Двійковий лічильник

Завдання роботи:

виготовити схему двійкового лічильника та дослідити її роботу.

Обладнання:

– макетна плата;
– резистори опором 330 Ом та 10 кОм, 0,25…1 Вт по 3 шт;
– червоні світлодіоди – 3 шт.;
– DIP-перемикач (мінімум 2 групи контактів);
– кнопка (2 контакти на замикання);
– мікросхема цифрова 74НС193;
– з’єднувальні провідники та перемички;
– батарея або інше джерело живлення напругою 4,5…6 В.

Основні терміни та поняття

Двійкова система числення Лічильники. Загальні поняття. СХЕМОТЕХНІКА ЦИФРОВИХ ЕЛЕМЕНТІВ. ДВІЙКОВІ ЛІЧИЛЬНИКИ, ТРИГЕРИ, РЕГІСТРИ

Теоретична частина

Рис. 1. Загальний вигляд схеми з двійковим лічильником

Лічильником називається цифровий прилад, призначений для підрахунку кількості вхідних імпульсів. Для створення лічильників використовується властивість тригерів перебувати у певному сталому стані, що змінюється лише при подачі тактового імпульсу.
На рисунку 2 представлена схема двійкового лічильника, побудованого з трьох тригерів типу Т, з’єднаних послідовно.

Рис. 2. Схема двійкового лічильника імпульсів

При подачі імпульсу на вхід R усі тригери встановлюються в нульовий стан – відбувається обнуління лічильника. Імпульси, кількість яких необхідно підрахувати, подаються на вхід С.
Зрізом кожного вхідного імпульсу перемикається перший тригер. Зрізом імпульсу з виходу Q0 першого тригеру перемикається другий тригер, і так до третього тригеру.
На рисунку 3 представлені часові діаграми роботи двійкового лічильника, які пояснюють принцип його роботи.

Рис. 3. Часові діаграми роботи двійкового лічильника

При надходженні 8-го імпульсу лічильник обнулюється.
Зведемо стани лічильника, наведені на діаграмах, до таблиці станів.

Таблиця 1. Таблиця станів двійкового лічильника

Можна легко помітити, що стани тригерів, записані в послідовності Q2 – Q1 – Q0, є числом вхідних імпульсів, записаних у двійковому коді 4-2-1.
При збільшенні кількості тригерів розрядність лічильника збільшується. Так, якщо до схеми, представленої на рисунку 2, додати ще один тригер, то розрядність лічильника збільшиться з 3 до 4, а кількість імпульсів, яку він може підрахувати, – з 8 до 16.
Приклад позначення лічильників на кресленнях електронних схем представлено на рисунку 4.

Рис. 4. Позначення двійкових лічильників на кресленнях електронних схем

Лічильники імпульсів зазвичай виготовляють у вигляді інтегральних мікросхем.
У цій лабораторній роботі пропонується виготовити схему з двійковим лічильником, застосувавши інтегральну мікросхему 74HС193. На рисунку 5 зображено зовнішній вигляд та позначення виводів цієї мікросхеми.

Рис. 5. Зовнішній вигляд та позначення виводів інтегральної мікросхеми 74HC193

Мікросхема 74HC193 – це чотирьохрозрядний двійковий лічильник; відповідно, вона має чотири виходи – Q0…Q3. Підрахунок імпульсів може відбуватися як на збільшення, так і на зменшення. При подачі імпульсів на вхід CPU і встановленні логічної одиниці на вході CPD лічильник рахуватиме на збільшення, а при подачі імпульсів на вхід CPD і встановлення логічної одиниці на вході CPU – на зменшення.
Мікросхема також має чотири входи D0…D3, призначені для завантаження числа в двійковому коді, з якого треба починати відлік. Керівний вхід MR призначений для обнуління лічильника при подачі на нього сигналу логічної одиниці. Керівний інверсійний вхід PL призначений для завантаження до лічильника числа, встановленого на входах D0…D3, і передачі його до виходів Q0…Q3. Для цього на цей вхід подається логічний нуль.
На інверсійних виходах TCU та TCD логічний сигнал змінюється тоді, коли лічильник дораховує до одного з крайніх значень.
Схема з двійковим лічильником, яку пропонується зібрати в цій лабораторній роботі, представлена на рисунку 6.

Рис. 6. Схема з двійковим лічильником

Ця схема є трьохрозрядним двійковим лічильником зі світлодіодною індикацією. Оскільки лічильник трьохрозрядний, вихід Q3 не застосовується. Світлодіоди HL1…HL3 підключені до виходів лічильника Q0…Q2 відповідно. Лічильник може рахувати вхідні імпульси від 0 до 7 або навпаки, без встановлення початкового значення. Тому на входах D0…D3 постійно перебуває сигнал логічного нуля, а на вході PL – логічна одиниця. Виходи TCU та TCD в цій роботі не використовуються. Встановлення режиму роботи лічильника (рахунок на збільшення або зменшення) і формування вхідних імпульсів здійснюється за допомогою DIP-перемикача SA1. Обнуління лічильника здійснюється натисканням на кнопку SA2, при якому на вхід MR подається сигнал логічної одиниці.

Хід роботи

1. Складіть на макетній платі схему з двійковим лічильником відповідно до схеми на рисунку 6. Під час складання керуйтеся розміщенням виводів мікросхеми 74HC193, зображеним на рисунку 5. Приклад зібраної схеми без підключення живлення зображено на рисунку 7.

Рис. 7. Приклад зібраної схеми з двійковим лічильником

2. Підключіть до схеми джерело живлення (рисунок 1).
3. Після підключення живлення може засвітитися будь-яка комбінація світлодіодів, що відповідає деякому числу у двійковій формі. Натисніть кнопку SA2. Лічильник має обнулитися, а всі свідлодіоди – згаснути.
4. За допомогою тумблера 2 DIP-перемикача подайте сигнал логічної одиниці на вхід CPD, а за допомогою тумблера 1 подавайте до входу CPU імпульси. При цьому на світлодіодах HL1…HL3 має засвічуватися комбінація, що відповідає номеру імпульсу у двійковому коді (таблиця 1) від 1 до 7. Після надходження 8-го імпульсу лічильник має обнулитися. Ви здійснили підрахунок імпульсів на збільшення.
5. За необхідності обнуліть лічильник за допомогою кнопки SA2.
6. За допомогою тумблера 1 DIP-перемикача подайте сигнал логічної одиниці на вхід CPU, а за допомогою тумблера 2 подавайте до входу CPD імпульси. При цьому на світлодіодах HL1…HL3 має засвічуватися комбінація, що відповідає номеру імпульсу у двійковому коді (таблиця 1) від 7 до 1. Після надходження 8-го імпульсу лічильник має обнулитися. Ви здійснили підрахунок імпульсів на зменшення.
7. Переконайтеся, що комбінації світлодіодів HL1…HL3 під час підрахунку імпульсів відповідають даним таблиці 1.
8. Пропонується не розбирати виготовлену схему, оскільки з її використанням можна виконати наступну лабораторну роботу «Дешифратор».

Аналіз даних

Подумайте про можливі сфери застосування цифрових лічильників.