Kaunter

Mainan kaunter (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Kaunter

Litar Digital


soalan 1

Jangan hanya duduk di sana! Bina sesuatu !!

Belajar menganalisis litar digital memerlukan banyak kajian dan amalan. Lazimnya, pelajar mengamalkan dengan bekerja melalui banyak masalah sampel dan menyemak jawapan mereka terhadap yang disediakan oleh buku teks atau pengajar. Walaupun ini bagus, ada cara yang lebih baik.

Anda akan belajar lebih banyak dengan sebenarnya membina dan menganalisis litar sebenar, membiarkan peralatan ujian anda memberikan "jawaban" daripada buku atau orang lain. Untuk latihan pembinaan litar yang berjaya, ikuti langkah berikut:

  1. Lukis gambarajah skematik untuk litar digital untuk dianalisis.
  2. Berhati-hati membina litar ini pada papan roti atau medium mudah lain.
  3. Periksa ketepatan pembinaan litar, mengikuti setiap wayar ke setiap titik sambungan, dan mengesahkan unsur-unsur ini satu demi satu pada rajah.
  4. Menganalisis litar, menentukan semua keadaan logik output untuk syarat input yang diberikan.
  5. Berhati-hati mengukur keadaan logik tersebut, untuk mengesahkan ketepatan analisis anda.
  6. Sekiranya terdapat sebarang kesilapan, semak dengan teliti memeriksa pembinaan litar anda terhadap rajah, kemudian teliti semula menganalisis litar dan mengukur semula.

Sentiasa pastikan tahap voltan bekalan kuasa berada dalam spesifikasi bagi litar logik yang anda gunakan. Jika TTL, bekalan kuasa mestilah menjadi bekalan 5-volt yang dikawal selia, diselaraskan kepada nilai yang mendekati 5.0 volt DC yang mungkin.

Salah satu cara anda boleh menjimatkan masa dan mengurangkan kemungkinan kesilapan adalah dengan memulakan litar yang sangat mudah dan menambahkan secara tambahan komponen untuk meningkatkan kerumitannya selepas setiap analisis, dan bukannya membina litar baru untuk setiap masalah amalan. Satu lagi teknik penjimatan masa adalah untuk menggunakan semula komponen yang sama dalam pelbagai konfigurasi litar yang berbeza. Dengan cara ini, anda tidak perlu mengukur sebarang nilai komponen lebih daripada satu kali.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Biarkan elektron itu sendiri memberi anda jawapan kepada "masalah praktik" anda sendiri!

Nota:

Telah menjadi pengalaman saya bahawa pelajar memerlukan banyak latihan dengan analisis litar untuk menjadi mahir. Untuk tujuan ini, para pengajar biasanya memberikan pelajar mereka dengan banyak masalah amalan untuk bekerja, dan memberi jawapan kepada pelajar untuk memeriksa kerja mereka. Walaupun pendekatan ini menjadikan pelajar mahir dalam teori litar, ia gagal mendidik mereka sepenuhnya.

Pelajar tidak hanya memerlukan amalan matematik. Mereka juga memerlukan litar bangunan amalan sebenar dan menggunakan peralatan ujian. Oleh itu, saya cadangkan pendekatan alternatif berikut: pelajar perlu membina "masalah amalan" sendiri dengan komponen sebenar, dan cuba meramalkan pelbagai keadaan logik. Dengan cara ini, teori digital "menjadi hidup, " dan pelajar memperoleh kecekapan praktikal yang tidak mereka dapat semata-mata dengan menyelesaikan persamaan Boolean atau mempermudah peta Karnaugh.

Satu lagi sebab untuk mengikuti kaedah amalan ini adalah untuk mengajar pelajar kaedah saintifik : proses menguji hipotesis (dalam kes ini, ramalan keadaan logik) dengan melakukan eksperimen yang sebenar. Pelajar juga akan membangunkan kemahiran penyelesaian masalah yang sebenar kerana mereka kadang-kadang membuat kesalahan pembinaan litar.

Luangkan sedikit masa bersama kelas anda untuk mengkaji semula beberapa "peraturan" untuk membina litar sebelum mereka mula. Bincangkan isu-isu ini dengan pelajar anda dengan cara Socratic yang sama yang anda biasanya akan membincangkan soalan-soalan lembaran kerja, dan bukan sekadar memberitahu mereka apa yang patut dan tidak patut dilakukan. Saya tidak pernah terkejut melihat betapa lemahnya pelajar memahami arahan apabila dibentangkan dalam format kuliah tipikal (instruktur monolog)!

Saya sangat mengesyorkan litar logik CMOS untuk eksperimen di rumah, di mana pelajar mungkin tidak mempunyai akses kepada bekalan kuasa terkawal 5 volt. Litar CMOS moden jauh lebih lasak berkaitan dengan pelepasan statik daripada litar CMOS yang pertama, jadi kebimbangan para pelajar yang merosakkan peranti ini dengan tidak mempunyai makmal "betul" yang ditubuhkan di rumah sebahagian besarnya tidak berasas.

Nota kepada pengajar yang mungkin mengadu tentang masa "sia-sia" yang diperlukan untuk membolehkan pelajar membina litar sebenar dan bukan hanya menganalisis litar teori secara matematik:

Apakah maksud pelajar mengambil kursus "panel kerja panel panel lalai" anda?

Soalan 2

Hitung dari sifar hingga lima belas, dalam binari, menyimpan bit yang dibariskan dalam lajur menegak seperti ini:

0000

0001

0010

. . .

Sekarang, membaca dari atas ke bawah, perhatikan corak selitan 0 dan 1 di setiap tempat (iaitu tempat seseorang, tempat dua, tempat empat, tempat lapan) dari nombor binari empat bit. Perhatikan bagaimana peralihan bit paling ketara lebih cepat daripada sedikit yang paling ketara. Lukis rajah masa yang menunjukkan bit masing-masing sebagai bentuk gelombang, bergantian antara keadaan "rendah" dan "tinggi", dan mengulas kekerapan setiap bit.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk mendapatkan pelajar untuk mengaitkan urutan penghitungan binari yang terkenal kepada peristiwa-peristiwa elektrik: dalam kes ini, isyarat gelombang persegi frekuensi yang berbeza.

Soalan 3

Ditunjukkan di sini adalah litar balas dua-binari mudah:

Keluaran Q dari flip-flop pertama merupakan bit paling ketara (LSB), manakala output Q flip-flop kedua merupakan bit paling ketara (MSB).

Berdasarkan analisis gambarajah masa litar ini, tentukan sama ada ia dikira dalam turutan sehingga (00, 01, 10, 11) atau turutan ke bawah (00, 11, 10, 01). Kemudian, tentukan apa yang perlu diubah untuk menjadikannya mengira ke arah yang lain.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Litar kaunter ini dikira dalam arah bawah . Saya akan membiarkan anda memikirkan cara mengubah arahnya!

Nota:

Sebenarnya, urutan penghitungan boleh ditentukan hanya dengan menganalisis tindakan flip-flops selepas nadi jam pertama. Menulis gambarajah keseluruhan masa untuk urutan urutan boleh membantu sesetengah pelajar memahami bagaimana litar berfungsi, tetapi pelajar yang lebih bijak akan dapat menentukan arah penghitungannya tanpa perlu membuat gambarajah masa sama sekali.

Soalan 4

Litar kaunter yang dibina dengan melaraskan output satu flip-flop ke input jam flip-flop seterusnya secara umumnya dirujuk sebagai kaunter riak . Terangkan mengapa ini begitu. Apa yang berlaku dalam litar seperti itu yang menghasilkan label "riak" "# 4"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Apabila penimbang atau kenaikan ini mengimbangi, mereka berbuat sedemikian rupa sehingga bit keluaran masing-masing menukar keadaan dalam turutan yang cepat ("rippling") daripada semua pada masa yang sama. Ini menghasilkan output kiraan palsu untuk momen yang sangat singkat.

Sama ada ini merupakan masalah dalam litar digital bergantung kepada toleransi litar terhadap tuduhan palsu. Dalam banyak litar, ada cara untuk mengelakkan masalah ini tanpa perlu membuat rekaan semula kaunter.

Nota:

Jika pelajar anda telah mengkaji litar tambahan binari, mereka harus mengenali istilah "riak" dalam konteks yang sedikit berbeza. Litar yang berbeza, masalah yang sama.

Soalan 5

Satu gaya litar kaunter yang sepenuhnya mengelilingi kesan "riak" dipanggil kaunter salun:

Lengkapkan gambarajah masa untuk litar ini, dan jelaskan mengapa reka bentuk kaunter ini tidak menunjukkan "riak" pada garisan outputnya:

Soalan cabaran: untuk benar-benar memahami jenis litar kaunter dengan baik, termasuk kelewatan penyebaran dalam rajah masa anda.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Gambar rajah masa yang ditunjukkan di sini adalah ideal, tanpa sebarang kelewatan penyebaran yang ditunjukkan:

Walau bagaimanapun, walaupun dengan penangguhan penyebaran termasuk (kelewatan yang sama bagi setiap flip-flop), anda harus mendapati masih ada kesan "riak" dalam jumlah output.

Nota:

"Berjalan" melalui gambarajah masa yang diberikan dalam jawapannya, dan minta murid-murid menerangkan bagaimana keadaan logik sesuai dengan urutan penghitungan binari dua bit.

Soalan 6

Seorang pelajar hanya belajar bagaimana kaunter biner segerak dua-bit berfungsi, dan dia teruja untuk membina sendiri. Dia melakukannya, dan litar berfungsi dengan sempurna.

Selepas kejayaan itu, pelajar cuba untuk mengembangkan kejayaan mereka dengan menambah lebih banyak flop-flops, mengikuti corak yang sama seperti dua flip-flop asal:

Malangnya, litar ini tidak berfungsi. Urutan yang dihasilkannya bukan kiraan binari. Tentukan apa urutan kiraan litar ini, dan kemudian cuba untuk mencari tahu apa perubahan yang diperlukan untuk membuatnya dikira dalam urutan binari yang betul.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Urutan count yang salah adalah demikian, dengan hanya lapan negeri yang unik (mesti ada enam belas!): 0000, 0001, 0010, 0111, 1000, 1001, 1010, dan 1111. Litar kaunter yang diperbetulkan akan kelihatan seperti ini:

Nota:

Saya ingin memperkenalkan pelajar kepada litar balas segerak dengan terlebih dahulu mempunyai mereka memeriksa litar yang tidak berfungsi. Selepas melihat litar kaunter segerak dua-bit, ia menjadikan akal intuitif kepada kebanyakan orang bahawa strategi flip-flop yang diselaraskan sama juga berfungsi untuk kaunter segerak dengan lebih banyak bit, tetapi tidak. Apabila pelajar memahami mengapa skim mudah tidak berfungsi, mereka bersedia untuk memahami mengapa skim yang betul tidak.

Soalan 7

Lengkapkan gambarajah masa untuk litar kaunter segerak ini, dan tentukan arah kiraan binari:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Litar ini dikira:

Nota:

Bincangkan dengan pelajar anda bagaimana untuk mengaitkan rajah masa ke kiraan binari (seperti yang ditunjukkan dalam jawapan).

Soalan 8

Litar kaunter selaras cenderung mengelirukan pelajar. Litar yang ditunjukkan di sini ialah reka bentuk yang kebanyakan pelajar fikir patut berfungsi, tetapi sebenarnya tidak:

Ditunjukkan di sini ialah reka bentuk kaunter sinkron atas / bawah yang berfungsi:

Jelaskan mengapa litar ini dapat berfungsi dengan baik (mengira dalam arah yang sama), manakala litar pertama tidak dapat dikira dengan betul sama sekali. Apa yang dilakukan oleh "pintu" tambahan untuk membuat fungsi litar kaunter seperti yang sepatutnya. Petunjuk: untuk lebih mudah membandingkan kaunter atas / bawah dengan kaunter yang salah pada mulanya ditunjukkan, sambungkan garis kawalan Atas / (Down) yang tinggi, dan kemudian mengabaikan sebarang garisan dan pintu yang menjadi kurang upaya akibatnya.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

"Tambahan" DAN pintu membenarkan bit peringkat lebih tinggi untuk bertukar jika dan hanya jika semua bit sebelumnya adalah tinggi.

Nota:

Walaupun litar kaunter atas / bawah mungkin kelihatan sangat rumit pada mulanya, ia sebenarnya agak mudah apabila pelajar mengenali maksud AND dan ATAU gerbang: untuk "memilih" sama ada isyarat Q atau (Q) untuk mengawal flop-flop berikutnya .

Soalan 9

Litar berikut adalah kaunter segerak / bawah segerak dua-segerak:

Jelaskan apa yang akan berlaku jika keluaran atas AT gate akan menjadi "terperangkap" di negeri yang tinggi tanpa mengira keadaan inputnya. Apakah kesan kegagalan seperti ini di kaunter operasi "# 9"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kaunter tidak dapat mengira dalam arah "üp". Apabila diperintah untuk mengira arah itu, LSB akan bertukar-tukar antara 0 dan 1, tetapi MSB tidak akan mengubah keadaan.

Nota:

Tujuan dari soalan ini adalah untuk mendapatkan pelajar memahami bagaimana kaunter up / down serentak berfungsi, dalam konteks menganalisis kesan kegagalan komponen.

Soalan 10

Sekiranya kita menggunakan JK flip-flops dengan input tak segerak (Preset dan Clear) untuk membina kaunter:

Dengan garis tak segerak yang dipadankan seperti itu, apa yang dapat kami lakukan untuk membuat kaunter lakukan sekarang bahawa kami tidak sebelum kami mempunyai input asynchronous yang tersedia kepada kami "# 10"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Sekarang, kami dapat memaksa kaunter untuk sifar (0000) atau kiraan penuh (1111) pada kehendak.

Nota:

Tanya pelajar anda mengapa ciri ini berguna. Bolehkah mereka memikirkan mana-mana aplikasi yang melibatkan litar kaunter di mana ia adalah praktikal untuk memaksa outputnya sama ada sifar atau kiraan penuh tanpa mengira tindakan jam itu?

Soalan 11

Bahagian litar bersepadu 74HCT163 adalah CMOS berkelajuan tinggi, empat-bit, kaunter biner segerak. Ia adalah unit pra-bungkusan, akan semua flip-flop dan logik pemilihan yang diperlukan untuk membuat reka bentuk anda lebih mudah daripada jika anda perlu membina litar kaunter dari flip-flop individu. Rajah bloknya kelihatan seperti ini (terminal bekalan kuasa ditinggalkan, untuk kesederhanaan):

Menyelidik fungsi litar bersepadu ini, dari pengeluar data lembaran, dan menerangkan fungsi setiap terminal input dan output.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

P 0, P 1, P 2, dan P 3 = input data beban serentak
Q 0, Q 1, Q 2, dan Q 3 = mengira output
CP = Input nadi jam
(MR) = Masukan semula input
(SPE) = Segerak selari membolehkan input
PE = Aktifkan input
TE = Dayakan input
TC = Output kiraan terminal (kadang-kadang dipanggil output riak membawa, atau RCO)

Soalan susulan: input reset ((MR)) dan preset ((SPE)) adalah segerak untuk litar kaunter tertentu ini. Jelaskan kepentingan fakta ini mengenai bagaimana kami menggunakan IC ini.

Nota:

Pada akhirnya, pelajar anda kemungkinan besar akan bekerja dengan kaunter pra-paket lebih kerap daripada kaunter yang terdiri dari sandal jepit individu. Oleh itu, mereka perlu memahami tatanama kaunter, fungsi pin yang biasa, dan lain-lain. Jika boleh, izinkan persembahan kumpulan lembaran data dengan mempunyai projektor komputer yang tersedia, supaya pelajar dapat menunjukkan lembaran data yang telah dimuat turun dari internet ke lain kelas.

Sesuatu yang pelajar anda perasan ketika menyelidiki lembaran data adalah bagaimana pengeluar yang berbeza memberikan pin nama IC yang sama. Ini mungkin membuat tafsiran input dan output pada simbol yang diberikan lebih sukar, jika lembaran data tertentu yang diteliti oleh pelajar tidak menggunakan label yang sama seperti yang saya lakukan! Ini adalah ilustrasi yang hebat mengenai kepelbagaian lembaran data, yang diliputi dengan cara yang tidak mungkin dilupakan para pelajar.

Soalan 12

Tentukan pulsa keluaran untuk litar kaunter ini, yang dikenali sebagai kaunter Johnson, dengan mengandaikan bahawa semua output Q bermula pada keadaan yang rendah:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: jika digunakan sebagai pembahagi frekuensi, apakah input: nisbah output litar ini "nota tersembunyi"> Nota:

Bincangkan dengan pelajar anda bagaimana kaunter Johnson agak berbeza dari kaunter turutan binari, dan bagaimana keunikan ini membolehkan fungsi pengiraan tertentu dilaksanakan dengan lebih mudah (menggunakan pintu yang lebih sedikit) daripada jenis litar kaunter lain.

Soalan 13

Litar berikut dikenali sebagai kaunter Johnson :

Terangkan keluaran litar ini, seperti yang diukur dari keluaran Q dari flip-flop yang jauh, dengan mengandaikan bahawa semua flip-flop akan berkuasa dalam keadaan semula.

Juga, jelaskan apa versi yang diubah suai di atas litar kaunter Johnson di atas, dalam setiap lima posisi suis pemilih:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kaunter Johnson menyediakan pengurangan kekerapan berasingan. Litar kaunter kedua yang ditunjukkan mempunyai keupayaan untuk memilih nilai yang berbeza untuk n.

Nota:

Secara tegas, litar ini adalah kaunter divide-by- 2n, kerana nisbah bahagian frekuensi sama dengan dua kali bilangan sandal jepit.

Kedudukan suis terakhir (# 5) menarik, dan perlu dibincangkan di kalangan anda dan pelajar anda.

Soalan 14

Katakan kami mempunyai dua litar kaunter segerak empat bawah / bawah, yang kami mahu menyusun litar untuk membuat satu kaunter lapan bit. Lukiskan wayar sambungan yang diperlukan (dan mana-mana pintu tambahan) di antara dua kaunter empat-bit untuk membuat ini mungkin:

Selepas membuat keputusan bagaimana untuk mengimbangi kaunter ini, bayangkan bahawa anda bertanggungjawab membina dan membungkus litar kaunter empat-bit. Para pelanggan yang membeli kaunter anda mungkin ingin melaraskan mereka seperti yang anda lakukan di sini, tetapi mereka tidak akan mempunyai keupayaan untuk "masuk ke dalam" bungkusan seperti yang anda lakukan untuk menyambung kepada mana-mana garisan antara pelbagai flop-flop. Ini bermakna anda perlu menyediakan apa-apa talian cascading yang diperlukan sebagai input dan output pada kaunter pra-pakej anda. Fikirkan dengan teliti tentang bagaimana anda memilih untuk membina dan membungkus kaunter empat-bit "cascadable" anda, kemudian lukis gambarajah skematik.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Penyelesaian pertama ini memerlukan beberapa penghapusan wayar dan satu pintu dari hujung depan kaunter kedua. . .

. . . sementara penyelesaian ini hanya memerlukan berbeza DAN gerbang (3-input dan bukan 2-input) pada tahap flip-flop pertama kaunter kedua:

Saya akan membiarkan anda membuat keputusan bagaimana anda mungkin ingin membungkus litar kaunter empat-bit anda, supaya dapat memudahkan cascading. Ini akan menjadi topik yang sangat baik untuk perbincangan kelas!

Soalan susulan: mengapa tidak litar berikut penyelesaian yang boleh diterima "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01402x04.png">

Nota:

Memikirkan bagaimana cara mengukur dua kaunter empat-bit adalah bahagian yang mudah. Cabarannya adalah untuk "berfikir ke depan" dalam merancang kaunter empat-bit dengan semua sambungan yang diperlukan untuk membuat cascading mudah bagi pengguna akhir. Buat ini pusat perbincangan mengenai soalan ini.

Soalan 15

Berikut ialah kaunter lapan-bit yang terdiri daripada dua kaunter biner segerak 74HCT163 berserta empat cas:

Terangkan bagaimana litar kaunter ini berfungsi, dan juga menentukan bit output mana yang LSB dan yang mana MSB.

Sekarang, periksa kaunter lapan bit ini terdiri daripada dua IC yang sama:

Terangkan bagaimana litar kaunter ini berfungsi, dan bagaimana operasinya berbeza daripada litar kaunter lapan bit sebelumnya.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Litar pertama menunjukkan dua kaunter empat-bit diselaraskan bersama dalam fesyen riak . Litar kedua memperlihatkan dua kaunter empat bit yang sama diselaraskan dalam fesyen segerak . Dalam kedua-dua kes, Q 0 dari kaunter kiri adalah LSB dan Q 3 dari kaunter yang betul ialah MSB.

Persoalan susulan: komen mengenai kaedah pelarutan yang lebih disukai untuk jenis kaunter IC ini. Adakah perbezaan fungsian antara kedua-dua litar ini cukup penting untuk menjamin kebimbangan "nota tersembunyi"> Nota:

Adalah penting bagi pelajar untuk merujuk kepada lembaran kerja untuk litar kaunter 74HCT163 untuk memahami sepenuhnya apa yang sedang berlaku di kedua-dua litar kaunter yang dilaraskan.

Soalan 16

Pelajar ingin menyusun beberapa kaunter segerak empat bit bersama-sama. Usaha pertamanya kelihatan seperti ini, dan ia berfungsi dengan baik sebagai kaunter lapan bit:

Dorong oleh kejayaan ini, pelajar memutuskan untuk menambah kaunter empat-bit lagi hingga akhir untuk membuat litar kaunter dua belas-bit:

Malangnya, pengaturan ini tidak berfungsi dengan baik. Ia seolah-olah berfungsi dengan baik untuk 241 pertama (dari 000000000000 hingga 000011110000), tetapi kemudian empat bit terakhir mula mencepatkan secepat empat bit pertama, manakala empat bit pertengahan kekal dalam keadaan 1111 selama 15 denyutan jam tambahan. Sesuatu yang pasti sangat salah di sini!

Tentukan apa masalahnya, dan cadangkan ubat untuknya. Petunjuk: keadaan ini sangat mirip dengan menghubungkan lebih dari dua JK flip-flops bersama-sama untuk membentuk litar kaunter segerak.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

"Betulkan" untuk masalah ini adalah untuk membolehkan kaunter empat-bit (paling penting) yang terakhir hanya apabila output kiraan terminal (TC) dari kedua - dua litar kaunter sebelumnya aktif. Saya akan membiarkan anda memikirkan butiran penyelesaian ini untuk diri sendiri.

Nota:

"Petunjuk" dalam soalan ini boleh memberi terlalu banyak, kerana masalahnya adalah sama persis dengan masalah yang dihadapi dengan cascades JK flip-flop sinkron yang terlalu ringkas. Pelajar baru yang cenderung tidak dapat melihat adalah keperluan untuk membolehkan peringkat berturut-turut hanya apabila semua peringkat terdahulu berada pada takat terminal mereka. Apabila anda hanya mempunyai dua peringkat (dua JK flip-flops atau dua kaunter IC) untuk menangani, hanya ada satu output TC yang perlu dipertimbangkan, dan masalah itu tidak pernah mendedahkan dirinya sendiri.

Pastikan anda memberi masa dan peluang kepada pelajar untuk membentangkan penyelesaian mereka untuk dilema ini. Tanya kepada mereka bagaimana mereka sampai kepada penyelesaian mereka, sama ada dengan buku teks, contoh terdahulu (dengan JK flip-flops), atau mungkin kuasa otak yang sempurna.

Soalan 17

Beberapa kaunter litar bersepadu dilengkapi dengan pelbagai membolehkan input. Satu contoh yang baik ialah 74HCT163:

Dalam kes ini, seperti yang lain, kedua-dua membolehkan input tidak sama. Walaupun kedua-duanya mesti aktif untuk kaunter untuk dikira, salah satu input membolehkan sesuatu tambahan yang lain tidak. Fungsi tambahan ini sering dirujuk sebagai membawa ke hadapan, yang disediakan untuk mempermudah mengimbangi kaunter.

Jelaskan apa yang dimaksudkan dengan "look-ahead carry" dalam konteks litar kaunter digital, dan mengapa ia merupakan ciri yang berguna.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Input "TE" bukan sahaja membolehkan urutan kiraan, tetapi ia juga membolehkan "count count" (TC) output yang digunakan untuk melaraskan tahap kaunter tambahan. Dengan cara ini, pelbagai peringkat kaunter segerak mungkin disambungkan bersama seperti yang berikut:

Nota:

Pelajaran penting dalam soalan ini adalah bahawa litar kaunter segerak dengan lebih daripada dua peringkat perlu dikonfigurasikan sedemikian rupa sehingga semua tahap pesanan lebih tinggi dimatikan dengan kiraan terminal peringkat tahap terendah tidak aktif. Ini memastikan urutan kiraan binari yang betul di seluruh julat litar keseluruhan. Pelajar anda sepatutnya diperkenalkan kepada konsep ini ketika mempelajari litar kaunter seger yang terbuat dari flip-flop JK individu, dan ia adalah konsep yang sama di sini.

Juga penting di sini adalah kesedaran bahawa beberapa kaunter IC dilengkapi dengan ciri "look-ahead" yang dibina, dan pelajar perlu tahu bagaimana dan mengapa menggunakan ciri ini.

Soalan 18

Tentukan modulus (MOD) bagi kaunter binari empat bit. Tentukan modulus dua kaunter perduaan empat-bit yang diselaraskan untuk membuat kaunter binari lapan bit.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Modulus kaunter empat bit = 16.

Lapan bit modulus kaunter = 256.

Soalan susulan: adakah mungkin untuk kaunter empat-bit untuk mempunyai modulus yang sama dengan beberapa nilai selain daripada 16 "nota yang disembunyikan"> Nota:

Tujuan sebenar soalan ini ialah untuk mendapatkan pelajar untuk mengetahui maksud istilah "modulus", dan bagaimana ia berkaitan dengan kaunter.

Soalan 19

Pertimbangkan litar bersepadu kaunter binari empat-bit berikut (IC). Apabila diklik oleh penjana isyarat gelombang persegi, ia mengira dari 0000 hingga 1111 dalam enam belas langkah dan kemudian "mengitar semula" kembali ke 0000 sekali lagi dalam satu langkah:

Terdapat banyak aplikasi, walaupun, di mana kita tidak mengharapkan litar kaunter untuk mengira semua cara sehingga kiraan penuh (1111), tetapi mengitar semula pada beberapa nilai kiraan terminal yang kurang. Ambil contoh permohonan BCD mengira: dari 0000 hingga 1001 dan kembali lagi. Berikut adalah salah satu cara untuk memotong urutan pengira kaunter binari supaya ia menjadi kaunter BCD:

Terangkan bagaimana pintu NAND memaksa kaunter ini untuk mengitar semula selepas output 1001 dan bukannya menghitung sehingga 1111. (Petunjuk: fungsi semula IC ini diandaikan tidak segerak, yang bermaksud output kaunter ditetapkan semula kepada 0000 dengan segera apabila Terminal (RST) rendah.)

Juga, tunjukkan bagaimana anda akan mengubah suai litar ini untuk melakukan urutan kiraan yang sama (BCD) dengan mengandaikan bahawa IC mempunyai fungsi semula segerak, yang bermakna reset kaunter untuk 0000 jika (RST) rendah dan input jam melihat nadi.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Gambar rajah masa adalah mungkin cara terbaik untuk menjawab soalan ini! Bagi litar kaunter BCD penyegerakan yang disegerakkan, satu-satunya perubahan yang diperlukan adalah langkah wayar mudah (dari output Q 1 hingga Q 0 ):

Nota:

Walaupun kedua-dua litar mencapai urutan kiraan BCD, litar set semula disegerakkan lebih disukai kerana ia benar-benar mengelakkan keluaran palsu ketika melakukan kitar semula ("seperti riak"). Pastikan anda menekankan bahawa perbezaan antara fungsi asynchronous dan penyegerakan segerak adalah dalaman kepada IC, dan bukan sesuatu yang pengguna (anda) boleh berubah. Sebagai contoh dua kaunter yang sama dengan fungsi semula yang berbeza, membandingkan 74HCT161 (asynchronous) dan 74HCT163 (segerak) empat-bit binari kaunter.

Soalan 20

Katakan anda mempunyai litar multivibrator astable yang mengeluarkan isyarat gelombang yang sangat tepat 1 Hz, tetapi anda mempunyai aplikasi yang memerlukan nadi sekali setiap minit daripada sekali setiap saat. Mengetahui bahawa terdapat 60 detik dalam satu minit, anda boleh memikirkan cara untuk menggunakan kaunter digital untuk bertindak sebagai "pembahagi kekerapan" supaya setiap puluhan multivibrator 60 sama dengan 1 nadi keluaran "// www.beautycrew.com.au/ /sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01405x01.png ">

Nota: mengandaikan IC counter ini mempunyai resynchronous asynchronous .

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Cascade dua dekad kaunter bersama-sama, dengan pintu NAND untuk menodai apabila output bersamaan dengan 60:

Soalan susulan: kenapa kita tidak boleh mengambil pulse-by-60 dari output RCO kaunter kedua, seperti yang kita boleh dengan jurang divide-by-10 dari kaunter pertama "nota tersembunyi"> Nota:

Beritahu pelajar anda bahawa kaunter litar sering digunakan sebagai pembagi kekerapan. Bincangkan soalan cabaran dengan mereka, membiarkan mereka mencadangkan dan membincangkan pelbagai penyelesaian masalah.

"Nota" dalam persoalan mengenai sifat tak segerak input set semula kaunter adalah sangat penting, kerana IC counter counter yang selaras tidak akan bertindak sama. Bincangkan perkara ini dengan pelajar anda, menunjukkan kepada mereka bagaimana kaunter dengan input set semula segerakan akan menghasilkan nisbah divide-by-61.

Secara kebetulan, litar kaunter-dengan-60 adalah betul-betul apa yang kita perlukan untuk mencapai gelombang denyut 1 Hz dari isyarat kekerapan kuasa 60 Hz, yang merupakan "helah" yang kemas untuk mendapatkan jam kelajuan rendah ketepatan yang agak baik tanpa memerlukan pengayun tempatan yang dikawal oleh kristal. (Jika kuasa "kuasa utama" adalah 50 Hz dan bukannya 60 Hz, anda akan memerlukan kaunter divide-by-50 - Saya tahu, saya tahu …) Jika masa dibenarkan, tanyakan kepada pelajar anda untuk memikirkan bagaimana keadaannya Voltan kuasa elektrik 60Hz (120 volt!) Ke dalam denyut nadi gelombang 60 Hz yang sesuai untuk memasukkan ke dalam litar pembahagi frekuensi / kaunter tersebut.

Soalan 21

Apabila kaunter digunakan sebagai pembahagi frekuensi, mereka sering ditarik sebagai kotak ringkas dengan satu input dan satu output setiap satu, seperti ini:

Hitungkan empat frekuensi output (f out1 melalui f out4 ) yang diberikan kekerapan input 1.5 kHz:

f out1 =
f out2 =
f out3 =
f out4 =
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

f out1 = 150 Hz
f out2 = 25 Hz
f out3 = 12.5 Hz
f out4 = 2.5 Hz

Soalan susulan: jika kekerapan jam bagi litar pembahagi ini betul - betul 1.5 kHz, adakah mungkin bagi frekuensi yang dibahagikan untuk berubah dari apa yang diramalkan oleh nilai modulus (150 Hz, 25 Hz, 12.5 Hz, dan 2.5 Hz) nota disembunyikan "> Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk memperkenalkan pelajar kepada konvensyen skema kaunter / pembahagi sebagai kotak mudah dengan "MOD" yang ditentukan untuk setiap satu, dan untuk menyediakan sedikit analisis kuantitatif (walaupun sangat mudah).

Soalan 22

Seorang pelajar membina litar kaunter tak segerak empat-bit menggunakan flip-flop CMOS JK. Nampaknya berfungsi. . . selalunya. Setiap sekali-sekali, kiraan tiba-tiba dan secara misteri "melompat" keluar dari urutan, kepada nilai yang benar-benar salah. Malah orang asing daripada ini adalah hakikat bahawa ia seolah-olah berlaku setiap kali pelajar melancarkan tangan mereka di sebelah litar.

Apa yang anda mengesyaki masalah itu?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ini adalah kesilapan yang saya nampak pelajar membuat sepanjang masa. Hakikat bahawa litar dibina dengan komponen CMOS, dan gagal apabila sesuatu objek datang berhampirannya, adalah petunjuk yang kuat bahawa masalah itu berkaitan dengan caj elektrik statik yang tersimpul. Ia adalah masalah yang mudah diperbetulkan, yang disebabkan oleh pelajar tidak mengambil masa untuk menyambung semua pin mereka flip-flop dengan betul.

Nota:

Saya tidak betul-betul mendedahkan sumber masalah dalam jawapan, tetapi saya memberikan cukup petunjuk bahawa sesiapa yang biasa dengan CMOS harus dapat memberitahu apa itu! Ini benar-benar masalah yang saya lihat berkali-kali dengan pelajar saya!

Soalan 23

Kenal pasti salah satu kesalahan yang akan membolehkan litar kaunter segerak ini dikira berdasarkan permintaan, tetapi tidak turun:

Terangkan mengapa kesalahan yang dicadangkan itu akan menyebabkan masalah ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dua kemungkinan dapat dilihat dengan jelas: inverter U 5 mempunyai keluaran yang gagal, atau flip-flop U 1 mempunyai keluaran gagal-rendah (Q).

Nota:

Bincangkan kebaikan semua kesilapan yang dicadangkan untuk menjawab soalan ini dengan pelajar anda. Mintalah mereka untuk menjelaskan alasan di sebalik jawapan mereka, dan gunakan ini sebagai peluang untuk membetulkan kesilapan konseptual mengenai operasi litar ini.

Soalan 24

Seorang pelajar membina kaunter tak segerak empat kali ganda daripada jip flip JK individu, tetapi tidak berpuas hati dengan prestasinya:

Walaupun urutan pengiraan adalah betul, litar biasanya tidak mula mengira dari 0000 pada kuasa. Hakikat bahawa kiraan litar dengan betul menunjukkan bahawa tiada apa-apa yang gagal atau tidak berwayar, jadi apa yang mungkin salah "# 24"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Negeri-negeri awal flip-flop di kuasa-up adalah pada dasarnya rawak kerana mereka tertakluk kepada keadaan bangsa dalaman antara pintu konstituen. Apa yang diperlukan ialah beberapa bentuk tetapan semula automatik untuk memaksa semua flip-flop ke keadaan semula pada kuasa.

Nota:

Ini adalah isu yang sangat praktikal untuk litar mesin negeri: memastikan litar bermula dalam keadaan yang dikehendaki dan bukannya dalam keadaan rawak.

Soalan 25

Litar RC berikut merupakan rangkaian set semula automatik untuk kaunter. Pada kuasa, ia mengembalikan semula kaunter kepada 0000, kemudian membenarkannya mengira secara normal:

Huraikan bagaimana operasi litar semula automatik ini akan terjejas akibat daripada kerosakan berikut. Pertimbangkan setiap kesalahan secara berasingan (iaitu satu pada satu masa, tidak banyak kesalahan):

Resistor R 1 gagal dibuka:
Resistor R 2 gagal dibuka:
Resistor R 3 gagal dibuka:
Capacitor C 1 gagal:

Untuk setiap syarat ini, terangkan mengapa kesan yang dihasilkan akan berlaku.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Resistor R 1 gagal dibuka: Kaunter tidak boleh menetapkan semula pada kuasa.
Resistor R 2 gagal terbuka: Kaunter tidak akan dikira, keluaran terperangkap pada 0000.
Resistor R 3 tidak terbuka: Kaunter tidak akan dikira, output terperangkap pada 0000.
Capacitor C 1 gagal: Counter tidak akan dikira, keluaran terperangkap pada 0000.

Soalan susulan: mencadangkan beberapa nilai munasabah untuk ketiga-tiga perintang dan kapasitor.

Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk mendekati domain pemecahan litar dari perspektif mengetahui apa yang salah, bukan hanya mengetahui apa gejala. Walaupun ini tidak semestinya perspektif yang realistik, ia membantu pelajar membina pengetahuan asas yang diperlukan untuk mendiagnosis litar yang salah dari data empirikal. Soalan-soalan seperti ini harus diikuti (akhirnya) dengan soalan lain yang meminta pelajar mengenal pasti kemungkinan kesalahan berdasarkan pengukuran.

Soalan 26

Seorang pelajar sedang berusaha untuk mendapatkan kaunter 74HC192 atas / bawah berfungsi. Walau bagaimanapun, ia semata-mata tidak bekerjasama:

Tentukan apa yang dilakukan pelajar dengan 74HC192 ini, dan kemudian gambarkan gambarajah skematik.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Adakah anda fikir saya hanya akan memberikan jawapan di sini "nota tersembunyi"> Nota:

Punca soalan ini adalah untuk pelajar membuat penyelidikan lembaran data untuk memikirkan syarat-syarat yang diperlukan untuk membuat prestasi digital IC seperti yang sepatutnya. Ini sangat penting bagi pelajar untuk masuk ke dalam tabiat melakukan, kerana ia akan menyelamatkan mereka banyak masalah sebagai juruteknik!

Soalan 27

Litar balas Johnson ini istimewa. Ia menghasilkan tiga isyarat gelombang persegi, beralih 120 o dari satu sama lain:

Katakan keluaran Q flip-flop tengah gagal dalam keadaan "tinggi". Plot bentuk gelombang output baru untuk isyarat A, B, dan C. Anggapkan semua output Q bermula dalam keadaan "rendah" (kecuali flip-flop tengah, tentu saja):

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk mendekati domain pemecahan litar dari perspektif mengetahui apa yang salah, bukan hanya mengetahui apa gejala. Walaupun ini tidak semestinya perspektif yang realistik, ia membantu pelajar membina pengetahuan asas yang diperlukan untuk mendiagnosis litar yang salah dari data empirikal. Soalan-soalan seperti ini harus diikuti (akhirnya) dengan soalan lain yang meminta pelajar mengenal pasti kemungkinan kesalahan berdasarkan pengukuran.

Soalan 28

Seorang juruteknik sedang cuba membina projek pemasa menggunakan satu set kaunter cascaded, masing-masing disambungkan kepada dekoder 7-segmennya sendiri dan memaparkan:

Juruteknik cuba memecahkan masalah litar ini, tetapi tidak berhenti kerja. Anda telah dihantar untuk menyelesaikan kerja, hanya diberitahu bahawa litar pemasa "mempunyai beberapa masalah." Langkah pertama anda adalah untuk memulakan jam 1 Hz dan menonton urutan masa, dan selepas beberapa minit masa anda gagal notis apa-apa daripada biasa.

Sekarang, anda boleh duduk di sana selama sejam dan menonton urutan kiraan, tetapi itu mungkin mengambil masa yang lama sebelum sesuatu yang luar biasa muncul untuk anda lihat. Menetapkan prosedur ujian yang akan membolehkan anda untuk menentukan masalah pada kadar yang lebih cepat.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Putuskan sambungan penjana denyut jam 1 Hz dan sambung semula input kaunter ke penjana isyarat gelombang kuar frekuensi ubahsuaian. Ini akan mempercepatkan urutan pengiraan dan membolehkan anda melihat apa masalahnya dengan lebih cepat!

Soalan susulan: katakan anda melakukan ini dan tidak ada masalah sama sekali. Apa yang anda akan mengesyaki seterusnya sebagai punca masalah yang boleh menyebabkan litar pemasa ke masa yang salah "nota tersembunyi"> Nota:

Menyambungkan litar yang rosak kepada isyarat masukan yang berbeza daripada yang biasanya berjalan pada adalah cara terbaik untuk meneroka kesalahan. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa sesetengah kesalahan mungkin tidak dapat dikesan menggunakan teknik ini, kerana anda telah mengubah litar dalam proses tersebut.

Soalan 29

Terangkan perbezaan antara kaunter segerak dan litar balas asynchronous .

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Flip-flop litar kaunter "segerak" disegerakan secara serentak, manakala setiap flip-flop litar kaunter "asynchronous" dikira oleh output flip-flop sebelumnya.

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk membincangkan apa kelebihan, jika ada, salah satu jenis litar kaunter ini mungkin mempunyai yang lain.

Soalan 30

Lukis gambarajah skematik untuk litar kaunter "up" empat-bit, menggunakan jip flip JK.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Litar yang ditunjukkan di sini bukan satu-satunya penyelesaian yang sah!

Persoalan susulan: apa konfigurasi JK flip-flop yang lain boleh digunakan untuk membuat empat "biner" biner "nota tersembunyi"> Nota:

Pastikan anda membincangkan soalan susulan dengan pelajar anda. Adalah penting bagi mereka memahami cara membuat kaunter "naik" dan "turun" menggunakan jip flip JK, dan terdapat dua kaedah asas untuk membuat setiap arah kaunter.

Soalan 31

Lengkapkan gambarajah masa untuk litar ini, dan tentukan arah kiraannya, dan sama ada ia adalah kaunter segerak atau kaunter asinkron :

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ini adalah kaunter "up" segerak .

Nota:

"Berjalan" melalui gambarajah masa yang diberikan dalam jawapannya, dan minta murid-murid menerangkan bagaimana keadaan logik sesuai dengan urutan penghitungan binari dua bit.

Soalan 32

Lengkapkan gambarajah masa untuk litar ini, dan tentukan arah kiraannya, dan sama ada ia adalah kaunter segerak atau kaunter asinkron :

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ini adalah kaunter "up" yang tidak segerak .

Nota:

"Berjalan" melalui gambarajah masa yang diberikan dalam jawapannya, dan minta murid-murid menerangkan bagaimana keadaan logik sesuai dengan urutan penghitungan binari dua bit.

Soalan 33

Lengkapkan gambarajah masa untuk litar ini, dan tentukan arah kiraannya, dan sama ada ia adalah kaunter segerak atau kaunter asinkron :

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ini adalah kaunter "down" yang tidak segerak .

Nota:

"Berjalan" melalui gambarajah masa yang diberikan dalam jawapannya, dan minta murid-murid menerangkan bagaimana keadaan logik sesuai dengan urutan penghitungan binari dua bit.

Soalan 34

Apabila kaunter digunakan sebagai pembahagi frekuensi, mereka sering ditarik sebagai kotak ringkas dengan satu input dan satu output setiap satu, seperti ini:

Kirakan empat frekuensi output (f keluar1 melalui f out4 ) dengan memberikan kekerapan input 25 kHz:

f out1 =
f out2 =
f out3 =
f out4 =
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

f out1 = 5 kHz
f out2 = 625 Hz
f out3 = 312.5 Hz
f out4 = 31.25 Hz

Soalan susulan: jika kekerapan jam untuk litar pembahagi ini betul-betul 25 kHz, mungkin frekuensi dibahagikan untuk berubah dari apa yang diramalkan oleh nilai modulus (5 kHz, 625 Hz, 312.5 Hz, dan 31.25 Hz) nota disembunyikan "> Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk memperkenalkan pelajar kepada konvensyen skema kaunter / pembahagi sebagai kotak mudah dengan "MOD" yang ditentukan untuk setiap satu, dan untuk menyediakan sedikit analisis kuantitatif (walaupun sangat mudah).

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →