Проектирование и практическая реализация комплекса лабораторных работ по "Микропроцессорной технике" в программе ElectronicsWorkBench

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство просвещения ПМР

ГОУ «Тираспольский Техникум Информатики и Права»

Дипломная работа

Тема: Проектирование и практическая реализация комплекса лабораторных работ по «Микропроцессорной технике» в программе ElectronicsWorkBench

г. Тирасполь

2014г.



РЕФЕРАТ

В дипломной работе рассмотрено проектирование и практическая реализация комплекса лабораторных работ по «Микропроцессорной технике» в программе ElectronicsWorkBench.

При разработке современного радиоэлектронного оборудования невозможно обойтись без компьютерных методов разработки, ввиду сложности и объемности выполняемых работ. Разработка радиоэлектронных устройств требует высокой точности и глубокого анализа. ЕlectronicsWorkbench может применяться как на предприятиях, занимающихся разработкой электрических цепей так и в высших учебных заведениях, занимающихся изучением и разработкой радиоэлектронных устройств.

В работе представлен порядок проведения работ для разработки ряда цифровых устройств, их принципиальные схемы и принципы работы. А также рассмотрены основные принципы функционирования.

В части диплома, связанной с охраной труда, рассмотрены основные меры безопасности при работе с электронной техникой: санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны, мероприятия по защите от шума и вибрации, требования к освещению в помещениях с электронной техникой, меры подавления статической электризации, обеспечение электробезопасности, требования безопасности при работе с компьютерной техникой, противопожарная безопасность.



ОГЛАВЛЕНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1.ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО «МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ» В ПРОГРАММЕ ELECTRONICS WORKBENCH
• 1.1 Аналитический обзор по теме
• 1.1.1 Внешний интерфейс пользователя Electronics Workbench
• 1.1.2 Меню File
• 1.1.3 Меню Edit
• 1.1.4 Меню Circuit
• 1.1.5 Меню Window
• 1.1.6 Меню Help
• 1.1.7 Меню Analysis программы EWB
• 1.1.8 Порядок проведения работы для разработки принципиальной электрической схемы
• 1.2 Практическая часть
• 1.2.1 Лабораторная работа №1. Проектирование 16-ти простейших логических схем
• 1.2.2 Лабораторная работа №2. Проектирование дешифраторов и шифраторов
• 1.2.3 Лабораторная работа №3. Проектирование мультиплексора и демультиплексора
• 1.2.4 Лабораторная работа №4. Сумматоры
• 1.2.5 Лабораторная работа №5. Последовательностные системы - триггеры
• 1.2.6 Лабораторная работа №6. Двоичные счетчики
• ГЛАВА 2. ОХРАНА ТРУДА. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ И ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
• 2.1 Характеристика санитарно-гигиенических условий труда
• 2.2 Электробезопасность .Требования безопасности при работе с электрооборудованием
• 2.3 Требования пожарной безопасности. Причины возникновения пожаров в электронной аппаратуре
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
• ВВЕДЕНИЕ
• В дипломной работе рассмотрен комплекс лабораторных работ по дисциплине «Микропроцессорная техника» в программе ElectronicsWorkBench.
• Данная работа является актуальной, так как при изучении курса общих технических дисциплин, как правило, используются традиционные методы проведения лабораторных работ с применением различных аппаратно-технические средств: электроизмерительные приборы (вольтметры, осциллографы и т.п.), специальные лабораторные стенды. Для повышения качества учебного процесса за счет сокращения времени на подготовительные операции может применяться Workbench. Анализ возможностей использования компьютерных программ для достижения данной цели привел к выводу о возможности использования инженерных систем проектирования и анализа электронных схем, получивших в последнее время широкое распространение. Такие системы обладают стандартным, интуитивно понятным интерфейсом, требуют минимум времени для их освоения. Кроме того, в отличие от специально разработанных учебных программ, такие программы обладают более обширными возможностями, приучают студентов к самостоятельной работе и позволяют им не только получить представление о современных средствах разработки электронных устройств, но и развить свой творческий потенциал.
• Целью дипломной работы является исследование схемотехнических решений ряда цифровых устройств, разработка структурных и принципиальных схем.
• Для реализации поставленных целей нужно решить следующие задачи:
• рассмотреть литературных данных по теме диплома, провести исследования по данной тематике (разработать схемы, спроектировать устройство, проанализировать рабочие характеристики устройства), привести инженерные расчеты данного разрабатываемого устройства.

В разделе охраны труда проведен анализ условий труда, рассмотрены вопросы производственной санитария и гигиена труда, защиты от шума и вибраций, требования к помещению и к рабочему месту для эксплуатаций и ремонта компьютерной техники, требования безопасности при наладке и ремонте компьютерной техники, меры пожарной безопасности, а также исследованы действия электрического тока на организм человека и причины возникновения пожаров в электронной аппаратуре и коротких замыканий

Предметом исследования является разработка комплекса лабораторных работ по дисциплине «Микропроцессорная техника». Объектом исследования является изучение принципа работы цифровых устройств.

Использованы следующие методы сбора материала: анализ литературы;интерпретация данных; отбор необходимого материала; разработка схемы; проектирование устройства.

Дипломная работа состоит из двух частей. В технической части рассматривается проектирование и практическая реализация комплекса лабораторных работ по «Микропроцессорной технике» в программе ElectronicsWorkBench. В части диплома, связанной с охраной труда исследуется безопасность работы с электронной техникой.

ГЛАВА 1.ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО «МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ» В ПРОГРАММЕ ELECTRONICS WORKBENCH

1.1 Аналитический обзор по теме

1.1.1 Внешний интерфейс пользователя ElectronicsWorkbench

Приложение ElectronicsWorkbench представляет собой средство программной разработки и имитации электрических цепей.

Рис. 1 - Внешний вид экрана компьютера при работе с программой EWB

Интерфейс пользователя состоит из полоски меню, панели инструментов и рабочей области.

Полоса менюсостоит из следующих компонент: меню работы с файлами (File), меню редактирования (Edit), меню работы с цепями (Circut), меню анализа схем (Analysis), меню работы с окнами (Window), меню работы с файлами справок (Help).

Панель инструментовсостоит из “быстрых кнопок”, имеющих аналоги в меню, кнопок запуска и приостановки схем, набора радиоэлектронных аналоговых и цифровых деталей, индикаторов, элементов управления и инструментов.

1.1.2 Меню File

Меню File предназначено для загрузки и записи файлов, получения твердой копии выбранных для печати составных частей схемы, а также для импорта/экспорта файлов в форматах других систем моделирования и программ разработки печатных плат.

1. Первые четыре команды этого меню:New(Ctrl+N), Open...(Ctrl+O), Save (Ctrl+S), SaveAs... -- типичные для Windows команды работы с файлами и поэтому пояснений не требуют.

2. ReventtoSaved... -- стирание всех изменений, внесенных в текущем сеансе редактирования, и восстановление схемы в первоначальном виде.

3. Print... (CTRL+P) - выбор данных для вывода на принтер:

Schematic -- схемы (опция включена по умолчанию);

Description -- описания к схеме;

Partlist -- перечня выводимых на принтер документов;

Labellist -- списка обозначений элементов схемы;

Modellist -- списка имеющихся в схеме компонентов;

Subcircuits -- подсхем (частей схемы, являющихся законченными функциональными узлами и обозначаемых прямоугольниками с названием внутри);

Analysisoptions -- перечня режимов моделирования; Instruments -- списка приборов (см. гл. 3).

В этом же подменю можно выбрать опции печати (кнопка Setup) и отправить материал на принтер (кнопка Print). В программе EWB 5.0 предусмотрена также возможность изменения масштаба выводимых на принтер данных в пределах от 20 до 500%.

4. PrintSetup... -- настройка принтера.

5. Exit (ALT + F4) -- выход из программы.

6. Install... -- установка дополнительных программ с гибких дисков.

7. Importfrom SPICE -- импорт текстовых файлов описания схемы и задания на моделирование в формате SPICE (с расширением.cir) и автоматическое построение схемы по ее текстовому описанию.

8. Exportto SPICE -- составление текстового описания схемы и задания на моделирование в формате SPICE.

9. Exportto PCB -- составление списков соединений схемы в формате OrCAD и других программ разработки печатных плат.

Одноименное меню программы EWB пятой версии отличается от рассмотренного тем, что в подменю Import/Export предусмотрены возможности обмена данными с программой разработки печатных плат EWB Layout.

1.1.3 Меню Edit

Меню Edit позволяет выполнять команды редактирования схем и копирования экрана.

1. Cut (CTRL+X) -- стирание (вырезание) выделенной части схемы с сохранением ее в буфере обмена (Clipboard). Выделение одного компонента производится щелчком мыши на изображении (значке) компонента. Для выделения части схемы или нескольких компонентов необходимо поставить курсор мыши в левый угол воображаемого прямоугольника, охватывающего выделяемую часть, нажать левую кнопку мыши и, не отпуская ее, протянуть курсор по диагонали этого прямоугольника, контуры которого появляются уже в начале движения мыши, и затем отпустить кнопку. Выделенные компоненты окрашиваются в красный цвет.

2. Copy (CTRL+C) -- копирование выделенной части схемы в буфер обмена.

3. Paste (CTRL+V) -- вставка содержимого буфера обмена на рабочее поле программы. Поскольку в EWB нет возможности помещать импортируемое изображение схемы или ее фрагмента в точно указанное место, то непосредственно после вставки, когда изображение еще является отмеченным (выделено красным) и может оказаться наложенным на создаваемую схему, его можно переместить в нужное место клавишами курсора или ухватившись мышью за один из отмеченных компонентов. Таким же образом перемещаются и предварительно выделенные фрагменты уже имеющейся на рабочем поле схемы.

4. Delete (Del) -- стирание выделенной части схемы.

5. SelectAll (CTRL+A) -- выделение всей схемы.

6. Copybits (CTRL+I) -- команда превращает курсор мыши в крестик, которым по правилу прямоугольника можно выделить нужную часть экрана, после отпускания левой кнопки мыши выделенная часть копируется в буфер обмена, после чего его содержимое может быть импортировано в любое приложение Windows. Копирование всего экрана производится нажатием клавиши PrintScreen; копирование активной в данный момент части экрана, например, диалогового окна -- комбинацией Alt+PrintScreen. Перечисленные команды очень удобны при подготовке отчетов по моделированию, например, при оформлении лабораторных работ.

7. ShowClipboard -- показать содержимое буфера обмена.

1.1.4 Меню Circuit

Меню Circuit используется при подготовке схем, а также для задания параметров моделирования.

1. Activate (CTRL+G) -- запуск моделирования.

2. Stop (CTRL+T) -- остановка моделирования.

3. Pause (F9) -- прерывание моделирования.

4. Label... (CTRL+L) -- ввод позиционного обозначения выделенного компонента (например, R1 -- для резистора, С5 -- для конденсатора и т.д.) с помощью диалогового окна. При необходимости сдвига обозначения вправо можно слева ввести необходимое число пробелов (не более 14 символов в строке).

5. Value... (CTRL+ U) -- изменение номинального значения параметра компонента с помощью диалогового окна; команда выполняется также двойным щелчком по компоненту. Номинальное значение параметра вводится с клавиатуры, после чего нажатием курсором мыши на кнопки вверх-вниз выбирается множитель, кратный 1000. Например, для конденсатора задается его емкость в пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ), микрофарадах (мкФ) или миллифарадах (мФ).

6. Model... (CTRL+M) -- выбор модели компонента (полупроводникового прибора, операционного усилителя, трансформатора и др.); команда выполняется также двойным щелчком по компоненту.

7. Zoom (CTRL+Z) -- раскрытие (развертывание) выделенной подсхемы или контрольно-измерительного прибора, команда выполняется также двойным щелчком мыши по иконке компонента или прибора.

8. Rotate (CTRL+R) -- вращение выделенного компонента; большинство компонентов поворачиваются по часовой стрелке на 90° при каждом выполнении команды, для измерительных приборов (амперметр, вольтметр и др.) меняются местами клеммы подключения; команда используется при подготовке схем. В готовой схеме пользоваться командой нецелесообразно, поскольку это чаще всего приводит к путанице, -- в таких случаях компонент нужно сначала отключить, а затем вращать.

9. Fault (CTRL+F) -- имитация неисправности выделенного компонента путем введения:

Leakage -- сопротивления утечки;

Short -- короткого замыкания;

Open -- обрыва;

None -- неисправность отсутствует (включено по умолчанию).

10. Subcircuit... (CTRL+B) -- преобразование предварительно выделенной части схемы в подсхему. Выделяемая часть схемы должна быть расположена таким образом, чтобы в выделенную область не попали не относящиеся к ней проводники и компоненты.

11. WireColor... -- изменение цвета предварительно выделенного проводника (выделенный проводник утолщается). Более простой способ выполнения команды -- двойной щелчок мышью на проводнике, после чего в меню выбирается один из шести предлагаемых цветов. Необходимость расцветки особенно важна для проводников, соединяющих контрольные точки (узлы) схемы с осциллографом или логическим анализатором, -- в этом случае цвет проводника определяет цвет осциллограммы.

1.1.5 Меню Window

Меню Window содержит следующие команды:

Arrange (CTRL+W) -- упорядочение информации; в рабочем окне EWB путем перезаписи экрана, при этом исправляются искажения изображений компонентов и соединительных проводников;

Circuit -- вывод схемы на передний план;

Description (CTRL+D) - вывод на передний план описания сxeмы (если оно имеется) или окна-ярлыка для его подготовки (только на английском языке).

1.1.6 Меню Help

Меню Help построено стандартным для Windows способом. Оно содержит краткие сведения по всем рассмотренным выше командам, библиотечным компонентам и измерительным приборам, а также сведения о самой программе. Отметим, что для получения справки по библиотечному компоненту его необходимо отметить на схеме щелчком мыши (он высветится красным цветом) и затем нажать клавишу F1.

1.1.7 Меню Analysis программы EWB

1. Первые три команды -- Activate (CTRL+G), Stop (CTRL+T), Pause (F9) аналогичны командам меню Circuit

2. AnalysisOptions… (CTRL+Y) -- набор команд для установки параметров моделирования (рис. 2).

electronicsworkbench электрический цепь шифратор

Рис. 2. Окно настройки параметров моделирования общего характера

2.1. Global -- настройки общего характера; задаются в диалоговом окнеhttp://electrworkbench.edu.iiiep.kg/html/part1.htm - ris1_17, в котором параметры имеют следующие назначения:

ABSTOL -- абсолютная ошибка расчёта токов; если токи в моделируемой схеме существенно больше указанного значения, то с целью повышения быстродействия значение ABSTOL целесообразно увеличить, всходя из требуемой погрешности расчета (например, с учетом разрядности мультиметра);

GMIN -- минимальная проводимость ветви цепи; указанноезначение изменять не рекомендуется;

PIVREL, PIVTOL -- относительная и абсолютная величины элемента строки матрицы узловых проводимостей для его выделения в качестве ведущего элемента;

RELTOL -- относительная ошибка моделирования; влияет на сходимость решения и скорость моделирования; рекомендуемые значения -- 10^-2...10^-6;

TEMP -- температура, при которой проводится моделирование;

VNTOL -- абсолютная погрешность расчета напряжений;

CHGTOL -- абсолютная погрешность расчета зарядов; установленные по умолчанию значения изменять не рекомендуется;

RAMPTTME -- начальная точка отсчета времени при анализе переходных процессов;

CONVSTEP, CONVABSSTEP-- относительный и абсолютный размер автоматически контролируемого шаги итерации при расчете режима по постоянному току;

CONVLIMIT -- включение или выключение дополнительных средств, встроенных в модели некоторых компонентов, для обеспечения сходимости итерационного процесса;

RSHUNT --сопротивление утечки для всех нод относительно общей шины (заземления).

2.2. DC -- настройки для расчета режима по постоянному току (статический режим) с помощью диалогового окна (рис. 3), параметры которого имеют следующее назначение:

ITL1 -- максимальное количество итераций приближенных расчетов;

GMINSTEPS -- количество итераций размером GMIN каждая дополнительного Gminstepping алгоритма;

SRCSTEPS -- количество итераций дополнительного Sourcestepping алгоритма.

Рис. 3. Окно установки параметров режима DC

Рис. 4. Окно настройки режима моделирования переходных процессов

2.3. Transient -- настройка параметров режима анализа переходных процессов:

ITL4 -- максимальное количество итераций для расчета одной точки переходных процессов; при сообщении "Timesteptoosmall" (шаг времени очень мал) или "Noconvergenceinthetransientanalysis" (нет сходимости) значение параметра целесообразно увеличить до 15...20;

METHOD -- метод приближенного интегрирования системы дифференциальных уравнений (рис. 5):

Рис. 5. Окно параметров модели МОП-транзистора

2.4. Device -- выбор параметров МОП-транзисторов (диалоговое окно нарис.5):

DEFAD -- площадь диффузионной области стока, м²;

DEFAS -- площадь диффузионной области истока, м²;

DEFL -- длина канала полевого транзистора, м;

DEFW -- ширина канала, м;

TNOM -- номинальная температура компонента;

BYPASS -- включение или выключение нелинейной части модели компонента;

TRYTOCOMPACT -- включение или выключение линейной части модели компонента.

2.5. Instruments -- настройка параметров контрольно-измерительных приборов (рис. 6):

Рис. 6. Окно настройки параметров контрольно-измерительных приборов

Pauseaftereachscreen -- пауза (временная остановка моделирования) после заполнения экрана осциллографа (Oscilloscope) по горизонтали; при дезактивации опции становятся активными следующие две опции:

Generatetimestepsautomatically -- автоматическая установка временного шага (интервала) вывода информации на экран;

Minimumnumberoftimepoints -- минимальное количество отображаемых точек за период наблюдения (регистрации);

ТМАХ --промежуток времени от начала до конца моделирования;

SettoZero -- установка в нулевое (исходное) состояние контрольно-измерительных приборов перед началом моделирования;

User-defined -- управление процессом моделирования проводится пользователем (ручной пуск и остановка);

Calculate DC operatingpoint -- выполнение расчета режима по постоянному току;

Pointspercycle -- количество отображаемых точек при выводе амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик (Bodeplotter);

Useengineeringnotation -- использование инженерной системы обозначений единиц измерения (например, напряжения будут выводиться в милливольтах (мВ), микровольтах (мкВ), нановольтах (нВ) и т.д.).

1.1.8 Порядок проведения работы для разработки принципиальной электрической схемы

Принципиальная схема -- это схема электрических соединений, выполненная в развернутом виде. Она является основной схемой проекта электрооборудования производственного механизма и дает общее представление об электрооборудовании данного механизма, отражает работу системы автоматического управления механизмом, служит источником для составления схем соединений и подключений, разработки конструктивных узлов и оформления перечня элементов.

По принципиальной схеме осуществляется проверка правильности электрических соединений при монтаже и наладке электрооборудования. От качества разработки принципиальной схемы зависит четкость работы производственного механизма, его производительность и надежность в эксплуатации.

Запустите ElectronicsWorkbench.

Подготовьте новый файл для работы. Для этого необходимо выполнить следующие операции из меню: File/New и File/Saveas. При выполнении операции Saveas будет необходимо указать имя файла и каталог, в котором будет храниться схема.

Перенесите необходимые элементы из заданной схемы на рабочую область ElectronicsWorkbench. Для этого необходимо выбрать раздел на панели инструментов (Sources, Basic, Diodes, Transistors, AnalogIcs, MixedIcs, DigitalIcs, LogicGates, Digital, Indicators, Controls, Miscellaneous, Instruments), в котором находится нужный вам элемент, затем перенести его на рабочую область (щёлкнуть мышью на нужном элементе и, не отпуская кнопки, перенести в нужное место схемы).

Workbench также предоставляет возможность использовать настраиваемую панель инструментов Favorites. Панель своя для каждого файла схемы.

Для добавления в панель элемента надо щёлкнуть его изображение на панели правой кнопкой и выбрать AddtoFavorites. Чтобы убрать с панели Favorites, щёлкнуть правой кнопкой элемент на панели Favorites и выбрать RemovefromFavorites.

Соедините контакты элементов и расположите элементы в рабочей области для получения необходимой вам схемы. Для соединения двух контактов необходимо щелкнуть по одному из контактов основной кнопкой мыши и , не отпуская клавишу, довести курсор до второго контакта.

Проставьте необходимые номиналы и свойства каждому элементу.

Когда схема собрана и готова к запуску, нажмите кнопку включения питания на панели инструментов.

В случае серьезной ошибки в схеме (замыкание элемента питания накоротко, отсутствие нулевого потенциала в схеме) будет выдано предупреждение.

Произведите анализ схемы, используя инструменты индикации.



1.2. Практическая часть

1.2.1 Лабораторная работа №1. Проектирование 16-ти простейших логических схем (Or, And и т.д.)

Теоретические сведения

Все устройства ЭВМ состоят из элементарных логических схем. Работа этих схем основана на законах и правилах алгебры логики, которая оперирует двумя понятиями: истинности и ложности высказывания. В соответствии с такой двоичной природой высказываний условились называть их логическими двоичными переменнымии обозначать 1 в случае истинности и 0 в случае ложности. Примерами логических переменных являются высказывания:

A = “Земля плоская”, В = “Автомобиль имеет двигатель”

На основании этих высказываний можно записать А = 0; В = 1, так как высказывание А - ложно, а высказывание В истинно.

Высказывания могут быть простыми и сложными: простые содержат одно законченное утверждение, сложные образуются из двух или большего числа простых высказываний, связанных между собой некоторыми логическими связями. Формализация и преобразование связей между логическими переменными осуществляется в соответствии с правилами алгебры логикиназываемой алгеброй Буля.

Две логические переменные А и В, принимающие значение 0 или 1, могут образовывать логические функции. В алгебре логики любые функции удобно изображать в виде таблицы соответствия всех возможный комбинаций входных логических переменных и выходной логической функции, называемойтаблицей истинности.

Ниже приведен полный перечень функций двух аргументов. Функции, образованные логическими переменными, можно преобразовывать в соответствии с правилами или законами алгебры логики. При этом стремятся минимизировать логическое выражение, т.е. привести его к виду, удобным для практической реализации на логических элементах (таблицу .1).

Таблица.1. Таблица Истинности

Функция	Название функции	Х1	0	0	1	1
		Х2	0	1	0	1
F1= x1 /\ x2	Конъюнкция - логическое умножение (И)	0	0	0	1
F2= x1 \/ x2	Дизъюнкция - логическое сложение	0	1	1	1
F3= x1 > x2	Импликация х1 в х2	1	1	0	1
F4= х1 < х2	Импликация х2 в х1	1	0	1	1
F5=x1 Ю x2	Запрет х2	0	0	1	0
F6=x1 Ь x2	Запрет х1	0	1	0	0
F7=x1 ~ x2	Эквивалентность	1	0	0	1
F8=x1 Е x2	Сложение по модулю 2	0	1	1	0
F9=x1/x2	И-НЕ - Штрих Шеффера	1	1	1	0
F10=x1 v x2	ИЛИ-НЕ - Стрелка Пирса	1	0	0	0
F11=x1	Повторение х1	0	0	1	1
F12=x2	Повторение х2	0	1	0	1
F13=1	Константа 1	1	1	1	1
F14=0	Константа 0	0	0	0	0
F15=x1^	Инверсия х1- НЕ х1	1	1	0	0
F16=x2^	Инверсия х2- НЕ х2	1	0	1	0

Рассмотрим пример построения (например Дизъюнкции) и оформление лабораторной работы:

Функции F₂(А, В) - Дизъюнкция:

Логическое сложение двух переменных А и В есть логическая функция F₂, которая истинна тогда, когда истинна одна из двух входных переменных. F₂ = A+B. Для функции логического сложения таблица истинности имеет вид:



Таблица. 2 - Дизъюнкция - логическое сложение

А	0	0	1	1
В	0	1	0	1
F	0	1	1	1

Рис.7. Графическая схема проектирования функции сложения

Функция F₂=A+B. Графическая схема проектирования функциисложения,созданная в программе ElectronicsWorkbench приведена на рис.7.

Рис. 8. Диаграммы входных и выходных сигналов

После приведения самой схемы нарисованной и собранной в программе ElectronicsWorkbench вы должны привести диаграммы входных и выходных сигналов (рис. 8).

Для проверки можно сравнить диаграммы входных и выходных сигналов с таблицей истинности. Как видно на 1-ом такте А=1; B=0; F₂=1. Сравним это с таблицей истинности и уведем, что F_n совпадают. При полном совпадении выходной функции на других тактах и при другом сочетании переменных можно сделать вывод, что построенная схема работает правильно. На этом описание этой функции заканчивается. Другие функции описываются и собираются аналогично.

При построении и проектировании других лабораторных работ проверка работоспособности построенной схемы выполняется также. Проверяются диаграммы входных и выходных сигналов и сравниваются по тактам с таблицей истинности.

Задание:

1. Используя пакет ElectronicsWorkbench спроектировать схемы логических функций;

2. Составить отчет о выполнении лабораторной работы в MS Word. В отчет включить построенные схемы и диаграммы входных и выходных сигналов каждой из выполненных схем;

3. Лабораторная работа выполняется в соответствии с вариантами (см. таблицу. 3).

Таблица. 3.- Варианты заданий

N варианта

F0

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

F9

F10

F11

F12

F13

F14

F15

1

+

+

+

2

+

+

+

3

+

+

+

4

+

+

+

5

+

+

+

6

+

+

+

7

+

+

+

8

+

+

+

9

+

+

+

10

+

+

+

11

+

+

+

12

+

+

+

13

+

+

+

14

+

+

+

15

+

+

+

16

+

+

+

1.2.2 Лабораторная работа №2. Проектирование дешифраторов и шифраторов

Теоретические сведения

Дешифраторы и шифраторы по существу принадлежат к числу преобразователей кодов. С принятием шифрации связано представление о сжатии данных, с понятием деширации-обратное преобразование.

Комбинационная схема, преобразующая поступающий на входы код в сигнал только на одном из ее выходов, называется дешифратором.

В условных обозначениях дешифраторов и шифраторов используются буквы DC и CD (от слов decoder и coder соответственно).

Если количество двоичных разрядов дешифруемого кода обозначить через n то число выходов дешифратора должно быть 2^n.Так как с помощью n-разрядного двоичного кода можно отобразить 2^n кодовых комбинаций, число выходов полного дешифратора равна 2^n. Таким образом, дешифратор содержит число выходов, равное числу комбинаций входных переменных, например, число входов равно 3, то число выходов равно 2³=8.

Если часть входных наборов не используется, то дешифратор называют неполным и у него Nвых<2^n. В ЭВМ с помощью дешифраторов осуществляется выборка необходимых ячеек запоминающих устройств, расшифровка кодов операций с выдачей соответствующих управляющих сигналов и т.д.

Если входные переменные представить как двоичную систему запись чисел, то логическая единица формируется в том выходе, номер которого соответствует десятичной записи того же числа. Например, A = 1, B = 0, C = 0, D = 1, число 1001 в двоичном коде. В десятичной коде это число соответствует 9, т.е. при данной комбинации входных переменных F₉ = 1. Дешифраторы широко используются в качестве преобразователей двоичного кода в десятичный, а также во многих других устройствах.

Функционирование дешифратора описывается системой логических уравнений составленных на основе таблицы истинности.

Одноступенчатый дешифратор(линейный) - наиболее быстродействующий, но его реализация при значительной разрядности входного слова затруднена, поскольку требует применения логических элементов с большим числом входов (равным n+1 для вариантов со стробированием по выходу) и сопровождается большой нагрузкой на источники входных сигналов. Обычно одноступенчатыми выполняются дешифраторы на небольшое число входов, определяемое возможностями элементов применяемой серии микросхем (рис.9).

Рис.9. Схема дешифратора на 3 входа и 8 выходов

В приведенном примере на рис.9 дешифратор имеет 3 входа, следовательно максимальное количество выходов будет равно 2^3=8.

Построение дешифратора на основе простых элементов, с помощью таблицы истинности (таблица.4) и составленных соответственно логических уравнений.

Таблица.4 - Таблица истинностей

	A	B	C	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7	Y8
1	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
2	0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0
3	0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
4	0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0
5	1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
6	1	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0
7	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
8	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1

Уравнения для построения:

1. Y1=A^ B^ C^;

2. Y5=A B^ C^;

3. Y2=A^ B^ C ;

4. Y6=A B^ C;

5. Y3=A^ B C^;

6. Y7=A B C^;

7. Y4=A^ B C;

8. Y8=A B C ;

На рис. 10 приведена временная диаграмма работы дешифратора.



Рис.10 - Диаграмма работы дешифратора на 3 входа и 8 выходов

Появление малоразрядных дешифраторов (пирамидальный и матричный) в виде СИС поставило вопрос о применении их как средств построения дешифраторов большей разрядности, что дает существенную экономию аппаратурных затрат.

Любой нужный дешифратор может быть построен по пирамидальной структуре. Привходное слово делится на поля, разрядность которых соответствует числу входов имеющихся СИС дешифраторов, а затем из СИС строится пирамидальная структура, составляющая совокупность линейных дешифраторов.

Матричные дешифраторы формируются на основе простых линейных дешифраторов меньшей размерности, т.е. строятся в виде матрицы.

Шифраторы. Двоичные шифраторы преобразуют код “1из N” в двоичный код, т.е. выполняют микрооперацию, обратную микрооперации дешифраторов. При возбуждении одной из входных цепей шифратора на его выходах формируется слово, отображающее номер возбужденной цепи.

Полный двоичный шифратор имеет 2^n входов и n выходов. Одно из основных применений шифратора - ввод данных с клавиатуры, при котором нажатие клавиши с десятичной цифрой должно приводить к передаче в устройство двоичного кода данной цифры. Пример построения шифратора показан на рис.11, а на рис.12 приведена временная диаграмма работы шифратора.

Рис. 11. Схема шифратора

Рис.12. Диаграмма работы шифратора

Задание:

1. Используя пакет ElectronicsWorkbench спроектировать схемы на основе простейших элементов, используя для составления схемы таблицу истинности и проанализировать работы:

- Дешифратора;

- Шифратора;

2. Составить отчет о выполнении лабораторной работы в MS Word

3. В отчет включить:

- Схемы дешифратора и шифратора;

- Временные диаграммы работы дешифратора и шифратора;

Задания выполняются соответственно по вариантам:

1. Спроектировать линейный дешифратор на 4 входа и шифратор;

2. Спроектировать пирамидальный дешифратор на 4 входа и шифратор;

3. Спроектировать матричный дешифратор на 4 входа и шифратор.

1.2.3 Лабораторная работа №3. Проектирование мультиплексора и демультиплексора

Теоретические сведения

Большая часть данных в цифровых системах передается непосредственно по проводам и проводникам печатных плат. Обычно возникает необходимость в многократной передаче информационных двоичных сигналов из одного места в другое. В некоторых случаях нужно передавать данные на большие расстояния по телефонным линиям и кабелям. Если бы все данные передавались одновременно по параллельным линиям связи, общая длина таких кабелей была бы слишком велика и они были бы слишком дороги. Вместо этого данные передаются по одному проводу в последовательной форме и группируются в параллельные данные на приемном конце этой единственной линии связи. Устройства используемые для последовательной посылки и приема данных, называются соответственно мультиплексор и демультиплексор. Параллельные данные одного из цифровых устройств с помощью мультиплексора преобразуются в последовательные информационные сигналы, которые передаются по одному проводу. На выходе демультиплексора эти последовательные сигналы снова группируются в параллельные данные.

Входы мультиплексора делятся на две группы: информационные и управляющие (адресующие).

Мультиплексором (multiplexor) - комбинационное устройство, обеспечивающее коммутацию одного из входов на общий выход под управлением сигналов на адресных входах.

Рис. 13. Схема мультиплексора



Таблица. 5. Таблицаистинностимультиплексора

x0	x1	x2	I	Y
0	0	0	i0	i0
0	0	1	i1	i1
0	1	0	i2	i2
0	1	1	i3	i3
1	0	0	i4	i4
1	0	1	i5	i5
1	1	0	i6	i6
1	1	1	i7	i7

y=x0^*x1^*x2^*i0 + x0^*x1^*x2*i1 + ... + x0*x1*x2*i7

На рис.14 приведена временная диаграмма работы мультиплексора.

Рис. 14. Диаграмма работы мультиплексора

Демультиплексором - комбинационное устройство, обеспечивающее коммутацию единственного входа на один из выходов под управлением сигналов на адресных входах (рис. 15).

Рис. 15. Схема демультиплексора

Как уже говорилось выше демультеплексор выполняет операцию обратную мультиплексору, т.е. преобразует передоваемый последовательный сигнал в парралельную комбинацию сигналов.

Таблица.6. Таблица истинности демультиплексора на 3 адресных входах

I	x0	x1	x2	y0	y1	y2	y3	y4	y5	y6	y7
i0	0	0	0	i0	0	0	0	0	0	0	0
i1	0	0	1	0	i1	0	0	0	0	0	0
i2	0	1	0	0	0	i2	0	0	0	0	0
i3	0	1	1	0	0	0	i3	0	0	0	0
i4	1	0	0	0	0	0	0	i4	0	0	0
i5	1	0	1	0	0	0	0	0	i5	0	0
i6	1	1	0	0	0	0	0	0	0	i6	0
i7	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	i7

Логические уравнения демультиплексора или выходы равны:

y0=x1^*x2^*x3^*A

y1=x1^*x2^*x3^*A

y7=x1*x2*x3*A

На рис. 16 приведена временная диаграмма работы демультепликсора

Рис. 16. Диаграмма работы демультиплексора

Задание:

1. Используя пакет ElectronicsWorkbench спроектировать схемы на основе простейших элементов, используя для составления схемы таблицу истинности и проанализировать работы:

· Мультиплексора;

· Демультиплексора;

2. Составить отчет о выполнении лабораторной работы в MS Word

3. В отчет включить:

· Схемы мультиплексора и демультиплексора;

· Временные диаграммы работы мультиплексора и демультиплексора;

Задания выполняются соответственно по вариантам:

1. Спроектировать мультиплексор на 4 вход;.

2. Спроектировать демультиплексор на 4 входа.

1.2.4 Лабораторная работа №4. Сумматоры

Теоретические сведения

Сумматор является простейшим цифровым устройством. Это узел ЭВМ, выполняющий арифметическое суммирование кодов чисел, т.е. он предназначен для сложения двух чисел, заданных в двоичном коде.

Правила сложения двоичных и десятичных чисел одинаковы:

1. сложение производиться поразрядно - от младшего разряда к старшему;

2. в младшем разряде вычисляется сумма младших разрядов слагаемых А_i и В_i. Эта сумма в данной системе счисления может быть записана однозначным числом S₁ либо двухзначным числом P₁S₁. Функция P называется переносом;

3. во всех последующих разрядах находиться сумма данных разрядов слагаемых A_i и B_i, причем при P_i-1=1 к этой сумме добавляется единица (в числовых примерах, приведенных выше, этот случай выделен жирным шрифтом, результат сложения в i-м разряде записывается в виде однозначного S_i или двухзначного P_iS_i числа.

Таким образом, в каждом разряде необходимо найти сумму A_i, B_i и P_i-1 (если P_i-1=1), т.е. определить S_i и P_i. По числу входов различают полусумматоры, одноразрядные сумматоры (ОС) и многоразрядные сумматоры.

Рис.17. Схема полусумматора

Полусумматораминазываются устройства с двумя входами и двумя выходами, на которых вырабатываются сигналы суммы и переноса. Полусумматор реализует лишь часть задачи суммирования, так как не учитывает входной величины - переноса из соседнего младшего разряда в данных(рис. 17). В таблице.7 приведена таблица истинности полусумматора. На рис.18приведена временнаядиаграма работы полуссуматора.

Таблица.7. Таблица истинности полусумматора

Xi	Yi	Si	PI+1
0	0	0	0
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	0	1

Рис. 17. Диаграмма работы полусумматора

Логические уравнения: S=x^*y+x*y^ P=x*y

Одноразрядный двоичный сумматор состоит из двух комбинационных схем: одна формирования S_i, вторая для определения P_i. (рис.18, 19).Многоразрядный сумматор строится на основе одноразрядных в соответствии с правилами сложения.

Рис. 18. Схема однорязрядного двоичного сумматора

Рис. 19. Диаграмма работы однорязрядного двоичного сумматора

Одноразрядные сумматоры имеют три входа и обеспечивает сложение разрядов слагаемых и переносом из предыдущего разряда. (таблица. 8).

Таблица. 8. Таблица истинности сумматора

Xi	Yi	Pi	Si	Pi+1
0	0	0	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	1	0
0	1	1	0	1
1	0	0	1	0
1	0	1	0	1
1	1	0	0	1
1	1	1	1	1

Логические уравнения

S=y1+y2+y3+y4

Y1=x1^*x2^*x3

Y2=x1^*x2*x3^

Y3=x2^*x3^*x1

Y4=x1*x2*x3

Pi+1=y1+y2+y3+y4

Y1=x1^*x2*x3

Y2=x1*x2^*x3

Y3=x1*x2*x3^

Y4=x1*x2*x3

Минимизируя данные уравнения по формулам алгебры логики, построим сумматор в ElectronicsWorkbench.

Задание:

1. Используя пакет ElectronicsWorkbench спроектировать схему на основе простейших элементов, используя для составления схемы таблицу истинности и проанализировать работу сумматора или схемы сравнения.

2. Составить отчет о выполнении лабораторной работы в MS Word в котороый включить:

· - схемы построенные в ElectronicsWorkbench;

· - временные диаграммы работы выполненых вами схем.

Общее задание:

- Спроектировать однорозрадный сумматор.

Задания по вариантам:

1. Спроектировать четырехразрядный сумматор с последовательным переносом;

2. Спроектировать цифровую схему сравнения двухразрядных двоичных чисел А<B;

3. Спроектировать цифровую схему сравнения двухразрядных двоичных чисел А>B

4. Спроектировать цифровую схему сравнения двухразрядных двоичных чисел А=B;

1.2.5 Лабораторная работа №5. Последовательностные системы - триггеры

Теоретические сведения

Триггер - цифровой автомат, имеющий два устойчивых состояния равновесия либо 0, либо 1. Состояние триггера распознается по его входному сигналу. Под влиянием входного сигнала триггер скачкообразно переходит из одного устойчивого состояния в другое, при этом скачкообразно изменяется уровень напряжения его выходного сигнала. Для удобства использования в схемах вычислительных устройств триггеры обычно имеют два выхода: прямой Q (называется также “выход 1”) и инверсный Q^ (“ выход 0”). В единичном состоянии триггера на выходе Q имеют высокий уровень сигнала, а в нулевом - низкий. На выходе Q^ наоборот.

Если хотя бы с одного входа информации в триггер заносится принудительно под воздействием синхронизирующего сигнала, то триггер называется синхронизируемым (синхронным). Если занесение информации в триггер с любого входа производится без синхронизирующего сигнала, то триггер называется несинхронизируемым (асинхронным).

Состояние триггера определяется сигналом Q на прямом выходе триггера (или сигналом Q^ на его инверсном выходе).

Законы функционирования триггеров задаются таблицами переходов с компактной записью, при которой в столбце состояний может быть указано, что новое состояние совпадает с предыдущим либо является его отрицанием

Типы триггеров.

Триггер типа RS имеет два входа раздельной установки в нулевое и единичное состояния. Воздействие по входу S (обозначен по первой букве слова set - установка) приводит триггер в единичное состояние, а воздействие по входу R (от первой буквы слова reset - сброс) - в нулевое. Одновременная подача сигналов S и R не допускается, что является недостатком для RS-триггера.

Асинхронный RS-триггер на элементах И-НЕ показан на рис. 9. Триггер образован из двух комбинационных схем И-НЕ, соединенных таким образом, что возникают положительные обратные связи, благодаря которым в устойчивом состоянии выходной транзистор одной схемы ИЛИ-НЕ закрыт, а другой открыт. Таблица.9 определяет закон функционирования триггера. На рис.21приведена временная диаграмма иллюстрирующая работу асинхронного RS-триггера.

Рис. 20. Схема асинхронного RS-триггера на элементах И-НЕ

Таблица. 9. Таблица переходов асинхронного RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ

R	S	Q	Примечание
0	0	Q	Хранение
0	1	1	Установка 1
1	0	0	Установка 0
1	1	-	Запрещено

Рис. 21. Диаграмма работы асинхронного RS-триггера

При R=1 и S=0 триггер устанавливается в нулевое состояние Q=0; при R=0 и S=1 он устанавливается в единичное состояние Q=1; при R=S=0 триггер сохраняет состояние, в котором он находился до момента поступления на его входы нулевых сигналов. При R=S=1 на прямом и инверсном выходах устанавливается нулевой сигнал. Триггероное кольцо превращается в два независимых инвертора, и при переходе к хранению (R=S=0) триггер может устанавливаться в любое состояние. Поэтому такая комбинация входных сигналов запрещена.

Синхронизируемый однотактный RS-триггер приведен на рис. 22. Такие RS-триггеры имеют два информационных входа R и S и вход синхронизации C. Кроме того, триггер может иметь несинхронизируемые входы R и S. В этом случае функционирование триггера осуществляется либо под воздействием несинхронизируемых входов при С=0, либо под воздействием синхронизируемых входов. В последнем случае на несинхронизируемых входах должны присутствовать сигналы, которые не влияют на состояние схемы. Нарис.23 приведена временная диаграмма иллюстрирующая работу синхронного однотактного RS-триггера.

Рис. 22. Схема синхронного RS-триггера

Рис. 23. Диаграмма работы синхронного RS-триггера

Таблица. 10 определяет переходы RS-триггера для синхронизируемых входов R и S. Работа в соответствии с данной таблицей осуществляется при сигнале несинхронизируемого входа R=1 и при С=1.

Таблица.10. Таблица переходов для однотактного RS-триггера

R	S	Q	Примечание
1	1	Q	Хранение
1	0	1	Установка 1
0	1	0	Установка 0
0	0	-	Запрещено

Входная информация заносится в синхронизируемый однотактный RS-триггер через элементы входной логики 1 и 2 в момент поступления сигнала синхронизации С. В отсутствие сигнала синхронизации триггер может быть установлен в состоянии 0 путем подачи на несинхронизируемые вход R сигнала R=0.

Двухтактный RS-триггер. Устойчивая работа однотактных RS- триггеров в схеме с передачей информации между триггерами возможно только в случае, если занесение в триггер информации осуществляется после завершения передачи информации о прежнем его состоянии в другой триггер (рис. 24). Это достаточно просто обеспечивается при использовании двух серий находящихся в противофазе синхросигналов. Таблица.11 задает закон функционирования такого двухтактного триггера. Этот тирггер изменяет свои состояния только после окончания действия сигнала синхронизации С=1 (переход в режим хранения информации). Поэтому из двухтактных триггеров можно строить произвольные схемы, в том числе подавать сигналы с выхода триггера на его вход.

Таблица.11. Таблица переходов для двухтактного RS-триггера

R	S	Q	Примечание
0	0	Q	Хранение
1	0	0	Установка 0
0	1	1	Установка1
1	1	-	Запрещено

Такой принцип обмена информации реализован в двухтактных RS- триггерах.



Рис.24. Схема двухтактного RS-триггера

Простейшая схема двухвходногодвухтактного RS-триггера показана на рис. 24, она состоит из двух однотактных RS-триггеров и инвектора в цепи синхронизации. При поступлении на вход RS-триггера сигнала C=1 входная информация заносится в первый однотактный RS- триггер, а второй при этом будет хранит информацию, относящуюся к предыдущему периоду представления. По окончании действия сигнала синхронизации, когда С=0, а С^=1, первый RS- триггер перейдет в режим хранения, а второй примет то же состояние, что и первый. В результате к следующему такту на входе двухтактного RS- триггера появится сигнал нового состояния. Нарис.25, приведена временная диаграмма иллюстрирующая работу двухтактного RS-триггера.

Рис. 25. Диаграмма работы двухтактного RS-триггера

Триггер типа D (от слова delay - задержка) принимает информацию по одному входу и реализует функцию временной задержки. D-триггер имеет только режимы установки 1 и 0. В связи с этим несинхронизируемый D-триггер не применяется, т.к. его выход будет просто повторять входной сигнал. Синхронизируемы однотактный D-триггер задерживаетрапространение входного сигнала на время паузы между синхросигналами (задержка на полпериода). Для задержки на период (на один такт) используется двухтактный D-триггер.

Таблица.12. Таблица истинности D-триггера

Inputs	Outputs
D	C	S	R	Q	Q^
X	X		1	0	0	1
X	X		0	1	1	0
X	X		0	0	1	0
X	0		1	1	Q'	QB'
X	1		1	1	Q'	QB'
0	RE		1	1	0	1
1	RE		1	1	1	0

Рис. 26.Условное обозначение D-триггера

Параметры синхронного D- триггера:

D - информационный вход триггера

C - синхронизирующий вход

S - установка 1

R - установка 0

Q - информационный выход

Q^ - инверсный информационный выход

Параметры S и R служат для задания начальных условий

Триггер типа JK - универсален, с раздельной установкой нулевого и единичного состояния, в зависимости от соединения его входов он может работать как RS, T, D триггера. В отличие от триггера типа RS в нем не запрещена одновременная подача сигналов на оба входа. Входы J и K эквивалентны входам S и R установки триггера соответственно в состояния “1” и “0”.При объединении входов J и K и при подаче на них счетных импульсов.Вход J при раздельном использовании входов играет роль входа установки в единицу, а вход K - роль входа установки в нуль.

Рис. 27. Условное обозначение JK-триггера

Параметры синхронного JK-триггера:

C - синхронизирующий вход

J и K - информационные входы триггера

S - установка 1

R - установка 0

Q - информационный выход

Q^ - инверсный информационный выход

Параметры S и R служат для задания начальных условий (таблица. 13)

Таблица. 13. Таблица истинности синхронного JK-триггера

Inputs	Outputs
J	K	C	S	R	Q	Q^
X	X	X	1	0	0	1
X	X	X	0	1	1	0
X	X	X	0	0	1	0
X	X	0	1	1	Q'	QB'
X	X	1	1	1	Q'	QB'
0	0	FE	1	1	Q'	QB'
0	1	FE	1	1	0	1
1	0	FE	1	1	1	0
1	1	FE	1	1	QB'	Q'

Триггер типа T называется триггером со счетным входом (или счетным триггером). Он изменяет свое состояние на противоположное каждый раз, когда на его вход приходит очередной сигнал. Обозначение триггера пришло от первой буквы анг.словаtoggle-защелка.

Т.к. в ElectronicsWorkbench не приводится T-триггер его можно получить объединив информационные входы JK-триггера.

Задание:

1. Используя пакет ElectronicsWorkbench спроектировать схемы RS, D, JK, T-триггеров на основе элементов, используя для составления схемы таблицу истинности и проанализировать работы триггеров.

2. Составить отчет о выполнении лабораторной работы в MS Word. В отчет включить:

· - схемы триггеров;

· - временные диаграммы работы триггеров.

Задания выполняются соответственно по вариантам:

1. Схема двухтактного RS-триггера на базе элементов ИЛИ-НЕ;

2. Схема двухтактного RS-триггера с использованием микросхемы приведенной ElectronicsWorkbench;

3. Схема D -триггера с использованием микросхемы приведенной в ElectronicsWorkbench;

4. Схема JK-триггера с использованием микросхемы приведенной в ElectronicsWorkbench;

5. Схема T-триггера с использованием микросхемы приведенной в ElectronicsWorkbench.

Примечание: Для построения и анализа работы T, D и JK триггеров используйте их условные обозначения.

1.2.6 Лабораторная работа №6. Двоичные счетчики

Теоретические сведения

Почти каждая сложная цифровая система содержит несколько счетчиков. Счетчик- функциональный узел, предназначенный для подсчета числа входных сигналов и запоминания кода этого числа соответствующими триггерами. Результат счета в них записывается в двоичном коде. Максимальное число N, которое может быть записано в счетчике равно (2ⁿ -1), где n-число разрядов счетчика. Каждый разряд счетчика включает в себя триггер. По назначению счетчики делятся на суммирующие, вычитающие.

Рассмотрим построение и временную диаграмму работы суммирующего счетчика (трехразрядного).

Суммирующий счетчик работает по принципу суммирования сигналов, поступающих на его вход (таблица. 14). На рис. 28 приведена функциональная схема трехразрядного суммирующего счетчика и временная диаграмма работы (рис. 29), в табл. 14 - состояния его триггеров(Тг). В начальный момент времени все триггеры устанавливаются сигналом Уст 0 в состояние “0”. После прихода первого счетного импульса триггер Тг1 перейдет в состояние “1” и в счетчике зафиксируется код 001.Второй импульс, пришедший на вход, переведет Тг1 снова в состояние “0”. При этом возникает импульс переноса, который устанавливает следующий триггер Тг2 в состояние “1” и в счетчике зафиксируется код 010. После третьего входного сигнала Тг1 вновь прейдет в состояние “1”, а остальные триггеры останутся в прежнем состоянии. Так будет продолжаться до тех пор, пока счетчик не просуммирует максимальное для трех разрядов число 7₁₀=111₂. Восьмой импульс переведет Тг1 в состояние “02, возникший перенос поступит на Тг2 и также переведет его в состояние “0”. В свою очередь, импульс переноса со второго разряда переведет в состояние “0” и Тг3. В результате этого счетчик установится в исходное нулевое состояние (000)

Таблица. 14.Таблица истинности суммирующего двоичного счетчика

Номер импульса	Состояние триггеров
	Q1	Q2	Q3
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
8	0	0	0

Рис. 28. Схема суммирующего двоичного счетчика



Рис. 29. Диаграмма работы суммирующего двоичного счетчика

В вычитающем счетчике перенос от разряда берется не единичных, а с нулевых выходов триггеров. Можно убедиться в том, что при такой коммутации перенос образуется при переходе соответствующего триггера в состояние “1”, а не “0”, как это было в суммирующем счетчике (таблица. 14). В вычитающем счетчике каждый поступающий на вход сигнал не увеличивает, а уменьшает содержимое счетчика на единицу (рис. 30). Временная диаграмма работы вычитающего счетчика приведена на риc. 31.

Таблица. 15. Таблица истинности вычитающего двоичного счетчика

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

Рис. 30. Схема вычитающего двоичного счетчика

Рис. 31. Диаграмма работы вычитающего двоичного счетчика

Задание:

1. Используя пакет ElectronicsWorkbench спроектировать схемы на основе элементов, используя для составления схемы таблицу истинности и проанализировать работы:

· - Суммирующего счетчика;

· - Вычитающего счетчика.

2. Составить отчет о выполнении лабораторной работы в MS Word. В отчет включить:

· - Схемы счетчиков;

· - Временные диаграммы работы счетчиков.

Задания выполняются соответственно по вариантам:

1. Спроектировать 8-разрядный счетчик на основе RS триггера.

2. Спроектировать 8-разрядный счетчик на основе JK триггера.

Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод, что в данной дипломной работе рассмотрено проектирование и практическая реализация комплекса лабораторных работ по «Микропроцессорной технике» в программе ElectronicsWorkBench.

Комплекс лабораторных работ состоит из 6 заданий по проектированию цифровых устройств, таких как дешифраторы и шифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры, триггеры, двоичные счетчики, а также простейшие логические схемы.

В работе представлен порядок проведения работ для разработки ряда цифровых устройств, их принципиальные схемы и принципы работы. А также рассмотрены основные принципы функционирования. Задания по выполняются соответственно по вариантам.