Buderus-trade.ru

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

Как работают счетчики в цифровой электронике

Как работают счетчики в цифровой электронике

Допустим, что после включения питания триггеры устанавливаются в нулевое состояние, а их переключение происходит при положительном перепаде напряжений на входах, т. е. при переходе сигнала из 0 в 1. Тогда после первого импульса, поступившего на вход триггера DD1, он установится в единичное состояние, а остальные останутся в начальном, так как на выходах Q всех триггеров переход сигнала из 0 в 1 не произошел.

Поступление второго импульса на вход триггера Т1 переводит его в нулевое состояние, а положительный перепад напряжения на его выходе Q устанавливает триггер Т2 в единичное состояние. Третий импульс опять переводит триггер DD1 в единичное состояние, при этом второй и третий триггеры остаются состоянии. И т. д. седьмого импульса оказываются в единичном состоянии. Восьмой импульс переводит триггер Т1 в нулевое состояние, положительный перепад напряжения с его выхода Q в нулевое состояние триггер Т2 и такой же перепад напряжения с выхода Q этого триггера в нулевое состояние триггер Т3. Таким образом, после поступления на вход первого триггера восьми импульсов все триггеры возвращаются в исходное состояние. Следовательно, вы смоделировали работу устройства, которое может подсчитать восемь импульсов — двоичного 3-разрядного счетчика.

Вы, конечно, обратили внимание на то, что поступление на вход счетчика каждого импульса увеличивает записанное в него число на единицу, т. е. данный счетчик работает в режиме суммирования. Если же переключить входы триггеров с инверсных выходов на прямые , то каждый входной импульс будет вычитать из записанного в счетчик числа единицу , т. е. счетчик становится вычитающим. В интегральном исполнении эти счетчики не выпускаются, поэтому при необходимости используются так называемые реверсивные счетчики — устройства, которые могут работать в режиме как суммирования, так и вычитания.

Если вы внимательно следили за работой счетчика, то поняли, что максимальное число импульсов, которое он может подсчитать, зависит от числа последовательно включенных триггеров. Так, добавление в описанную выше схему еще двух триггеров даст возможность подсчитывать до 32 импульсов, или, как говорят, получить счетчик с коэффициентом деления 32.

Кроме двоичных счетчиков в цифровой электронике применяются двоичнодесятичные счетчики и счетчики с переменным коэффициентом деления.

Двоично-десятичные счетчики состоят из четырех триггеров, соединенных между собой так, что максимальное количество импульсов, подсчитанное таким счетчиком, не превышает 10. При этом выходной код счетчика представляет собой двоичный эквивалент десятичного числа.

Счетчик с переменным коэффициентом деления строится, как правило, на базе двоичного счетчика, выходы которого подключены к специальной логической схеме. На вход этой схемы подается двоичный код, определяющий коэффициент деления счетчика. Таким образом, после поступления на вход счетчика заданного входным кодом числа импульсов на его выходе появляется отрицательный или положительный импульс.

Все счетчики, выпускаемые в интегральном исполнении, обозначаются буквами ИЕ (например, К155ИЕ2, К155ИЕ5, К155ИЕ6)

В начальный момент времени необходимо установить все триггеры образующие счетчик в нулевое состояние, для этого подаем сигнал низкого уровня на выход сброса — R всех элементов. Как только на вход С первого триггера начнут следовать импульсы от генератора по спаду (момент перепада с единицы на ноль) первого импульса первый триггер переключится в единичное состояние. По спаду второго импульса первый триггер переключится в нулевое состояние, а второй – в единичное.

По окончанию третьего импульса 1 и 2 триггеры будут в единичном состоянии. Четвертый импульс переключит их в нулевое состояние, а третий триггер переключится в единичное и т.п.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Счетчик, представляющий собой четырехразрядный двоичный счетчик , предназначен для приема импульсов номера, поступающих в регистр. После окончания набора цифры десятков информация параллельным кодом из счетчика передается в фиксатор цифры десятка, и счетчик возвращается в исходное состояние. Затем в нем фиксируется информация цифры единиц, которая остается после окончания набора номера.  [17]

Микросхема К100ИЕ136 представляет собой универсальный четырехразрядный двоичный счетчик , а микросхема К100ИЕ137 — универсальный четырехразрядный десятичный счетчик.  [18]

Микросхема К100ИЕ136 представляет собой универсальный четырехразрядный двоичный счетчик , а микросхема К500ИЕ137 — универсальный четырехразрядный десятичный счетчик.  [19]

Схема состоит из четырехразрядного двоичного счетчика и дешифратора.  [20]

Микросхема К700ИЕ136 — 2 представляет собой универсальный четырехразрядный двоичный счетчик , а микросхема К700ИЕ137 — 2 — универсальный четырехразрядный десятичный счетчик.  [21]

Каждая десятичная цифра включает в себя четырехразрядный двоичный счетчик , декодирующее устройство ( декодирующая двоично-десятичная диодная матрица), логическую схему, переключатель селектора, одновибратор и вентиль. Импульсы, которые поступают на двоичный счетчик, составляют десятую часть импульсов, идущих на предыдущий счетчик. Логические схемы генерируют импульсы, число которых равно произведению десятой части выходных импульсов декодирующего устройства, на число на переключателе селектора. Эти импульсы открывают вентиль, и, таким образом, входные импульсы, задержанные одновибратором, поступают на выход буферного устройства JSlt если соответствующий вентиль открыт. Импульсы через вентили, установленные на каждом разряде, передаются к В1Т и число выходных импульсов становится равным общему числу импульсов.  [23]

Читайте так же:
Проверка счетчиков фбу тест

Каждый десятичный разряд включает в себя четырехразрядный двоичный счетчик , декодирующее устройство и переключатель селектора, точно-такого же, как и в масштабном блоке. Двоичный счетчик десятичного разряда передает один импульс следующему двоичному счетчику более высокого порядка после каждых десяти входных импульсов и одновременно самостоятельно переходит в исходное состояние. Когда число входных импульсов становится равным заданному значению, то включаются переключатели селектора по всем разрядам, и тогда на выходе вентиля G появляется выходной импульс и одновременно сбрасываются счетчики всех разрядов. Таким образом, количество выходных импульсов равно числу входных, деленных на заданное значение.  [25]

Десятичные счетчики строят обычно на основе четырехразрядных двоичных счетчиков . Для того чтобы уменьшить коэффициент пересчета четырехразрядного счетчика с 16 до 10, вводят различные дополнительные логические связи. При этом в зависимости от вида логической связи одним и тем же десятичным числам в разных счетчиках могут соответствовать различные четырехразрядные двоичные кодовые комбинации или, иначе говоря, счетчики работают в различных двоично-десятичных кодах.  [27]

Тактовые импульсы поступают на счетный вход четырехразрядного двоичного счетчика DD4, на выходе которого формируется двоичный код числа введенных импульсов.  [29]

4. интегральные счетчики и регистры

Счетчиком называется устройство, предназначенное для подсчета числа входных сигналов и хранения в определенном двоичном коде этого числа.

Счетчики – это цифровые автоматы, внутренние состояния которых определяются только количеством сигналов “1”, пришедших на вход. Сигналы “0” не изменяют их внутренние состояния.

Триггер Т -типа является простейшим счетчиком, который считает до двух. Счетчик, образованный цепочкой из m триггеров, сможет подсчитывать в двоичном коде 2 m входных импульсов. Каждый из триггеров в этой цепочке называют разрядом счетчика.

Основная характеристика счетчика – модуль счета , или емкость счетчика K сч . . Это количество поступивших входных сигналов, которое возвращает счетчик в исходное состояние.

Количество триггеров, необходимое для реализации счетчика, равно m = log 2 K сч . , где m – ближайшее большее целое число.

Цифровые счетчики классифицируются следующим образом:

по модулю счета : двоичные, двоично-десятичные или с другим основанием счета, недвоичные с постоянным модулем счета, с переменным модулем счета;

по направлению счета : суммирующие, вычитающие, реверсивные;

по способу организации внутренних связей : с последовательным переносом, с параллельным переносом, с комбинированным переносом, кольцевые.

Классификационные признаки независимы и могут встречаться в различных сочетаниях: например, суммирующие счетчики бывают как с последовательным, так и с параллельным переносом и могут иметь двоичный, десятичный и иной модуль счета.

В суммирующем счетчике каждый входной импульс увеличивает число, записанное в счетчик, на единицу (для счетчиков с естественным порядком счета) и на единицу и более для счетчиков с произвольным порядком счета.

Вычитающий счетчик действует обратным образом: двоичное число, хранящееся в счетчике, с каждым поступающим импульсом уменьшается. Переполнение счетчика наступает при поступлении на его вход количества импульсов большего K сч . .

Реверсивный счетчик может работать в качестве суммирующего и вычитающего. Эти счетчики имеют дополнительные входы для задания направления счета.

Счетчики могут быть как асинхронными, так и синхронными.

Рассмотрим работу суммирующего двоичного счетчика ( K сч. = 2 m ) с естественным порядком счета и с K сч. = 8. Для его построения необходимо m = log 2 8 = 3 триггера, что соответствует трем разрядам двоичного числа.

Таблица состояний такого счетчика имеет вид (табл. 1), причем входной сигнал x n обозначим через 1, Q 3 n – старший разряд, Q 1 n – младший разряд.

Таблица 1

Из анализа таблицы видно:

триггер младшего разряда Q 1 переключается от каждого входного сигнала;

второй разряд Q 2 переключается через два входных сигнала;

третий разряд Q 3 переключается через четыре входных сигнала.

Таким образом, частота переключения каждого следующего триггера уменьшается вдвое. Следовательно, последовательный счетчик можно построить как цепочку последовательно включенных счетных триггеров .

Построим такой счетчик на JK -триггерах, работающих в счетном режиме (рис. 4.1).

Данный счетчик может работать как вычитающий. Для этого необходимо сигналы на входы последующих разрядов подавать с инверсных выходов триггеров предыдущих разрядов.

Так как полученный счетчик – асинхронный, то каждый его триггер переключается с задержкой относительно входного сигнала. Поэтому по мере

Рис. 4.1. Последовательный суммирующий счетчик на JK -триггерах – а ;

временная диаграмма его работы – б

продвижения сигнала от младшего разряда к старшему эта задержка суммируется и может произойти искажение информации, в виде несоответствия числа уже поступивших в счетчик импульсов и кода на его выходах. В общем случае суммарная задержка пропорциональна числу триггеров и для устранения ее влияния на работоспособность счетчика приходится снижать частоту поступления входных импульсов, что снижает, в целом, быстродействие счетчика.

Счетчики с параллельным переносом

Для повышения быстродействия счетчики выполняются с параллельным (сквозным) переносом.

Их особенность заключается в том, что выходы всех предшествующих разрядов счетчика соединяются с входами триггера последующего разряда, поэтому длительность переходного процесса определяется только длительностью переходного процесса одного разряда и не зависит от количества триггеров.

Читайте так же:
Монитор для счетчика банкнот

Отсюда следует, что параллельные счетчики – синхронные.

Структура параллельного счетчика не столь очевидна, как структура последовательного счетчика, и для ее выявления необходима определенная процедура синтеза.

В качестве примера синтезируем двоичный параллельный счетчик с K сч. = 8.

Суммирующий счетчик. Процедура синтеза включает следующие операции:

Определяется необходимое количество разрядов m . В данном случае m = log 2 8 = 3.

Строится таблица состояний счетчика. Для рассматриваемого примера возьмем таблицу 1.

Составляются карты переходов триггеров каждого разряда. Карта переходов размечается также как карта Карно, строится по таблице состояний и отображает переход триггера Q i n → Q i n +1 в каждом такте в зависимости от состояний остальных триггеров в такте n (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Карты переходов триггеров счетчика

Например, первой строке табл. 1 соответствует левая верхняя клетка карт переходов. Так как при поступлении первой единицы в счетчик Q 1 должен перейти из нулевого состояния в единичное, а Q 2 и Q 3 должны сохранить состояние нуля, в указанную клетку карты переходов для Q 1 следует поставить 01, а в картах для Q 2 и Q 3 поставить 00 и т.д.

Выбирается тип триггера, например, JK -триггер, для построения счетчика. Используя матрицу переходов JK -триггера, для каждого входа триггера составляются карты Карно, в клетках которых проставляются сигналы, необходимые для обеспечения переходов триггеров, указанных в одноименных клетках карт переходов (рис. 4.3).

Например, для переходов 01 JK -триггера согласно его матрице переходов необходимо подать сигнал J = 1, а сигнал на входе K может быть любым (* – звездочка), поэтому в верхнюю левую клетку карты Карно для J 1 проставляют единицу, а для K 1 – звездочку и т.д.

Рис. 4.3. Карты Карно функций входов триггеров счетчика

5. Проводится минимизация логических функций входов в картах Карно с целью получения их аналитических представлений, показывающих связи между входами и выходами всех триггеров, составляющих счетчик.

В процессе минимизации производится доопределение функций там, где это целесообразно, единицами в клетках со звездочками.

В результате получаются следующие функции входов триггеров счетчика:

Строится электрическая схема счетчика, реализуя функции входов (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Параллельный суммирующий двоичный счетчик с K сч. = 8

В качестве триггеров выбраны универсальные JK -триггеры (микросхема К155ТВ1), особенностью которых является наличие логики типа ЗИ на входах J и K и дополнительных R S входов с инверсным асинхронным управлением.

Вычитающий счетчик. Синтез вычитающего счетчика, работающего в соответствии с таблицей переходов обратной таблице 1, включает все рассмотренные выше процедуры и дает следующие функции входов:

Таким образом, вычитающий счетчик отличается от суммирующего тем, что сигналы на входы J и K последующих триггеров необходимо подавать с инверсных выходов триггеров предшествующих разрядов. Так как исходное состояние вычитающего счетчика – единицы во всех разрядах, то организуется общая шина установки по -входам.

Реверсивный счетчик. Такой счетчик должен, в зависимости от сигналов управления, обеспечивать или режим суммирования, или режим вычитания входных сигналов.

Из сравнения функций входов, полученных ранее для суммирующего и вычитающего параллельных счетчиков с K сч. = 8, следует, что сами функции имеют один и тот же вид, только в случае вычитающего счетчика берутся инверсные значения переменных. Следовательно, реверсивный счетчик должен содержать схему управления, обеспечивающую подключение либо прямых, либо инверсных выходов ко входам последующих разрядов, в зависимости от сигналов управления направлением счета T .

Функция входов для реверсивного счетчика будет иметь вид:

J 3 = K 3 = TQ 1 Q 2 ,

а его схема представлена на рис. 4.5.

Счетчик работает в режиме суммирования при T = 1 и в режиме вычитания при T = 0.

Недвоичные счетчики. Счетчик, имеющий K сч.  2 m , называется недвоичным. Состояния (2 m – K сч. ) являются избыточными и исключаются внутри счетчика с помощью обратных связей. Задача синтеза таких счетчиков сводится к определению вида необходимых обратных связей и минимизации их числа.

Процедура синтеза недвоичных счетчиков аналогична вышеизложенной.

Рис. 4.5. Реверсивный двоичный параллельный счетчик с K сч. = 8

Двоично-десятичные счетчики. Двоично-десятичные счетчики имеют K сч. = 10. Их синтезируют на основе четырехразрядного счетчика, исключая N = 2 m – K сч. = 2 4 – 10 = 6 избыточных состояний. Так как исключить можно любые 6 из 16 состояний, то общее число возможных схем построения таких счетчиков достигает приблизительно 76  10 6 . В разных вариантах схем одному и тому же десятичному числу могут соответствовать различные кодовые комбинации, т. е. различные варианты счетчиков работают в различных двоично-десятичных кодах.

4.2. ЦИФРОВЫЕ РЕГИСТРЫ

Цифровыми регистрами называют устройства, функцией которых является хранение и преобразование многоразрядных двоичных чисел. Запоминающими элементами регистра являются триггеры, число которых равно разрядности хранимых чисел. Кроме триггеров регистры содержат также комбинационные схемы, предназначенные для ввода и вывода хранимых чисел, преобразования их кодов, сдвига кодов на то или иное число разрядов. Информация в регистрах хранится, как правило, в течение некоторого количества тактов.

Читайте так же:
После замены картриджа счетчики

Различают параллельные регистры (регистры памяти), последовательные регистры (регистры сдвига), параллельно-последовательные регистры (например, ввод в параллельном коде, вывод – в последовательном и наоборот).

В регистрах памяти число вводится (выводится) за один такт, а в регистрах сдвига – за m тактов, где m – разрядность чисел.

По способу ввода-вывода информации регистры подразделяются на однофазные и парафазные . В однофазных ввод (и вывод) производится только в прямом или только в обратном коде, в парафазных возможен ввод и вывод как в прямом, так и в обратном кодах.

В параллельных регистрах можно производить поразрядные логические операции с хранимым числом и вновь вводимым. Вид логических операций зависит от типа триггеров, составляющих регистр, и комбинации сигналов управления.

Регистры сдвига применяются для преобразования последова-

тельного кода в параллельный (и обратно), для умножения и деления многоразрядных чисел и т. д.

Параллельные регистры

Структура регистров этого типа представлена на рис. 4.6.

Рис.4.6. Структура параллельного регистра

Изменение хранящейся информации (ввод новой информации) происходит после соответствующего изменения сигналов на входах A при поступлении определенного уровня ( С = 0 или С = 1) или фронта синхросигналов. В качестве разрядов регистра памяти используются синхронизируемые D -триггеры, если информация поступает в виде однофазных сигналов, или RS -триггеры, если информация поступает в виде парафазных сигналов.

Последовательные регистры

В регистре с последовательным вводом (выводом) производится последовательный сдвиг поступающей на вход информации на один разряд вправо в каждом такте синхросигналов (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Структура сдвигового регистра

После поступления m синхроимпульсов весь регистр оказывается заполненным разрядами числа А , и первый разряд числа ( A 0 ) появляется на выходе Q 0 регистра. В течение последующих m синхроимпульсов производится последовательный поразрядный вывод из регистра записанного числа, после чего регистр оказывается полностью очищенным.

Сдвиговые регистры обычно реализуются на синхронных
D -триггерах (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Сдвиговый регистр на D -триггерах со сдвигом вправо

Ввод информации в таком регистре осуществляется только в прямом коде, подаваемом на вход D , и связь между регистрами будет только с прямых выходов предыдущих триггеров на D -входы последующих. Выход может быть как однофазным (с Q 0 ), так и парафазным (с Q 0 и ).

При синтезе последовательного регистра достаточно рассмотреть процесс передачи информации между i -м триггером и либо ( i + 1)-м (при сдвиге вправо), либо ( i – 1)-м триггером (при сдвиге влево).

При построении последовательных регистров со сдвигом влево требуется произвести переключение входов триггеров таким образом, чтобы состояние i -го триггера изменялось в соответствии с состоянием ( i – 1)-го триггера.

Для построения реверсивного сдвигового регистра необходимо между его триггерами включать устройства управления направлением сдвига. Эти устройства в зависимости от единичного сигнала, поступившего либо по шине T с. прав. , либо по шине T с. лев. , должны подключать входы каждого триггера регистра к выходам предыдущего или к выходам последующего триггеров.

При построении сдвиговых регистров обязательным является применение триггеров, синхронизируемых фронтом. В противном случае за время действия одного синхросигнала информация в регистре продвигается более чем на один разряд, т. е. нормальное функционирование регистра – сдвиг на один разряд за один такт – нарушается.

Функциональные возможности сдвигового регистра можно расширить, если его дополнить входами параллельной загрузки и выходами всех разрядов регистра для параллельной выдачи информации.

Асинхронные и синхронно-асинхронные счетчики

Счетчики представляют собой более высокий, чем регистры, уровень сложности цифровых микросхем, имеющих внутреннюю память . Хотя в основе любого счетчика лежат те же самые триггеры, которые образуют и регистры, но в счетчиках триггеры соединены более сложными связями, в результате чего их функции — сложнее, и на их основе можно строить более сложные устройства, чем на регистрах. Точно так же, как и в случае регистров, внутренняя память счетчиков — оперативная, то есть ее содержимое сохраняется только до тех пор, пока включено питание схемы. С выключением питания память стирается, а при новом включении питания схемы содержимое памяти будет произвольным, случайным, зависящим только от конкретной микросхемы, то есть выходные сигналы счетчиков будут произвольными.

Как следует из самого названия, счетчики предназначены для счета входных импульсов. То есть с приходом каждого нового входного импульса двоичный код на выходе счетчика увеличивается (или уменьшается) на единицу (рис. 9.1). Срабатывать счетчик может по отрицательному фронту входного ( тактового) сигнала (как на рисунке) или по положительному фронту. Режим счета обеспечивается использованием внутренних триггеров, работающих в счетном режиме. Выходы счетчика представляют собой как раз выходы этих триггеров. Каждый выход счетчика представляет собой разряд двоичного кода, причем разряд, переключающийся чаще других ( по каждому входному импульсу), будет младшим, а разряд, переключающийся реже других, — старшим.

Счетчик может работать на увеличение выходного кода по каждому входному импульсу; это основной режим, имеющийся во всех счетчиках, он называется режимом прямого счета. Счетчик может также работать на уменьшение выходного кода по каждому входному импульсу; это режим обратного или инверсного счета , предусмотренный в счетчиках, называемых реверсивными. Инверсный счет бывает довольно удобен в схемах, где необходимо отсчитывать заданное количество входных импульсов.

Читайте так же:
Счетчик слов без знаков

Большинство счетчиков работают в обычном двоичном коде, то есть считают от 0 до (2 N –1), где N — число разрядов выходного кода счетчика. Например, 4-разрядный счетчик в режиме прямого счета будет считать от 0 (код 0000) до 15 (код 1111), а 8-разрядный — от 0 (код 0000 0000) до 255 (код 1111 1111). После максимального значения кода счетчик по следующему входному импульсу переключается опять в 0, то есть работает по кругу. Если же счет — инверсный, то счетчик считает до нуля, а дальше переходит к максимальному коду 111. 1.

Имеются также двоично-десятичные счетчики , предельный код на выходе которых не превышает максимального двоично-десятичного числа, возможного при данном количестве разрядов. Например, 4-разрядный двоично-десятичный счетчик в режиме прямого счета будет считать от 0 (код 0000) до 9 (код 1001), а затем снова от 0 до 9. А 8-разрядный двоично-десятичный счетчик будет считать от 0 (код 0000 0000) до 99 (код 1001 1001). При инверсном счете двоично-десятичные счетчики считают до нуля, а со следующим входным импульсом переходят к максимально возможному двоично-десятичному числу (то есть 9 — для 4-разрядного счетчика, 99 — для 8-разрядного счетчика). Двоично-десятичные счетчики удобны, например, при организации десятичной индикации их выходного кода. Применяются они гораздо реже обычных двоичных счетчиков .

По быстродействию все счетчики делятся на три большие группы:

  • Асинхронные счетчики (или последовательные).
  • Синхронные счетчики с асинхронным переносом (или параллельные счетчики с последовательным переносом, синхронно-асинхронные счетчики).
  • Синхронные счетчики (или параллельные).

Принципиальные различия между этими группами проявляются только на втором уровне представления, на уровне модели с временными задержками. Причем больше всего различия эти проявляются при каскадировании счетчиков. Наибольшим быстродействием обладают синхронные счетчики, наименьшим — асинхронные счетчики, наиболее просто управляемые среди других. Каждая группа счетчиков имеет свои области применения, на которых мы и остановимся.

Асинхронные счетчики

Асинхронные счетчики строятся из простой цепочки JK-триггеров , каждый из которых работает в счетном режиме. Выходной сигнал каждого триггера служит входным сигналом для следующего триггера. Поэтому все разряды (выходы) асинхронного счетчика переключаются последовательно (отсюда название — последовательные счетчики), один за другим, начиная с младшего и кончая старшим. Каждый следующий разряд переключается с задержкой относительно предыдущего (рис. 9.2), то есть, вообще говоря, асинхронно, не одновременно с входным сигналом и с другими разрядами.

Чем больше разрядов имеет счетчик, тем большее время ему требуется на полное переключение всех разрядов. Задержка переключения каждого разряда примерно равна задержке триггера, а полная задержка установления кода на выходе счетчика равна задержке одного разряда, умноженной на число разрядов счетчика. Легко заметить, что при периоде входного сигнала, меньшем полной задержки установления кода счетчика, правильный код на выходе счетчика просто не успеет установиться, поэтому такая ситуация не имеет смысла. Это накладывает жесткие ограничения на период (частоту) входного сигнала, причем увеличение, к примеру, вдвое количества разрядов счетчика автоматически уменьшает вдвое предельно допустимую частоту входного сигнала.

Таким образом, если нам нужен выходной код асинхронного счетчика, то есть все его выходные сигналы (разряды) одновременно, то должно выполняться следующее неравенство: T> Ntз , где T — период входного сигнала, N — число разрядов счетчика, tз — время задержки одного разряда.

Надо еще учесть, что за период входного сигнала должно успеть сработать устройство (узел), на которое поступает выходной код счетчика, иначе счетчик просто не нужен; поэтому ограничение на частоту входного сигнала обычно бывает еще жестче.

В составе стандартных серий цифровых микросхем асинхронных счетчиков немного. Для примера на рис. 9.3 приведены три из них: 4-х разрядный двоично-десятичный счетчик ИЕ2, 4-х разрядный двоичный счетчик ИЕ5 и 8-и разрядный двоичный счетчик ИЕ19 (он же сдвоенный четырехразрядный счетчик).

У всех этих счетчиков управление работой очень простое, есть всего лишь входы сброса в нуль или входы установки в 9 (только у ИЕ2). Все асинхронные счетчики работают по отрицательному фронту входного сигнала С (или, что то же самое, по заднему фронту положительного входного сигнала). У всех трех счетчиков выделены две независимые части, что увеличивает возможности их применения. При объединении этих двух частей получается счетчик максимальной разрядности. Выходы счетчиков обозначают на схемах 0, 1, 2, 3, . (как номера разрядов выходного двоичного кода) или 1, 2, 4, 8, . (как веса каждого разряда двоичного кода).

Счетчик ИЕ2 имеет две части: один триггер (вход С1, выход 1) и три триггера (вход С2 и выходы 2, 4, 8). Таким образом, он состоит из одноразрядного счетчика и трехразрядного счетчика. Одиночный триггер работает в обычном счетном режиме, изменяя свое состояние по каждому отрицательному фронту сигнала С1, то есть делит частоту входного сигнала на 2. Три оставшихся триггера включены таким образом, чтобы считать до 5, то есть делить входную частоту сигнала С2 на 9. После достижения кода 4 (то есть 100) на выходах 2, 4 и 8 этот трехразрядный счетчик по следующему отрицательному фронту сигнала С2 сбрасывается в нуль. В результате при объединении выхода 1 микросхемы со выходом С2 мы получаем 4-разрядный двоично-десятичный счетчик , делящий частоту входного сигнала С1 на 10 и сбрасывающийся в нуль после достижения на выходах 1, 2, 4, 8 кода 9 (то есть 1001) по отрицательному фронту сигнала С1.

Читайте так же:
Зарегистрировать счетчик для сайта
Таблица 9.1. Таблица истинности счетчика ИЕ2

ВходыВыходы
С1R1R2S1S28421
Х11X
Х11Х
ХХХ1111
1 toХXСчет
1 toХХСчет
1 toХХСчет
1 toХХСчет

Счетчик ИЕ2 имеет два входа асинхронного сброса в нуль R1 и R2, объединенных по функции И, и два входа установки в 9 — S1 и S2, также объединенных по функции И, причем установка в 9 блокирует установку в нуль. Наличие этих входов сброса и установки позволяет строить на базе счетчика ИЕ2 делители частоты с разными коэффициентами деления. Правда, этот счетчик используется довольно редко, значительно реже, чем другие асинхронные счетчики ИЕ5 и ИЕ19.

Таблица истинности асинхронного счетчика ИЕ2 при соединенном выходе 1 и входе С2 (при 4-разрядном выходном коде) приведена в табл. 9.1, а состояния выходов при счете входных импульсов по тактам представлены в табл. 9.2.

Таблица 9.2. Состояния выходов счетчика ИЕ2 при счете входных импульсов

ТактВых.8Вых.4Вых.2Вых.1
11
21
311
41
511
611
7111
81
911
10

Счетчик ИЕ5, точно так же как и ИЕ2, имеет две части: один триггер (одноразрядный счетчик) со входом С1 и выходом 1 и три триггера (трехразрядный счетчик) со входом С2 и выходами 2, 4, 8. Оба счетчика — двоичные, то есть первый считает до двух, а второй — до 8. При объединении входа С2 с выходом 1 получается 4-разрядный двоичный счетчик , считающий до 16. Счет производится по отрицательному фронту входных сигналов С1 и С2. Предусмотрена возможность сброса счетчика в нуль по сигналам R1 и R2, объединенным по функции И.

Принцип работы двоичного счетчика с непосредственной связью

Для построения такого типа счетчиков как правило используют счетные Т триггеры. Они соединяются последовательно. На вход этого устройства поступают импульсы, которые необходимо подсчитывать. С принципа работы Т триггера известно, что на его выходе состояние будет меняться только после исчезновения очередного импульса на входе. Перед началом работы все триггеры «обнуляются» с помощью импульса, что подается на них одновременно через общий вход «0».

Поэтому после исчезновения первого импульса на входе Т1 на его выходе появится единица, которая будет держатся вдвое дольше за длительность входящего импульса аж до исчезновения следующего входящего импульса, после чего состояние поменяется на ноль. После третьей по счету подачи напряжения на Т1, на его выходе Q1 снова появится единица. Диаграмма работы показана ниже:

Двоичный счетчик с непосредственной связью диаграмма работы

Поскольку последовательно с Q1 включен элемент Т2, то на его выходе Q2 опять появится импульсное напряжение по длительности вдвое дольше чем на Q1. При переходе к каждому последующему триггеру частота чередования импульсов уменьшается вдвое и вдвое увеличивается их длительность. Если теперь, к примеру, после прохождения пятого импульса (на диаграмме отображено как t1), стоит обратить внимание на состояние каждого триггера, начиная с последнего, то мы легко можем определить что чередование нулей и единиц (0101) будет соответствовать числу 5, записанному в двоичной системе счисления. А после прохождения пятнадцатой по счету подачи напряжения на элемент Т1, то на счетчику будем иметь 1111, то есть 15 в десятичной системе. Когда снимется шестнадцатая подача напряжения на Т1, все четыре триггера сменят состояние на нулевое, то есть счетчик вернется в начальное состояние и счет далее будет повторятся. Если бы в схеме присутствовал пятый триггер, то на нем установилось бы единица и число на счетчике было бы 10000, что равно шестнадцати. Но это уже будет пятиразрядный счетчик. Схема показана ниже:

Двоичный счетчик с непосредственной связью

Можно сделать вывод, что четырехразрядное устройство такого типа можно посчитать максимум 16 цифр, от 0 до 15, поэтому коэффициент подсчета Кр = 2 N , где N – число разрядов (количество триггеров) в устройстве. В нашем случае Кр = 2 4 =16.

Также стоит отметить что рассмотренное устройство кроме своего прямого назначения – подсчета, может также применяться и для уменьшения частоты изменения напряжения и увеличения их длительности в 2 N раз.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector