Buderus-trade.ru

Теплотехника Будерус
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Схема на основе синхронного 4-разрядного двоичного счетчика с двойной синхронизацией К155ИЕ5 (74193)

Схема на основе синхронного 4-разрядного двоичного счетчика с двойной синхронизацией К155ИЕ5 (74193)

Данная схема позволяет получить на экране характериографа одновременно 8 зависимостей тока коллектора от базового тока. Схема построена для исследования выходных вольт-амперных характеристик транзистора n-p-n. Далее приведена схема устройства, перечень и описание её элементов, а также графики токов и напряжений в ключевых узлах схемы и пояснения к ним. Схема разделена на две части, схему формирования токов базы исследуемого транзистора и схему формирования напряжения коллектора исследуемого транзистора. В части, формирующей токи базы исследуемого транзистора, ключевую роль играет цифровой счётчик К155ИЕ5. Три из четырёх его выходов присоединены через резисторы различных номиналов, отличающихся в 2 раза (400, 800 и 1600 кОм) к базе исследуемого транзистора, таким образом, мы получаем три различных тока на выходе. В итоге при работе счётчика мы получаем семь (если не считать нулевой ток) различных уровней базового тока путём сложения во всех возможных комбинациях трёх вышеописанных токов. Вторая часть схемы представляет собой цепочку из трёх операционных усилителей формирующих пилообразное развёртывающее напряжение на коллекторе исследуемого транзистора. Подробнее работа этих операционных усилителей с графиками выходных напряжений описана ниже в пункте 1.1.3. Обе части схемы питаются от разных источников синусоидального напряжения, что связано с особенностями компьютерного моделирования. Таким образом, мы получаем семь различных токов базы исследуемого транзистора и линейно увеличивающееся напряжение на коллекторе. Сняв зависимость коллекторного тока исследуемого транзистора от напряжения на коллекторе, мы получим семь кривых коллекторного тока (выходных характеристик) исследуемого транзистора в зависимости от различных токов базы.

Рис. 1. Схема исследования биполярного транзистора методом характериографа на основе цифрового счётчика К155ИЕ5

V3 и V5 — источники синусоидального напряжения;(D5SBA60/SDG) — двухполупериодный диодный мост;(1N4376) и C1 — диод и фильтрующий конденсатор, выпрямляют напряжение, подаваемое с диодного моста;и D10 (BZ-056) — параметрический стабилизатор напряжения 5 вольт;

С3 — фильтрующий конденсатор;(Q2N4064), R7 и R8 — формируют импульсы, подаваемые на 5й вывод счётчика 74193, необходимые для его счёта в прямом направлении;- цифровой счётчик, через 20 мс после включение схемы формирует сигнал на сброс, который включает счётчик;

— синхронный 4-разрядный двоичный счетчик (описание приведено ниже);, R3, R4 -резисторы со специально подобранными номиналами (400кОм, 800кОм, 1.6Мом), позволяют формировать разные уровни токов базы транзистора Q3;, D6, D7 — диоды, уменьшают взаимное влияние базовых токов;B — операционный усилитель, формирует прямоугольный сигнал из синусоидального за счёт большого коэффициента усиления; A — операционный усилитель, является интегрирующим и из прямоугольного сигнала формирует пилообразный сигнал;A — операционный усилитель, является инвертирующим и формирует напряжение коллектора исследуемого транзистора Q3. Буферный элемент, исключает влияние транзистора Q3 на источник развертывающего пилообразного напряжения;(Q2N2222) — исследуемый транзистор. В базу подаются дискретизированные по уровням токи, на коллектор подаётся пилообразное напряжение развёртки;- резистор, с которого снимается напряжение, пропорциональное току коллектора (реально току эмиттера).

Основные параметры и характеристики синхронного 4-разрядного двоичного счетчика с двойной синхронизацией К155ИЕ5 (74193)

Микросхема представляет собой двоичный счетчик. Каждая ИС состоит из четырех JK-триггеров, образуя счетчик делитель на 2 , 4 и 8. Установочные входы обеспечивают прекращение счета и одновременно возвращают все триггеры в состояние низкого уровня (на входы R0(1) и R0(2) подается высокий уровень). Выход Q1 не соединен с последующими триггерами. Если ИС используется как четырехразрядный двоичный счетчик, то счетные импульсы подаются на С1, а если как трехразрядный — то на вход С2. Корпус К155ИЕ5 типа 201.14-1. Зарубежные аналоги 74193, SN7493N, SN7493J.

Читайте так же:
Яндекс метрика код счетчика установлен не всех страницах

Порядок выполнения работы

1) Для исследования суммирующего счетчика на контактном поле соберите схему, представленную на рис. 2.5, с использованием микросхемы К555ТМ2.

2) По­давая на вход С схемы тактовые импульсы и подключая попеременно к выводу 9 микросхемы источник постоянного напряжения 5 В и заземление, наблюдайте за состоянием выходов счетчика. Составьте временные диаграм­мы работы суммирующего счетчика. Опре­делите коэффициент пересчета счетчика.

2.2.2. Исследование вычитающего счетчика

1) Для исследования вычитающего счетчика на контактном поле соберите схему, представленную на рис. 2.6, с использованием микросхемы К555ТМ2.

2) Зари­суйте временные диаграммы работы вычитающего счетчика.

3) Подключите к инверсным входам триггеров в качестве индикаторов вольтметры. Зарисуйте полученные временные диаграммы и сравните их с диа­граммами, полученными при выполнении заданий, указанных в п. 2.1.1.

Рис. 2.5. Схема исследования суммирующего счетчика

2.2.3. Исследование счетчика с измененным коэффициентом пересчета

1) Для исследования счетчика с измененным коэффициентом пересчета на контактном поле соберите схему, представленную на рис. 2.7, с использованием микросхемы К555ТМ2.

2) По­давая на вход С схемы тактовые импульсы, наблюдайте за состоянием выходов счетчика, составьте временные диаграм­мы работы счетчика и определите коэффициент пересчета.

3) Измените структуру комбинационной части счетчика в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2.3. По­давая на вход С схемы тактовые импульсы, наблюдайте за состоянием выходов счетчика, составьте временные диаграм­мы работы счетчика.

2.2.4. Исследование счетчика Джонсона

1) Для исследования счетчика Джонсона на контактном поле соберите схему, представленную на рис. 2.8, с использованием микросхемы К555ТМ8. Счетное устройство, приведенное на рис. 2.8, получило назва­ние счетчика Джонсона, или счетчика с пере­крестными связями.

2) По­стройте временные диаграммы сигналов на выходах триггеров. Определите коэффици­ент пересчета счетчика Джонсона.

Рис. 2.6. Схема исследования вычитающего счетчика

Рис. 2.7. Схема исследования счетчика с измененным коэффициентом

2.2.5. Исследование двоично-десятичного реверсивного счетчика

1) Для исследования двоично-десятичного реверсивного счетчика используйте микросхему К555ИЕ6, внешний вид и обозначения выводов которой представлены на рис. 2.9.

2) По­давая на входы схемы тактовые импульсы, наблюдайте за сос-тоянием выходов счетчика, составьте временные диаграм­мы работы счетчика.

Рис. 2.8. Схема исследования счетчика Джонсона

2.3. Содержание отчета 1) Цель работы. 2) Расположение выводов и паспорт-ные данные микросхем, применяемых для построения схем счетчиков. 3) Схемы исследования. 4) Таблицы состояния и временные диаграммы работы исследуемых счет-чиков.
Рис. 2.9. Микросхема К555ИЕ6

2.4. Контрольные вопросы

1) Почему при подключении счетных входов триггеров к инверсным выходам предыдущих каскадов счетчик на D-триггерах работает как суммирующий, а при подключении к прямым – как вычитающий?

2) В каком режиме будет работать счетчик на JK-триггерах при подключении счетных входов триггеров к прямым выходам предыдущих каскадов? Как изменится режим работы счетчика при подключении счетных входов триггеров к инверсным выходам?

3) Какой коэффициент пересчета имеет счетчик Джонсона?

4) Какими способами можно изменить коэффициент пересчета счетчика?

5) Сколько триггеров должен содержать счетчик с коэффициентом пересчета Ксч = 3, 5, 7, 9, 10, 12, 14, 16, 24, 30?

6) Как происходит переход счетчика из состояния 111 в состояние 000? Какой из триггеров первым изменит свое состояние?

Читайте так же:
Счетчики меркурий 100 ампер

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.1

Цель работы: Изучение принципов построения и функционирования двоичных счетчиков; исследование быстродействия счетчиков с последовательным и параллельным переносами.

Задание к лабораторной работе

а) исследование счетчика с параллельным переносом

1. В среде системы схемотехнического моделирования MICROCAP V (МС5) создать на базе интегральных схем (ИС) триггеров схему 4-разрядного асинхронного счетчика с последовательным переносом. Типы триггеров задаются преподавателем.

На рис.3.1.1. приведен пример построения счетчика с использованием ИС JK-триггеров типа К155ТВ15.

2. Выполнить моделирование схемы в режиме Analysis/Transient analysis. В окне “Transient analysis limits” задать выводимые временные диаграммы и пределы изменения величин по амплитуде сигналов и времени. Для запуска расчета нажать RUN.

На рис.3.1.2,а. в качестве примера приведен результат моделирования для вышеприведенной схемы.

3. По временным диаграммам определить время установления счетчика tуст. Для этого выделить фрагмент диаграммы, обведенной штрих пунктирной линией на рис.3.1.2,а, и увеличить его. Данный фрагмент показан на рис.3.1.2,б. На данном рисунке хорошо видно накопление задержки при прохождении сигнала в счетчике от младшего разряда к старшему. Для определения tуст воспользуйтесь режимом курсорных измерений.

– Исследовать полученные графики сделать выводы.

переносом, а также для исследования прохождения сигналов по цепям счетчика, и вычисления задержек распространения сигналов.

Рис.3.1.2. Временные диаграммы работы счетчика

с последовательным переносом

б) исследование счетчика с параллельным переносом.

1. На базе ИС, указанных преподавателем, создать схему 4-разрядного асинхронного счетчика с параллельным переносом.

На рис.3.1.3. приведен пример построения счетчика с использованием ИС JK-триггеров типа К155ТВ1.

Рис.3.1.3. Счетчик с параллельным переносом

Далее выполнить п.2 и 3 аналогично первому заданию.

Содержание отчета

2. Схемы и временные диаграммы;

3. Результаты измерения времени установления счетчиков;

4. Выводы по проделанной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.2

«Исследование двоичных реверсивных счетчиков»

Цель работы: Изучение принципов построения и функционирования двоичных реверсивных счетчиков.

Задание к лабораторной работе

а) исследование 3-разрядного реверсивного счетчика

1. Создать схему 3-разрядного реверсивного счетчика на базе ИС, указанных преподавателем.

Пример построения счетчика на основе ИС D-триггеров типа К155ТМ2 приведен на рис.3.2.1.

2. Выполнить моделирование схемы и построить временные диаграммы работы реверсивного счетчика.

Пример построения временных диаграмм для приведенной выше схемы показан на рис.3.2.2.

3. По временным диаграммам убедиться в правильном функционировании счетчика. В случае неправильной работы скорректировать схему и повторить моделирование.

б) Изучение внутренней структуры и исследование работы

ИС реверсивного двоичного счетчика К155ИЕ7

Целью данного задания является изучение схемотехники и функционирования ИС реверсивного двоичного счетчика К155ИЕ7, а также исследования используемых схем предустановки и сброса.

Функциональная электрическая схема реверсивного счетчика К155ИЕ7 представлена на рисунке 3.2.3. Схема счетчика находится в файле labie7.cir.

2. Выполнить моделирование работы ИС К155ИЕ7 и построить временные диаграммы основных сигналов. Пример построения временных диаграмм показан на рис.3.2.3.

Содержание отчета

6. Схемы и временные диаграммы работы счетчиков;

7. Выводы по проделанной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.3

«Исследование двоично-десятичных счетчиков»

Цель работы: Изучение принципов построения и функционирования двоично-десятичных счетчиков.

Данная лабораторная работа предназначена для изучения способов построения счетчиков с произвольным модулем счета на примере реализации двоично-десятичных счетчиков.

Задание к лабораторной работе

а) Двоично-десятичный счетчик на базе ИС К155ИЕ5

В данном задании исследуется способ построения двоично-десятичного счетчика с принудительным сбросом.

Читайте так же:
Счетчик посещаемости для друпал

1. Создать схему двоично-десятичного счетчика на базе ИС К155ИЕ5.

Пример построения счетчика показан на рис.3.3.1,а.

2. Выполнить моделирование работы счетчика и построить временные диаграммы. Пример построения диаграмм показан на рис.3.3.1,б.

3. Убедиться в правильности функционирования счетчика. В случае неправильной работы откорректировать схему.

б) Исследование двоично-десятичного реверсивного счетчика

В данном задании исследуется способ построения реверсивного двоично-десятичного счетчика с принудительным насчетом. Для построения счетчика используется ИС двоичного реверсивного счетчика К155ИЕ7, имеющего входы предустановки.

1. Создать схему двоично-десятичного реверсивного счетчика на основе ИС К155ИЕ7. Пример построения схемы показан на рис.3.3.2,а.

2. Выполнить моделирование работы счетчика и построить временные диаграммы. Пример построения диаграмм показан на рис.3.3.2,б.

3. Убедиться в правильности функционирования счетчика. В случае неправильной работы откорректировать схему.

21. Лабораторная работа n 21 исследование работы триггера шмидта и цифровых счётчиков в интегральном исполнении.

Изучение принципа действия цифровых счетчиков и триггера Шмидта.

21.2. Теоретические сведения.

21.2.1. Триггер Шмидта.

При входном импульсном сигнале с пологими фронтом и срезом импульс на выходе формирующего логического элемента также не будет прямоугольным, так как некоторое время ключевая схема будет находиться в усилительном режиме. Кроме того, на фронте и срезе выходного импульса будут присутствовать усиленные помехи, поступившие на схему из проводов питания. Импульс с зашумлённым и несформированным фронтом непригоден для переключения тактовых входов триггеров, регистров и счётчиков.

В таких случаях используют так называемую схему триггера Шмидта, состоящую из двухкаскадного усилителя, охваченного слабой положительной обратной связью.

Логические элементы со свойствами триггера Шмидта имеют внутреннюю положительную обратную связь, глубина которой подобрана так, чтобы получить передаточную характеристику со значительным гистерезисом. Передаточная характеристика элемента Шмидта микросхемы К155ТЛ1 рис. 21.1.б. двухпороговая и имеет вид показанный на рис. 21.1.а.

Рис. 21.1.а. Рис. 21.1.б.

21.2.2. Счетчики импульсов.

Подсчет числа импульсов является наиболее распространенной операцией в устройствах цифровой обработки информации. Повышенный интерес к таким устройствам объясняется их высокой точностью, возможностью применения регистрирующих приборов с непосредственным цифровым представлением результата, а также возможностью осуществления связи с ЭВМ.

В результате цифровой обработки информации измеряемый параметр (угол поворота, перемещение, скорость, частота, время, температура и т.д.) преобразуется в импульсы напряжения, число которых в соответствующем масштабе характеризует значение данного параметра. Эти импульсы подсчитываются счетчиками импульсов и выражаются в виде цифр.

По целевому назначению счетчики подразделяют на простые и

реверсивные. Простые счетчики, в свою очередь, подразделяют на

суммирующие и вычитывающие. Суммирующий счетчик предназначен для выполнения счета в прямом направлении, т.е. для сложения. С приходом счетного импульса на вход счетчика его показание увеличивается на единицу. Вычитающий счетчик служит для осуществления

счета в обратном направлении, т.е. для вычитания. Каждый счетный

импульс поступающий на вход вычитающего счетчика, уменьшает его

показание на единицу. Реверсивные счетчики предназначены для выполнения операции счета, как в прямом, так и в обратном направлении, т.е. они могут работать в режиме сложения и вычитания.

Основными показателями счетчиков являются модуль счета

(коэффициент счета К) и быстродействие. Быстродействие счетчика

характеризуется максимальной частотой fсч следования счетных им-

пульсов и связанным с ней временем tуст установки счетчика. Счетчики импульсов выполняются на основе триггеров. Счет числа поступающих импульсов производится с использованием двоичной системы счисления.

Основным узлом двоичного счетчика (служащим также его разрядом) является триггер со счетным запуском, осуществляющий подсчет импульсов по модулю 2.

Читайте так же:
Счетчик ник 2303 арк1 1120

Многоразрядные двоичные суммирующие счетчики с непосредственной связью выполняются путем последовательного соединения

счетных триггеров. Счетные импульсы подаются на счетный вход первого триггера. Счетные входы последующих триггеров связаны непосредственно с прямыми выходами предыдущих триггеров: вход второго триггера соединен с выходом первого триггера, вход третьего – с выходом второго и т.д.

Принцип действия двоичного счетчика с непосредственной связью рассмотрим на примере трехразрядного счетчика, показанного на рис. 21.2.а. Схема выполнена на Т-триггерах с внутренней задержкой. Работу схемы иллюстрируют временные диаграммы, приведенные на рис. 21.2.б.

Перед поступлением счетных импульсов все разряды счетчика

устанавливаются в состояние «0» (Q1 = Q2 = Q3 = 0) подачей импульса на вход «Установка нуля». При поступлении первого счетного импульса первый разряд подготавливается к переключению в противоположное состояние и после окончания действия входного импульса переходит в состояние Q1 = 1. В счетчик записывается число 1. Уровень 1 с выхода Q1 воздействует на счетный вход второго разряда, подготавливая его к переключению. По окончанию второго счетного импульса первый разряд счетчика переходит в состояние «0», а второй разряд переключается в состояние «1». В счетчике записывается число 2 с кодом 010.

Подобным образом осуществляется работа схемы с приходом последующих импульсов. Первый разряд счетчика, как видно из рис.21.2.б., переключается с приходом каждого входного импульса, второй разряд — каждого второго, а третий разряд срабатывает на каждый четвертый счетный импульс.

В процессе работы двоичного счетчика частота следования импульсов на выходе каждого последующего триггера уменьшается вдвое по сравнению с частотой его входных импульсов (рис.21.2.б.) Это свойство схемы используют для построения делителей частоты. При использовании схемы в качестве делителя частоты входной сигнал подают на счетный вход первого триггера, а входной снимают с последнего триггера. Выходная и входная частоты связаны соотношением

fвых = fвх/Ксч.

Счетчики с Ксч = 10 называют десятичными или декадными. Они нашли широкое применение для регистрации числа импульсов с последующим визуальным отображением результата.

Для построения счетчика с Ксч = 10 необходимо иметь 4-х разрядный двоичный счетчик, число состояний которого следует

уменьшить с 16 до 10. Счетная последовательность десятичного

счетчика может быть представлена в двоично-кодированном десятичном коде (Q4 Q3 Q2 Q1 -8 4 2 1), в котором каждая десятичная цифра кодируется 4-х разрядным числом. Счетная последовательность суммирующего десятичного счетчика в этом случае совпадает с двоичной последовательностью от 0000 до 1001, после чего следует 0, и последовательность повторяется.

Последовательное соединение двух схем десятичного счета дает пересчет на 100, трех — на 1000 и т.д. Первая декада производит счет единиц входных импульсов от 0 до 9. Десятый импульс устанавливает разряды первой декады в состояние «0», а формируемый на его выходе импульс записывает «1» во вторую декаду, что

соответствует числу 10. Вторая декада считает десятки (от 10 до

90), третья — сотни (от 100 до 900) и т. д.

Схема типового десятичного счётчика серии К155ИЕ2 приведена на рис. 21.3.а., таблица состояний – рис. 21.3.б. Для деления частоты на два используется тактовый вход С0 и вывод Q0. Для деления частоты в 5 раз подаётся входная последовательность на вывод 1. Выходной сигнал получаем на выходе Q3. Чтобы получить на выходах счётчика двоично-десятичный код, необходимо соединить выводы 12 и 1. Входная последовательность подаётся на тактовый вход С0.

Читайте так же:
Счетчик масла своими руками

Эксперимент 6. Исследование вычитающего счетчика

Эксперимент 6. Исследование вычитающего счетчика - №1 - открытая онлайн библиотека

3. Зари­суйте временные диаграммы работы вычитаю­щего счетчика.

4. В схеме на рис. 20 входы логического анализатора подключите к инверсным входам триггеров.

5. Включите схему.

6. Зарисуйте полу­ченные временные диаграммы.

Эксперимент 7. Исследование регистра Джонсона

1. Соберите схему, изобра­женную на рис. 21. Счетное устройство, приведенное на рисунке, получило назва­ние регистра Джонсона или регистра с пере­крестными связями.

Эксперимент 6. Исследование вычитающего счетчика - №2 - открытая онлайн библиотека

2. Включите схему.

3. По­стройте временные диаграммы сигналов на выходах триггеров.

Результаты экспериментов и их обработка

Эксперимент 1

QtQt+1RS

Эксперимент 2 Эксперимент 4

Таблица 13 Таблица 14

QtQt+1RSQtQt+1JK

Вопросы к защите

1. Является ли выключатель настольной лампы элементом памяти?

2. Чем отличается работа RS-триггера с прямыми входами от работы RS-триггера с инверсными входами?

3. Почему комбинация сигналов 11 на входах RS-триггера называется «запрещенной»?

4. В чем отличие таблицы переходов триггера от таблицы функций возбуждения?

5. Как свойство запоминания отражается в характеристических уравнениях триггеров?

6. В чем принципиальное отличие синхронных триггеров от асинхронных?

7. Какова приоритетность информации и установочных входов в синхронных триггерах?

8. Почему JK-триггер при J=K=1 не превращается в автогенератор?

9. Почему Т-триггер получил название счетного? Какое число импульсов он может сосчитать?

10. Как работает D-триггер, если D=Q?

11. Почему при подключении счетных входов триггеров к инверсным выходам предыдущих каскадов счетчик на D-триггерах работает как суммирующий, а при подключении к прямым — как вычитающий?

12. В каком режиме будет работать счетчик на JK-триггерах при подключении счетных входов триггеров к прямым выходам предыдущих каскадов? Как изменится режим работы счетчика при подключении счетных входов триггеров к инверсным выходам?

13. Какой коэффициент пересчета имеет регистр Джонсона?

14. Каким способом можно изменить коэффициент пересчета счетчика?

15. Сколько триггеров должен содержать счетчик с коэффициентом пересчета Ксч=<3, 5, 7, 9, 10, 12, 14, 15, 24, 30>?

16. В двоичном счетчике коэффициент пересчета равен 8, число

триггеров — 3. При поступлении тактовых импульсов на счетный вход счетчик изменяет свое состояние в следующей последовательности: 000-001-010-
-011-100-101-110-111-000. Сколько триггеров в счетчике изменяют свое состояние одновременно на каждом из переходов? Действительно ли триггеры изменяют свое состояние одновременно? Как происходит переход счетчика из состояния 111 в состояние 000? Какой из триггеров первым изменит свое состояние? Что послужит причиной переключения второго триггера? Как развивается процесс изменения состояния триггеров при переходе счетчика из состояния 011 в состояние 100?

17. Цифровые часы в метро реализованы на основе счетчиков. Иногда можно заметить, что четное число секунд на табло часов сохраняется заметно дольше, чем нечетное (возможна и обратная закономерность). Почему это происходит?

18. Какую разрядность должен иметь счетчик, отсчитывающий секунды и десятки секунд, при наличии генератора импульсов частотой 10 кГц?

Список литературы:

1. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronic Workbench и ее применение. М. : Солон-Р, 2000. С. 239-251.

2. Панфилов Д. И., Иванов В. С., Чепурин И. Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях. Практикум на Electronic Workbench. М. : Изд-во «Додэка», 1999. Т1. С. 261-285.

3. Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника: учебник. М.: Высш. шк., 2000. С. 312-322.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector