Buderus-trade.ru

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

1. 1. 1. Суммирующий счетчик

1.1.1. Суммирующий счетчик

С приходом очередного счётного импульса Т0 к содержимому счётчика прибавляется единица.

Схема суммирующего счетчика с последовательным переносом на Т-триггерах приведена на рисунке 1.1.а, диаграмма работы суммирующего счетчика – на рисунке 1.1.б.

Рис. 1.1 – Суммирующий счетчик с последовательным переносом (а), диаграмма его работы (б)

Максимальная частота работы такого счетчика определяется максимально допустимой частотой переключения его младшего разряда.

Частота следования сигналов счета составляет Fсч ≤ 1/ (tсч + tзд.тр).

Числа, формируемые счетчиком, могут быть выведены из него параллельным кодом (прямым или обратным) посредством одновременного опроса состояний всех разрядов счетчика. Такой опрос может происходить только в паузе между сигналами счета, т.е. после того, как завершится переходной процесс, связанный с переключением триггерной схемы.

В этом случае минимальный период следования счетных импульсов должен быть увеличен на время, необходимое для полного переключения всех m разрядов счетчика и опроса его состояния:

Тсч ≥ tсч + m*tзд.тр + tопр, где

tсч – длительность счетного импульса Т0;

tзд.тр – время переключения триггера;

tопр – длительность сигнала опроса.

На рисунке 1.2 представлена функциональная схема (а) и условное обозначение (б) суммирующего двоичного счетчика с последовательным переносом с предварительной установкой в нулевое состояние.

Для установки исходного состояния служит шина «Уст.0», в которой объединены установочные R-входы всех триггеров.

Используя установочные входы RS-триггера, можно осуществить установку счетчика в любое начальное состояние.

Рис. 1.2 – Функциональная схема суммирующего двоичного счетчика с последовательным переносом с предварительной установкой в нулевое состояние

1.1.2. Вычитающий счетчик

Вычитающий счётчик с последовательным переносом имеет обратный порядок смены состояний: с приходом очередного счётного импульса содержащееся в счётчике число уменьшается на единицу

Другая особенность вычитающего счётчика: триггер каждого последующего разряда переключается в противоположное состояние при изменении уровня на выходе триггера предыдущего разряда от 0 к 1, т.е. при сигнале займа, обратном сигналу переноса в суммирующем счётчике.

Строится вычитающий счётчик так же, как суммирующий, но с тем отличием, что со входом каждого последующего триггера соединяется инверсный выход предыдущего триггера, рисунок 1.3.

Рис. 1.3 – а-вычитающий счетчик с последовательным переносом, б-диаграмма его работы

1.1.3. Реверсивный счетчик

Реверсивные счетчики изменяют направление счета под воздействием управляющего сигнала. На Рис. 2 и 3 видно, что счетчики прямого и обратного счета различаются лишь точкой съема сигнала, подаваемого с предыдущего разряда на последующий. Если управляющий сигнал перестраивает межразрядные связи, перенося точку съема сигнала с одного выхода триггера на другой, то реализуется схема реверсивного счетчика (Рис. 4).

Суммирующий счетчик

Счетчиком называется типовой узел ЭВМ, предназначенный для подсчета числа входных сигналов (импульсов). По целевому назначению счетчики подразделяются на суммирующие, вычитающие и реверсивные.

Суммирующий счетчик предназначен для выполнения счета импульсов в прямом направлении, т.е. для сложения. С приходом очередного импульса на вход счетчика его содержимое увеличивается на единицу.

Вычитающий счетчик предназначен для выполнения счета в обратном направлении, т.е. в режиме вычитания. Каждый импульс, поступающий на вход такого счетчика, уменьшает его содержимое на единицу.

Читайте так же:
Сколько платить за проверку счетчиков

Реверсивными называются такие счетчики, которые могут работать как в режиме сложения, так и в режиме вычитания.

По способу построения цепей сигналов переноса различают счетчики с одновременным, групповым, сквозным и последовательным переносами.

Основными характеристиками счетчиков являются:

1. Быстродействие, оцениваемое максимальной частотой поступления входных импульсов F=1/T , T – период следования счетных импульсов.

2. Модуль счета или коэффициент пересчета К.

Коэффициент пересчета К характеризует число устойчивых состояний счетчика, т.е. предельное число импульсов, которое может быть сосчитано счетчиком. Например, при К=12 счетчик будет иметь 12 состояний. И каждый двенадцатый импульс будет возвращать его в начальное состояние. Если счетчик имеет n разрядов, то K=2 n . Каждому состоянию соответствует n разрядное двоичное число (от 0 до 2 n -1), а всего таких чисел 2 n .

При построении схем счетчиком могут быть использованы методы синтеза конечных автоматов, рассмотренные ранее.

В простейшем случае двоичный счетчик может быть образован из асинхронных Т-триггеров, соединенных последовательно. При этом сигналы счета a поступают на вход Т-триггера младшего разряда счетчика. Прямой выход Q триггера каждого разряда соединен со входом Т соседнего триггера более старшего разряда. Поскольку в процессе счета переключение триггеров отдельных разрядов в этом счетчике осуществляется последовательно разряд за разрядом, такой счетчик носит название счетчика с последовательным переносом. Для ликвидации неустойчивых состояний используются двухступенчатые триггера. Схема счетчика имеет следующий вид:

Числа, формируемые счетчиком, могут быть выведены из него в параллельной форме посредством одновременного опроса состояния всех разрядов счетчика.

Счетчики обычно строятся на синхронных или асинхронных двухступенчатых Т-триггерах.

В асинхронном Т-триггере смена состояний происходит по заднему фронту входного сигнала, поскольку двухступенчатый триггер можно рассматривать как схему, состоящую из двух триггеров:

В синхронном триггере смена состояний происходит по заднему фронту синхроимпульсов С:

Временная диаграмма работ трех разрядного асинхронного суммирующего счетчика с последовательным переносом имеет вид.

Исследование режимов работы счетчиков импульсов

Цель работы ознакомление с логикой работы асинхронных и синхронных суммирующих и вычитающих счетчиков.

Задание для домашней подготовки

Изучить и проанализировать режимы работы, таблицы состояний, временные диаграммы и схемы, реализующие асинхронные и синхронные суммирующие и вычитающие счетчики импульсов на базе ИМС 155 ТВ1 и 155ТМ2.

Задание и методика выполнения работы

Задание 1. Исследование асинхронного суммирующего счетчика на JK-триггерах.

1.1. Соберите схему трехразрядного асинхронного суммирующего счетчика (рис. 9.1,а)

1.2. Соедините синхровход счетчика с выходом схемы РФИ,

а выходы Q0, Q1, Q2 счетчика со светодиодами.

1.3. Подавая на синхровход счетчика синхроимпульсы С, постройте экспериментальные временные диаграммы С=f(t),R=f(t), Q0=f(t), Q1=f(t), Q2=f(t) (рис. 9.1,б). Определите модуль счета (N) этого счетчика.

1.4. Объедините и выведите на тумблер все входы установки триггеров счетчика в единичное состояние S, а на другой тумблер все входы установки триггеров в нулевое состояние R.

1.5. Подавая на эти объединенные входы различные комбинации наборов логических переменных S и R (01, 10, 11), определите, при какой комбинации счетчик устанавливается в нулевое состояние и состояние N–1. Убедитесь в приоритетности этих входов по сравнению с синхровходом.

Читайте так же:
Почему не видны счетчики

Рис. 9.1. Асинхронный суммирующий счетчик на JK-триггерах

Задание 2. Исследование асинхронного вычитающего счетчика на JK-триггерах.

2.1. Соберите схему трехразрядного асинхронного вычитающего счетчика согласно рис. 9.2.

2.2. Повторите пункты 1.2 и 1.3 для схемы рис. 9.2.

Рис. 9.2. Асинхронный вычитающий счетчик на JK-триггерах

Задание 3. Исследование синхронного суммирующего счетчика на JK-триггерах.

3.1. Соберите схему трехразрядного синхронного суммирующего счетчика согласно рис. 9.3.

3.2. Повторите пункты 1.2 и 1.3 для схемы рис. 9.3.

Рис. 9.3. Синхронный суммирующий счетчик на JK-триггерах

Задание 4. Исследование асинхронного суммирующего счетчика на D-триггерах.

4.1. Соберите схему трехразрядного асинхронного счетчика согласно рис. 9.4.

4.2. Повторите пункты 1.2 и 1.3 для схемы рис. 9.4.

Рис. 9.4. Асинхронный суммирующий счетчик на D-триггерах

Рис. 9.4. Продолжение

Задание 5. Исследование асинхронного вычитающего счетчика на D-триггерах.

5.1. Соберите схему трехразрядного асинхронного вычитающего счетчика согласно рис. 9.5,а.

5.2. Повторите пункты 1.2 и 1.3 для схемы рис. 9.5,а,

временные диаграммы которой представлены на рис. 9.5,б.

9.5,а. Асинхронный вычитающий счетчик на D-триггерах

9.5,б. Временные диаграммы асинхронного вычитающего счетчика на D-триггерах

Задание 6. Форма отчета.

Отчет должен содержать: цель работы, схемы, диаграммы,

Задание для самоконтроля

1. В чем отличие синхронного счетчика от асинхронного?

2. Почему в синхронных суммирующих счетчиках (рис. 9.3) при наличии синхроимпульсов на входах “С” триггеров всех разрядов по срезу синхроимпульса №2 изменяет свое состояние первый триггер, по срезу синхроимпульса №3 – все три триггера?

3. В чем отличие схем суммирующих и вычитающих счетчиков, построенных на ИМС К155ТВ1 и К155ТМ2?

4. Что такое модуль счета счетчика?

5. Чему равен модуль счета (N) трех-, четырехи пятиразрядного счетчика импульсов?

6. На какой вход и какой уровень логического сигнала необходимо подать, чтобы установить счетчик в нулевое состояние и в состояние N – 1?

7. Имеют ли входы, о которых идет речь в п.6, приоритет над синхровходом?

8. Какой выходной код установится на выходах трех, четырех и пятиразрядных суммирующих счетчиков после подачи на их синхровход 14, 18, 26, 30 импульсов?

Лабораторная работа №10

“Исследование счетчиков с произвольным модулем счета”

Цель работы – ознакомление с принципом построения и принципом действия счетчиков с произвольным модулем счета на JK-триггерах.

Задание для домашней подготовки

1. Теоретически ознакомьтесь с методикой построения счетчиков с произвольным модулем счета с принудительным обнулением и исключением лишних состояний.

2. Разработайте и нарисуйте схемы счетчиков,

рассмотренных в п.1, и поясните их работу диаграммами.

Задание и методика выполнения работы

Задание 1. Исследование счетчиков с принудительным обнулением.

1.1. Соберите схему счетчика с принудительным обнулением согласно рис. 10.1.

1.2. Подавая на вход счетчика “С” периодическую последовательность импульсов от генератора синхроимпульсов, постройте экспериментальные диаграммы С=f(t), Q0=f(t), Q1=f(t), Q2=f(t).

Читайте так же:
Счетчик количества отпечатанный страница

1.3. Проанализируйте работу схемы и определите модуль

1.4. Соберите схему счетчика с принудительным обнулением согласно рис. 10.2.

1.5. Исследуйте ее согласно п.1.2 и 1.3 настоящей работы.

10.1. Схема 1 счетчика с принудительным обнулением

10.2. Схема 2 счетчика с принудительным обнулением

1.6. На базе схемы рис. 10.2 постройте счетчики с другими модулями счета, значения которых получите у преподавателя, и исследуйте их по методике п.1.2.

1.7. Сравните режимы работы схем рис. 10.1 и рис. 10.2 и отметьте преимущество последней.

Задание 2. Исследование счетчиков с исключением лишних состояний.

2.1. Соберите схему счетчика согласно рис. 10.3.

2.2. Исследуйте ее по методике п.1.3 и 1.2.

2.3. Повторите пункт 1.6 для рис. 10.3.

Задание 3. Форма отчета.

Отчет должен содержать: цель работы, схемы, диаграммы,

Рис. 10.3. Счетчик с исключением лишних состояний

Задание для самоконтроля

1. Ознакомьтесь с принципами построения счетчиков с произвольным модулем счета.

2. Какие лишние состояния и каким образом следует исключить их при построении синхронного суммирующего счетчика на JK-триггерах (ИМС 155ТВ1) с модулем счета 3, 5, 7, 9?

3. Постройте диаграммы, поясняющие работу счетчиков,

рассмотренных в п.2?

4. Какой принцип положен в основу построения счетчиков с принудительным обнулением?

5. Выполните теоретический анализ работы счетчиков, представленных на рис. 1 и рис. 2 настоящей лабораторной работы, и отметьте недостатки и преимущество одной схемы по сравнению с другой.

Материал взят из книги Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы и микропроцессоры последовательностные интегральные микросхемы (Г.И. Асмолов)

Моделирование счетчиков импульсов Цель работы Рабочее задание 1 Домашнее задание 2 Экспериментальная часть

1 Лабораторная работа 11 Моделирование счетчиков импульсов Цель работы изучение структуры и исследование работы суммирующих и вычитающих двоичных счетчиков, а также счетчиков с коэффициентом пересчета, отличным от 2 n. Рабочее задание 1 Домашнее задание 1.1 Начертить схему электрическую функциональную трехразрядного двоичного суммирующего счетчика (для четных вариантов) на базе D-триггеров или вычитающего счетчика (для нечетных вариантов) на базе JK-триггеров и начертить временные диаграммы, поясняющие его работу. 1.2 Разработать на базе D-триггеров схему электрическую функциональную счетчика с коэффициентом пересчета, равным девяти (для нечетных вариантов) или десяти (для четных вариантов), и начертить временные диаграммы, поясняющие его работу. 1.3 Разработать схему трехразрядного двоичного синхронного последовательного (для нечетных вариантов) или синхронного параллельного (для четных вариантов) счетчика. 2 Экспериментальная часть 2.1 Смоделировать схему электрическую функциональную трехразрядного двоичного счетчика, разработанного в п.п. 1.1 в среде Electronics Workbench. Пример моделирования двухразрядного суммирующего счетчика на базе D-триггеров приведен на рисунке 1. Рисунок 1

2 2.2 Включить схему и, подавая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа, наблюдать за изменением показаний Decoded Seven- Segment Display (семисегментных индикатора с двоично-десятичным дешифратором на входе), подключенных к прямым и инверсным выходам счетчика. Убедиться в правильности работы счетчика. По состояниям логических пробников Q1-Q2, подключенных к прямым выходам триггеров, получить временные диаграммы входных и выходных сигналов, поясняющих работу счетчика. 2.3 Смоделировать схему электрическую функциональную счетчика, разработанного в п.п. 1.2 в среде Electronics Workbench. Пример моделирования трехразрядного суммирующего счетчика с коэффициентом пересчета, равным пяти на базе D-триггеров приведен на рисунке 2. Рисунок Включить схему и, подавая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа, наблюдать за изменением показаний Decoded Seven- Segment Display, подключенного к прямым выходам счетчика. Убедиться в правильности работы счетчика. По состояниям логических пробников Q1- Q3, подключенных к прямым выходам триггеров, получить временные диаграммы входных и выходных сигналов, поясняющих работу счетчика. 2.5 Смоделировать схему электрическую функциональную счетчика, разработанного в п.п. 1.3 в среде Electronics Workbench. 2.4 Включить схему и, подавая на вход схемы тактовые импульсы с выхода генератора слов Word Generation в режиме Sycle. 2.5 Получить временные диаграммы входных и выходных сигналов для смоделированного счетчика на экране логического анализатора Logic

Читайте так же:
Что такое счетчик кастомов

3 Analizer и по состояниям логических пробников, подключенных к его прямым выходам. 3 Обработка экспериментальных данных 3.1 Составить отчет о выполнении лабораторной работы. Включить в отчет схемы, полученные при выполнении п.п , а также результаты их моделирования и диаграммы входных и выходных сигналов для каждой из выполненных схем. 3.2 Сравнить диаграммы для разработанных теоретически и смоделированных в среде Electronics Workbench схем и сделать выводы. Методические указания На базе счетных триггеров можно построить цифровое устройство, получившее название электронного счетчика, которые позволяют вести подсчет электрических импульсов, поступивших на их вход. Счетчики могут отличаться модулем счета и типом счетной последовательности, которая, в частности, может быть двоичной, двоично-десятичной, в коде Грея и т.п. Цифровые последовательные устройства, выполненные по схеме счетчика, но имеющие один счетный вход и один выход называются делителями частоты. Таким образом, любой счетчик может служить в качестве делителя частоты, если используется информация только одного из его выходов. В качестве разрядных триггеров счетчиков и делителей могут быть использованы двухступенчатые D-триггеры, Т- и JK-триггеры. Счетчики и делители подразделяются на асинхронные и синхронные. У синхронных счетчиков все разрядные триггеры синхронизируются параллельно одними и теми же синхроимпульсами, поступающими от источника этих импульсов. Асинхронные счетчики имеют последовательную синхронизацию, т.е. каждый последующий разрядный триггер синхронизируется выходными импульсами триггера предыдущего разряда. Асинхронные счетчики иногда называют последовательными, а синхронные счетчики параллельными. Параллельные счетчики имеют более высокую скорость счета, чем асинхронные. Счетчики, независимо от способа синхронизации, подразделяются на счетчики прямого счета (суммирующие) и на счетчики обратного счета (вычитающие). В интегральном исполнении выпускаются также реверсивные счетчики, в которых имеется специальный вход для переключения режима работы, т.е. направления счета. Многие типы счетчиков, выпускаемые промышленностью в интегральном исполнении, имеют дополнительные входы предустановки, позволяющие использовать эти счетчики в режиме регистра памяти.

4 Счетчики относятся к последовательным устройствам с циклически повторяющейся последовательностью состояний. Число, соответствующее количеству импульсов, поступивших на вход счетчика, при котором счетчик «возвращается» в исходное состояние, называется модулем или коэффициентом счета М. Например, максимальный модуль счета счетчика из двух триггеров равен М = 2 2 = 4, а в общем случае для n- разрядного счетчика М = 2 n. Модуль счета счетчика численно совпадает с модулем деления делителя частоты. Счетная последовательность в двоичном суммирующем счетчике начинается с нуля и доходит до максимального числа 2 n — 1, после чего снова проходит через нуль и повторяется. В вычитающем двоичном счетчике последовательные двоичные числа перебираются в обратном порядке, и при повторении последовательности максимальное число следует за нулем. На рисунке 3,а приведен асинхронный Таблица 1 двоичный суммирующий счетчик по модулю М=16, выполненный на базе JK-триггеров. Синхронизирующие входы всех триггеров, кроме крайнего левого (Т1), соединены с прямыми выходами предыдущих триггеров. Поэтому состояние триггера меняется в ответ на изменение состояния предыдущего триггера. Таблица истинности или таблица состояний на прямых выходах триггеров приведена в таблице 1. Управление триггерами осуществляется задним фронтом счетных импульсов. Временные диаграммы, поясняющие работу асинхронного суммирующего счетчика приведены на рисунке 3,б. Рассмотренный счетчик можно превратить в вычитающий, просто переключив входы «С» триггеров с выходов Q на выходы N Q3 Q2 Q1 Q Q Пример четырехразрядного двоичного вычитающего счетчика приведен на рисунке 4,а, а его работа поясняется временными диаграммами (рисунок 4,б). Счетчик переключается по переднему фронту счетных импульсов.

Читайте так же:
Заправочные пистолеты со встроенным счетчиком

5 а Рисунок 3 б Рисунок 4 Для получения суммирующего счетчика на базе D-триггера необходимо соединять инверсные выходы предыдущих со счетными входами последующих триггеров. Асинхронные счетчики могут надежно работать на относительно низких частотах, когда частота следования синхроимпульсов не превышает критического значения, при котором время задержки установки старших разрядов счетчика становится соизмеримым с длительностью периода входных тактовых импульсов. Поэтому, асинхронные счетчики строятся для относительно небольшого количества разрядов. В синхронном последовательном счетчике синхроимпульсы поступают на все триггеры счетчика параллельно, а управляющие

6 импульсы от предыдущего разряда к последующему последовательно, что несколько уменьшает его быстродействие. Схема четырехразрядного двоичного синхронного последовательного счетчика, реализованного на JK-триггерах, приведена на рисунке 5. Рисунок 5 В параллельных синхронных счетчиках формирование управляющих уровней и их подача на соответствующие входы триггеров счетчика осуществляется одновременно. Пример реализации параллельного синхронного счетчика иллюстрирован на рисунке 6. Рисунок 6 Принцип построения счетчиков с произвольным коэффициентом счета состоит в исключении нескольких избыточных состояний обычного двоичного счетчика с помощью обратных связей внутри счетчика. Существует несколько методов получения счетчиков с заданным коэффициентом пересчета К сч. Один их этих методов заключается в немедленном сбросе в 0 счетчика, установившегося в комбинацию, соответствующему числу К сч. Его называют также методом автосброса. Контрольные вопросы 1. Классификация и область применения счетчиков. 2. Чем определяется число возможных состояний счетчика?

7 3. По какому принципу строятся схемы счетчиков прямого и обратного счета? 4. В чем преимущества и недостатки счетчиков с последовательным и параллельным переносом? 5. Каковы принципы построения счетчиков с модулем счета, не равным целой степеничисла два?

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector