Buderus-trade.ru

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

Временная диаграмма

Временная диаграмма

Максимальная частота работ этого счетчика определяется максимально допустимой частотой переключения его младшего разряда.

Для двухступенчатых триггеров частота счетных импульсов определяется из условия , где tсч – длительность счетных импульсов, tn – время переключения второй ступени триггера.

Поскольку опрос состояния всех разрядов может происходить только в паузе между сигналами счета, т.е. после того, как завершился переходной процесс, связанный с переключением всех триггеров, имеем . Здесь n— разрядность счетчика, tопр – длительность сигнала опроса, ntn – время полного переключения n разрядов счетчика.

Вычитающий счетчик. Реверсивный счетчик

Вычитающий счетчик также может быть построен из последовательно соединенных Т-триггеров. На вход младшего разряда счетчика поступают сигналы счета, а входы последующих разрядов соединены с обратными выходами предшествующих триггеров. В результате получается асинхронный вычитающий счетчик с последовательным переносом.

Асинхронный вычитающий счетчик

Для построения реверсивного счетчика необходимо объединить схемы суммирующего и вычитающего счетчиков. Схема асинхронного реверсивного счетчика с последовательным переносом имеет вид

Асинхронный реверсивный счетчик

Здесь при наличии единичного сигнала на управляющей шине I счетчик работает как суммирующий, а при наличии единичного сигнала на управляющей шине II – как вычитающий. Обычно счетчики имеют цепи установки в нулевое и единичное состояния. Нарисуем схему асинхронного реверсивного счетчика на синхронных JK – триггерах, имеющих асинхронные установочные входы R и S (инверсные).

Счетчики с последовательным переносом наиболее просты, но имеют невысокое быстродействие. Для увеличения быстродействие схему формирования сигнала переноса усложняют.

Лекция 9. Счетчики с одновременным, сквозным и групповым переносом

Для ускорения процесса счета в счетчике необходимо, чтобы изменения состояний отдельных разрядов происходило не последовательно, а непосредственно вслед за приходом очередного сигнала счета. Как правило, такие счетчики строят на синхронных двухступенчатых Т-триггерах. При этом счетные сигналы подаются по шине a на синхронизирующие входы триггеров всех разрядов одновременно. Сигнал же на входе Т каждого триггера формируется логической схемой в зависимости от состояний всех триггеров счетчика. Синтез такого счетчика можно провести на основании кодированной таблицы переходов трехразрядного счетчика и таблицы функций возбуждения.

На основании этой таблицы построим диаграммы Вейча для сигналов возбуждения триггеров, рассматривая их как функции состояний триггеров Q1(t), Q2(t), Q3(t). При a=1. Имеем:

Диаграммы Вейча

Из диаграмм получаем следующие выражения для сигналов возбуждения триггеров T1=a; T2=Q1a; T3= Q1Q2a; или T1=1; T2=Q1; T3= Q1Q2;

Если бы мы синтезировали n-разрядный счетчик, то получили бы следующие выражения для сигналов возбуждения триггеров:

T1=a; T2=Q1a; T3=Q1Q2a; T4=Q1Q2Q3a; … Tn=Q1Q2Q3Qn-1a

Счетчик, построенный в соответствии с этими уравнениями носит название счетчика с одновременным или параллельным переносом.

Т.к. во всех функциях возбуждения присутствует входной сигнал a, то такой счетчик целесообразно строить на синхронных Т-триггерах, подавая счетные сигналы на входы синхронизации всех триггеров. В результате получаем следующую схему:

Асинхронные последовательные счетчики

Асинхронные счетчики строятся в виде цепочки триггеров со счетным входом (Т- вход для Т – триггера; С – вход для JK — триггера при J=K=1; C – вход для D – триггера, при этом D вход соединен с инверсным выходом триггера). Счетный вход каждого последующего триггера счетчика подключается к выходу Q предыдущего или последующего триггера, что зависит как от направления счета, так и от фронта тактирующего входа, который переключает триггер счетчика в новое состояние. Основной недостаток последовательных счетчиков заключается в том, что из-за последовательного переключения триггеров, в счетчике возникает на короткие промежутки времени много других состояний. На рис.2.10.1. приведен асинхронный суммирующий счетчик, построенный на четырех двухтактных JK- триггерах и временная диаграмма его работы. Двухтактные триггеры построены на двух однотактных.

Читайте так же:
Можно ли поверить счетчик раньше срока

Асинхронные последовательные счетчики - №1 - открытая онлайн библиотека

Рис.2.10 1. Схема и временные диаграммы работы асинхронного счетчика с последовательным переносом

Счетчик, изображенный на рис. 1 называют последовательным, так как каждый триггер переключается выходным сигналом предыдущего. Эти счетчики отличаются простой схемой, но недостатком является их низкое быстродействие в режиме регистрации выходных сигналов, так как в этом режиме нельзя подавать очередной входной сигнал, пока не зафиксировано предыдущее состояние счетчика. Время установления нового состояния счетчика равно tуст = nt зд. тр, где t зд. тр — время задержки переключения триггера. Очевидно, что максимальная частота входных сигналов в режиме регистрации составляет fмакс.рег=1/tуст. Каждый триггер счетчика делит частоту поступающих на его вход импульсов на 2. Можно установить любой коэффициент деления в счетчике, осуществляя его сброс при заданном количестве поступающих импульсов.

Построим двухтактный Т триггер со счетным входом на двух однотактных JK- триггерах (как на рис. 2.10.1) и создадим иерархический блок T-flip-flop (рис.2.10.2), который будет удобно использовать для построения счетчиков.

Асинхронные последовательные счетчики - №2 - открытая онлайн библиотека

Рис. 2.10.2. Двухтактный Т-триггер

Перейдем к редактированию созданного блока, переименуем входы и выходы схемы (рис. 2.10.3).

Асинхронные последовательные счетчики - №3 - открытая онлайн библиотека

Рис 2.10.3. Редактирование блока T-flip-flop

Построим последовательный вычитающий счетчик на созданных нами двухтактных Т-триггерах (рис. 2.10.4). Переключение каждого триггера осуществляется по спаду импульса синхронизации.

Асинхронные последовательные счетчики - №4 - открытая онлайн библиотека

Рис 2.10.4. Последовательный вычитающий счетчик на двухтактных Т – триггерах со счетным входом

Счетные импульсы поступают с генератора U9. Для первоначальной установки всех триггеров счетчика в состояние 1 собрана схема, включающая инвертор U8, на который подается «1» на первом шаге моделирования.

Логический элемент «И» объединяет два сигнала: сигнал установки триггера и сигнал от генератора счетных импульсов. В начале моделирования следует установить курсор генератора слов на строку с нулевым адресом и осуществить установку триггера.

На рисунке 2.10.5 показанпоследовательный вычитающий счетчик на двухтактных D-триггерах

Асинхронные последовательные счетчики - №5 - открытая онлайн библиотека

Рис. 2. 10. 5 Последовательный вычитающий счетчик на двухтактных D-триггерах

На рис. 2.10.6. показаны временные диаграммы работы вычитающего счетчика на двухтактных D-триггерах.

Асинхронные последовательные счетчики - №6 - открытая онлайн библиотека

Рис. 2.10.6. Временная диаграмма работы асинхронного вычитающего счетчика на D- триггерах

Для устранения недостатков счетчика с последовательным переносом используют синхронные счетчики.

На рис. 2.10.7. показана схема синхронного счетчика с параллельным переносом и временные диаграммы его работы.

Асинхронные последовательные счетчики - №7 - открытая онлайн библиотека

Рис. 2.10.7. Синхронный суммирующий, построенный на однотактных JK- триггерах и временная диаграмма его работы.

Читайте так же:
Адаптер для счетчика меркурий 201

В схеме организован параллельный перенос. Переключение каждого последующего триггера осуществляется (по фронту счетных импульсов), если все предыдущие установлены в «1».

По сигналу синхронизации все триггеры переключаются одновременно, поэтому состояние триггера устанавливается за время переключения одного триггера.

Счетчики (2)

Счетчики с параллельным переносом……………………………. ……. 17

Разработка принципиальной схемы…………………………. …………..18

Составление структурной схемы счётчика……………………………….19

Составные элементы устройства…………………………………..….……22

С развитием электроники появился такой класс электронной техники, как цифровая. Эта техника предназначена для формирования, обработки и передачи электрических импульсных сигналов и перепадов напряжения и тока, а также для управления информацией и её хранения. Цифровые устройства занимают доминирующее место во многих областях науки и техники, что обусловлено существенно меньшим потреблением энергии от источника питания, более высокой точностью, меньшей критичностью к изменениям внешних условий, большей помехоустойчивостью. Цифровая техника включает в себя такие устройства как триггеры, регистры, счётчики, комбинационные устройства, программируемые логические интегральные схемы и др.

В работе было разработана счетчик до 30, состоящий из двух частей, одна из которых десятичный счетчик. Реализация устройства производилась с помощью среды разработки Electronics Workbench версии 5.12.

Цифровой счетчик импульсов — это цифровой узел, который осуществляет счет поступающих на его вход импульсов. Результат счета формируется счетчиком в заданном коде и может храниться требуемое время. Счетчики строятся на триггерах, при этом количество импульсов, которое может подсчитать счетчик определяется из выражения N = 2 n — 1, где n — число триггеров, а минус один, потому что в цифровой технике за начало отсчета принимается 0. Счетчики бывают суммирующие, когда счет идет на увеличение, и вычитающие — счет на уменьшение. Если счетчик может переключаться в процессе работы с суммирования на вычитание и наоборот, то он называется реверсивным.

В качестве исходного состояния принят нулевой уровень на всех выходах триггеров (Q 1 — Q 3 ), т. е. цифровой код 000. При этом старшим разрядом является выход Q 3 . Для перевода всех триггеров в нулевое состояние входы R триггеров объединены и на них подается необходимый уровень напряжения (т. е. импульс, обнуляющий триггеры). По сути это сброс. На вход С поступают тактовые импульсы, которые увеличивают цифровой код на единицу, т. е. после прихода первого импульса первый триггер переключается в состояние 1 (код 001), после прихода второго импульса второй триггер переключается в состояние 1, а первый — в состояние 0 (код 010), потом третий и т. д. В результате подобное устройство может досчитать до 7 (код 111), поскольку 2 3 — 1 = 7.

Когда на всех выходах триггеров установились единицы, говорят, что счетчик переполнен. После прихода следующего (девятого) импульса счетчик обнулится и начнется все с начала.

На графиках изменение состояний триггеров происходит с некоторой задержкой t з . На третьем разряде задержка уже утроенная. Увеличивающаяся с увеличением числа разрядов задержка является недостатком счетчиков с последовательным переносом, что, несмотря на простоту, ограничивает их применение в устройствах с небольшим числом разрядов.

Счетчиком называют устройство, предназначенное для подсчёта числа импульсов поданных на вход. Они, как и сдвигающие регистры, состоят из цепочки триггеров. Разрядность счетчика, а следовательно, и число триггеров определяется максимальным числом, до которого он считает. Количество импульсов, которое может подсчитать счетчик определяется из выражения N = 2 n — 1, где n — число триггеров, а минус один, потому что в цифровой технике за начало отсчета принимается 0.

Читайте так же:
Выгоднее платить по нормативу чем по счетчику

Рисунок 1 — Микросхема К155ИЕ5 (счетчик до 16)

Микросхема К155ИЕ5 рисунок 1 содержит счетный триггер (вход С1) и делитель на восемь (вход С2) образованный тремя соединенными последовательно триггерами. Триггеры срабатывают по срезу входного импульса (по переходу из 1 в 0). Если соединить последовательно все четыре триггера как на рисунке 1, т получится счетчик по модулю 2 4 =16.

Максимальное хранимое число при полном заполнении его единицами равно N=2 4 -1=15=111 в двоичной системе. Такой счетчик работает с коэффициентом счета К (модулем), кратным целой степени 2, и в нем совершается циклический перебор К=2 n устойчивых состояний. Счетчик имеет выходы принудительной установки в 0.

Часто нужны счетчики с числом устойчивых состояний, отличным от 2 n .Например, о электронных часах есть микросхемы с коэффициентом счета 6 (десятки минут). 10 (единицы минут). 7 (дни недели). 24 (часы).

Для построения счётчика с модулем К≠2 n можно использовать устройство из n триггеров для которого выполняется условие 2 n >К. Очевидно, такой счётчик может иметь лишние устойчивые состояния (2 n -К). Исключить эти ненужные состояния можно использованием обратных связей, по цепям которых счетчик переключается в нулевое состояние в том такте работы когда он досчитывает до числа К.

Для счетчика с К=10 нужны четыре триггера (так как 2 3 <10<2 4 ) должен иметь десять устойчивых состояний N==0,1. 8,9. В том такте, когда он должен был перейти в одиннадцатое устойчивое состояние (N=10), его необходимо сбросить в исходное нулевое состояние. Для такого счётчика можно использовать микросхему К155ИЕ5 рисунок 2, введя цепи обратной связи с выходов счетчика, соответствующих числу 10 (т. е. 2 и 8) на входы установки счетчика в 0 (вход R). В самом начале 11-го состояния (число 10) на обоих входах элемента И микросхемы появляются логические 1, вырабатывающие сигнал сброс всех триггеров счетчика в нулевое состояние.

Рисунок 2 — Микросхема К155ИЕ5 (счетчик до 10)

Счетчик до 30 выполнен на 6 JK триггерах с сигналом сброса (4 JK триггера для счета до десяти и 2 JK триггера для счета до трех).

Для счетчика до десяти нужны четыре триггера (так как 2 3 <10< 2 4 ), счетчик должен иметь десять устойчивых состояний N==0,1. 8,9, а для счетчика до трех нужны два триггера (так как 2 1 <3< 2 2 ), счетчик должен иметь три устойчивых состояний N==0,1,2.

Как только значение на выходе Q2 и Q4 триггера будет равно «1», произойдет сброс счетчика (это значение в десятичной системе равно 10 или 0101 в двоичной системе слева на право), а эта единица (сигнал сброса) передастся на второй счетчик.

Читайте так же:
Яндекс метрика передать счетчик другому пользователю

Как только значение на втором счетчике на выходе Q11 и Q22 триггера будет равно «1», произойдет сброс второго счетчика (это значение в десятичной системе равно 3 или 11 в двоичной системе счисления).

11. Счётчики. Синхронные счетчики с асинхронным переносом

Синхронные (или параллельные) счетчики характеризуются тем, что все их разряды в пределах одной микросхемы переключаются одновременно, параллельно. Это достигается существенным усложнением внутренней структуры микросхемы по сравнению с простыми асинхронными счетчиками. В результате полная задержка переключения синхронного счетчика примерно равна задержке одного триггера, то есть синхронные счетчики гораздо быстрее асинхронных, причем их быстродействие не падает с ростом количества разрядов выходного кода (конечно, до определенных пределов).

Управление работой синхронного счетчика гораздо сложнее, чем в случае асинхронного счетчика, а количество разрядов синхронных счетчиков обычно не превышает четырех. Поэтому синхронные счетчики не всегда могут успешно конкурировать с асинхронными, особенно при невысоких требованиях к быстродействию. Зато и возможностей у синхронных счетчиков, как правило, гораздо больше, чем у асинхронных, например, они обеспечивают параллельную запись информации в счетчик и инверсный режим счета.

Для объединения нескольких синхронных счетчиков с целью увеличения числа их разрядов (для каскадирования) используется специальный выходной сигнал переноса. В зависимости от принципов формирования этого сигнала и от принципов его использования синхронные (параллельные) счетчики делятся на счетчики с асинхронным (последовательным) переносом и счетчики с синхронным (параллельным) переносом (или полностью синхронные счетчики)

Временная диаграмма работы синхронного счетчика с асинхронным переносом

Синхронные счетчики с асинхронным переносом

Примерами синхронных счетчиков с асинхронным переносом могут служить двоично-десятичный счетчик ИЕ6 и двоичный счетчик ИЕ7. Они полностью идентичны по своим возможностям и назначениям входов и выходов, но только ИЕ6 считает от 0 до 9, а ИЕ7 — от 0 до 15. Оба счетчика реверсивные, обеспечивают как прямой счет (по положительному фронту на входе +1), так и обратный счет (по положительному фронту на входе –1). При прямом счете отрицательный сигнал переноса вырабатывается на выходе >15 (у ИЕ7) или >9 (у ИЕ6). При обратном (инверсном) счете отрицательный сигнал переноса вырабатывается на выходе < 0 после достижения выходным кодом значения 0000. Имеется возможность сброса счетчика в нуль положительным сигналом на входе R, а также возможность параллельной записи в счетчик кода со входов D1, D2, D4, D8 по отрицательному сигналу на входе –WR. При параллельной записи информации счетчики ведут себя как регистры-защелки, то есть выходной код счетчика повторяет входной код, пока на входе –WR присутствует сигнал нулевого уровня.

После сброса счетчик начинает счет по положительным фронтам на счетных входах от нулевого кода. После параллельной записи счет начинается от числа, записанного в счетчик. После переполнения счетчика ИЕ7 (достижения кода 1111) при прямом счете вырабатывается отрицательный сигнал переноса > 15, повторяющий входной отрицательный импульс на входе +1 с задержкой. После достижения кода 0000 при обратном счете вырабатывается отрицательный сигнал переноса < 0, повторяющий входной отрицательный импульс на входе –1 с задержкой. Точно так же работает и счетчик ИЕ6, но у него переполнение будет возникать в режиме прямого счета при достижении кода 1001. Входные сигналы счета, записи и сброса не должны быть слишком короткими. Не должен быть слишком малым временной сдвиг между сигналами на входах D1–D8 и сигналом записи как в начале импульса записи, так и в его конце (сигнал записи -WR должен начинаться после установления входного кода, а заканчиваться — до снятия входного кода).

Читайте так же:
Самый лучший счетчик калорий для андроид 2017

Объединение счетчиков ИЕ7 и ИЕ6 для увеличения разрядности (каскадирование) очень просто: нужно выходы переноса младших счетчиков (дающих младшие разряды выходного кода) соединить со счетными входами старших счетчиков (дающих старшие разряды выходного кода). На рис. 9.12 показана организация 12-разрядного счетчика на трех микросхемах ИЕ7. Этот счетчик может считать как на увеличение (прямой счет), так и на уменьшение (обратный счет). Возможны также сброс и параллельная запись в счетчики входного кода. Разряды каждого следующего счетчика будут переключаться одновременно, но с задержкой относительно переключения разрядов предыдущего счетчика. Точно так же объединяются и счетчики ИЕ6.

Объединение счетчиков ИЕ7 для увеличения разрядности

Применение синхронных счетчиков с асинхронным переносом очень многообразно, например, они могут делить частоту входного сигнала, считать входные импульсы, формировать пачки импульсов, измерять длительность временного интервала, формировать сигналы заданной длительности, измерять частоту входных импульсов, последовательно переключать входные и выходные каналы, формировать сложные последовательности сигналов, перебирать адреса памяти и многое другое. Мы рассмотрим лишь несколько наиболее типичных примеров. В качестве делителя частоты входного сигнала синхронные счетчики с асинхронным переносом очень удобны, так как в них сочетается сравнительно высокая скорость работы с довольно простым управлением. Удобно также и то, что у них имеется режим обратного счета. На этих счетчиках можно строить делители частоты с произвольно изменяемым с помощью входного кода коэффициентом деления. Такие делители находят, например, широкое применение в аналого-цифровых системах, работающих с аналоговыми сигналами разной частоты. Простейший пример 12-разрядного делителя частоты на счетчиках ИЕ7 показан на рис.:

Делитель частоты с коэффициентом деления, задаваемым входным кодом

На вход счетчиков подается 12-разрядный управляющий код, определяющий коэффициент деления входной частоты. Этот код записывается в счетчики по сигналу переноса < 0 старшего счетчика. С этого кода начинается затем счет на уменьшение. Когда счетчики отсчитают количество входных импульсов, равное входному коду, снова выработается сигнал переноса старшего счетчика и снова запишет входной код в счетчики. Коэффициент деления будет равен (N+1) при входном коде N. Отрицательный выходной сигнал будет по форме повторять входной, но с полной задержкой переноса, а его частота будет меньше частоты входного сигнала в (N+1) раз. При 12-разрядном входном коде максимальный коэффициент деления составит 4096, а минимальный — 1.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector