступает в выбранный ЭП и запоминается в нем. Указанные процессы происходят в том случае, если на входе выбора кристалла (ВК) действует активный уровень лог.0. При уровне лог.1 на этом входе на всех выходах дешифратора устанавливается уровень лог. 0 и ЗУ оказывается в режиме хранения.

Инструкция по технике безопасности: