Асинхронный двоичный счетчик схема

Счетчики. Анализ и синтез

Главная > Документ

Лабораторная работа № 3

Счетчики. Анализ и синтез

Знакомство с принципом действия счетчиков различных типов.

Овладение методикой синтеза синхронных счетчиков с произвольным модулем счета.

Ознакомление с особенностями работы типовых счетчиков в интегральном исполнении.

2. Основные положения

Счетчиком называют цифровое устройство (цифровой автомат), сигналы на выходе которого, в определенном коде, отображают число импульсов, поступивших на счетный вход. Кроме того, в счётчиках выполняются такие микрооперации, как установка в исходное состояние, хранение и выдача слов. По мере поступления входных сигналов счетчик последовательно меняет свои состояния, образованные комбинациями состояний триггеров со счетным входом. Число разрешенных состояний счетчика называют модулем счета , коэффициентом пересчета или емкостью M (в общем случае , где n — число триггеров или двоичных разрядов счетчика). Счетчики классифицируют по значению модуля, направлению счета и способу организации межразрядных связей.

По значению модуля счета различают: двоичные (), двоично-кодированные с произвольным модулем , с одинарным кодированием и др.

По направлению счета: суммирующие (прямого счета — Up — counter ), вычитающие (обратного счета — Down — counter ) и реверсивные ( Up — Down — counter ).

По способу организации межразрядных связей различают счетчики с последовательным , параллельным и комбинированным переносами.

Кроме того, все перечисленные типы счетчиков принято делить на два вида: синхронные и асинхронные . При этом в асинхронных счетчиках изменение его состояния, вызванное воздействием очередного импульса, характеризуется последовательным во времени изменением состояний триггеров (как правило, это счетчики с последовательным переносом). В синхронных счетчиках смена состояний характеризуется одновременным во времени изменением состояний его триггеров. В этом качестве синхронные счетчики образуют один из видов синхронных автоматов, потому к ним может быть применена и стандартная методика синтеза этого класса автоматов.

Определим некоторые закономерности двоичных счётчиков. Соответствие между числом входных импульсов и состояниями 3-разрядного двоичного счетчика (прямой и обратный счет) представлено в табл. 3.1. Рассматривая табл. 3.1 для прямого счета, можно отметить две закономерности:

Значение переменной Q i изменяется тогда, когда переменная в соседнем младшем разряде Q i — 1 переходит из состояния «1» в состояние «0».

Значение выходной переменной Q i изменяется при поступлении очередного импульса счета в том случае, когда переменные во всех младших разрядах Q i — 1 , . Q 1 находятся в состоянии «1».

Первая закономерность указывает на возможность реализации счетчика асинхронного типа, вторая позволяет построить синхронный счетчик. Для вычитающего счетчика аналогичные закономерности можно сформулировать так:

1. Значение выходной переменной Q i изменяется, когда переменная в соседнем младшем разряде Q i — 1 переходит из состояния «0» в состояние «1».

2. Значение выходной переменной Q i изменяется при поступлении очередного импульса счета в том случае, когда все переменные в предыдущих младших разрядах Q i — 1 , . Q 1 находятся в состоянии «0».

Презентация на тему Счетчики. Четырехразрядный суммирующий асинхронный двоичный счетчик

Презентация на тему Презентация на тему Счетчики. Четырехразрядный суммирующий асинхронный двоичный счетчик, предмет презентации: Разное. Этот материал содержит 13 слайдов. Красочные слайды и илюстрации помогут Вам заинтересовать свою аудиторию. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас — поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций ThePresentation.ru в закладки!

• Главная
• Разное
• Счетчики. Четырехразрядный суммирующий асинхронный двоичный счетчик

Слайды и текст этой презентации

Счетчики — это цифровые устройства, предназначенные для подсчета импульсов в импульсной последовательности и выдачи результата в виде двоичного числа.
По принципу действия счетчики классифицируются:
— суммирующие;
— вычитающие;
— реверсивные.
По принципу представления выходной информации:
— двоичные;
— десятичные;
— двоично-десятичные.

По принципу синхронизации:
— асинхронные;
— синхронные.
Для построения логических схем счетчиков используются любые виды триггеров.
ИМС счетчиков маркируются буквенным сочетанием ИЕ, например, К155ИЕ4, К555ИЕ6, К1533ИЕ7 и т.д.

Четырехразрядный суммирующий асинхронный двоичный счетчик

Разрядность счетчика определяется количеством используемых триггеров в его лог. схеме. Для построения четырехразрядного счетчика требуется 4, например JK-триггера. Для синтеза асинхронной суммирующей схемы необходимо из каждого триггера предварительно получить триггер типа Т, а затем их соединить последовательно, т.е. прямой выход каждого триггера соединить со счетным входом каждого последующего.

Путем объединения входов J и K и подачей на них уровня лог.1 задан счетный режим (счетный Т-триггер), и вход синхронизации С становится счетным входом для каждого триггера.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

В исходном состоянии на выходах установлены уровни лог.0. При поступлении первого счетного импульса по его переднему фронту переключается первая часть схемы младшего триггера, а по заднему – вторая.

с приходом каждого импульса, в момент его заднего фронта число на выходах увеличивается на единицу;
бесконечно долго счетчик считать не может, на пятнадцатом импульсе на выходах устанавливается максимально возможное состояние -1111;
на шестнадцатом импульсе на выходах устанавливается исходное состояние 0000;
на семнадцатом импульсе выходное состояние счетчика совпадает с состоянием установившемся после первого импульса, т.е. счет начинается заново и счетчик работает циклично;
каждый триггер делит частоту входной импульсной последовательности f в два раза. Поэтому счетчики еще называют счетчиками-делителями частоты.

Низкое быстродействие;
Формирование на выходах промежуточных комбинаций, которые могут дать ложные срабатывания в схеме, следующей за счетчиком.

Простота построения схемы.

Четырехразрядный суммирующий синхронный двоичный счетчик

В синхронных счетчиках все триггеры переключаются одновременно в следующее состояние, счетный импульс поступает одновременно на их счетные входы, соединенные параллельно и триггеры не образуют последовательного соединения между собой.

Например, уровень лог.1 необходимо на старший триггер подать после седьмого импульса, т.е. когда на выходах счетчика установлено состояние 0111. Это единственное состояние за цикл, когда на всех младших разрядах установлены лог.1. Для фиксации этого момента времени в схеме используется дополнительный лог. элемент И.

Вычитающие и реверсивные счетчики

В вычитающем счетчике поступление на вход очередного импульса вызывает уменьшение хранившегося в счетчике числа на единицу.
Вычитающие счетчики ничем не отличаются от суммирующих, однако в качестве выходов у них используются инверсные выходы. Исходному состоянию такого счетчика будет соответствовать комбинация 1111, с приходом каждого счетного импульса оно будет уменьшаться на единицу.
Реверсивный счетчик — счетчик, допускающий в процессе работы переключение из режима суммирования в режим вычитания. Для переключения режимов в схемах используется дополнительная логика.

Ограничение циклического коэффициента

При использовании ИМС счетчиков в различных устройствах не всегда требуется циклический коэффициент, равный 15. Часто требуется его меньшее значение, для чего необходимо коэффициент ограничивать до какого-либо меньшего значения.

УГО двоичного четырехразрядного счетчика, имеющего N = 15. ИМС имеет вход R, предназначенный для обнуления выходов (сброс) и поскольку он прямой, обнуление производится уровнем лог.1.

Если, например, необходимо, чтобы счетчик считал только до четырех импульсов, то это значит, что пятым — он должен обнулиться. На пятом импульсе на выходах установится состояние 0101. Выходное число содержит две единицы.

10. Счётчики. Асинхронные счётчики

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.

Работа 4-разрядного двоичного счетчика

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, то есть, вообще говоря, асинхронно, не одновременно с входным сигналом и с другими разрядами.

Асинхронные счетчики стандартных серий

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.

Временная диаграмма работы 4-разрядного асинхронного счетчика

Основное применение асинхронных счетчиков состоит в построении всевозможных делителей частоты, то есть устройств, выдающих выходной сигнал с частотой, в несколько раз меньшей, чем частота входного сигнала. В данном случае нас интересует не выходной код счетчика, то есть не все его разряды одновременно, а только один разряд, поэтому взаимные задержки отдельных разрядов не играют роли, полная задержка переключения счетчика не имеет значения. Простейший пример делителя частоты на два — это триггер в счетном режиме или счетчик, выходным сигналом которого является выход первого, младшего разряда 1.

При построении делителей частоты иногда важна не только частота выходного сигнала, но и его форма, его скважность, то есть отношение периода следования импульсов к длительности этих импульсов. В таких случаях чаще всего требуется меандр — цифровой сигнал со скважностью, равной двум (длительность импульсов равна длительности паузы между ними). Получить меандр из любого сигнала довольно просто: надо использовать дополнительный делитель частоты на 2, правда, при этом частота выходного сигнала уменьшится еще вдвое.

В делителе использован счетчик ИЕ2, у которого одноразрядный внутренний счетчик включен после трехразрядного внутреннего счетчика. Трехразрядный счетчик делит частоту входного сигнала на 5, но выходные импульсы имеют скважность, не равную двум (она равна 5). Одноразрядный счетчик делит частоту еще вдвое и одновременно формирует меандр. Задержки переключения разрядов счетчика относительно друг друга на рисунке не показаны (применяем первый уровень представления, логическую модель).

Делитель частоты на 10, выдающий меандр

Иногда возникает задача деления частоты входного сигнала в произвольное число раз (не в 10 и не в 2 n , что легко обеспечивается самой структурой стандартных счетчиков). В этом случае можно организовать сброс счетчика при достижении им требуемого кода путем введения обратных связей. Например, на рис. показан простейший делитель частоты на 9 на основе счетчика ИЕ5. При достижении его выходным кодом значения 9 (то есть 1001) счетчик автоматически сбрасывается в нуль по входам R1 и R2, и счет начинается снова. В результате частота выходного сигнала в 9 раз меньше частоты входного сигнала. При этом скважность выходного сигнала не равна двум. Временная диаграмма показана на рисунке для первого уровня представления (без учета временных задержек).

Делитель частоты на 9 с обратными связями

Если в числе, на которое надо делить частоту, больше двух единиц (например, 15, то есть 1111, или 13, то есть 1101), то для формирования сигнала сброса надо использовать элементы 2И, 3И или 4И, чтобы объединить все выходы, равные единице. В результате можно построить делитель входной частоты в любое число раз от 2 до 2N, где N — число разрядов используемого счетчика. Правда, при организации обратных связей надо учитывать ограничение на быстродействие счетчика. Все разряды, используемые для обратной связи, должны успеть переключиться за один период входного сигнала. Скважность выходного сигнала может принимать в данном случае самые разные значения, например, выходной сигнал может представлять собой очень короткие импульсы.

Цифровые устройства автоматики

Рисунок 4.2 — Асинхронный двоичный счетчик с последовательным переносом.

Импульсы, подлежащие счету, подаются на вход С0 первого триггера, который формирует младший разряд счетчика. Перед производством подсчета подаваемых импульсов, счетчик обнуляется. Для этого все установочные входы R

объединены и при подаче сигнала R

устанавливаются Q

находятся в единичном состоянии. Триггера работают в счетном режиме. На входах получаем информацию в двоичном коде. При подаче некоторых импульсов идет последовательное переключение разряда триггеров. Длительность переходного процесса будет зависеть от разрядности счетчика. Срабатывание всех триггеров должно находиться в районе пауз между сигналами. С учетом собственного времени срабатывания триггеров этот процесс при большой частоте подаваемых сигналов может не уложиться в период паузы синхроимпульсов и приведет к неправильному срабатыванию счетчика. Из временной диаграммы видно, что счетчик работает в параллельном двоичном коде как суммирующий.

Существует несколько методов получения счетчиков с заданным Ксч. Один из этих методов заключается в немедленном сбросе в «о» счетчиков установленного в комбинацию соответствующему Ксч. Его называют методом автосброса.

Второй из методов проектирования счетчиков заданным Ксч заключается в построении таблицы, в первых столбцах которых будет отражены текущие состояния триггера счетчика, а в последних следующие за ними состояние. Анализ таблицы позволяет установить те переходы, которые должны быть сделаны триггерами входными в состав счетчика, затем с помощью управлений таблицы соответствующего триггера, находящегося значение логической функций на управляющих входах триггера позволяющее осуществить эти переходы.

Программируемые логические матричные структуры. Реализация Булевых функций с помощью матричных схем.

Матричные схемы представляют собой сетку ортогональных проводников, на местах пересечения которых установлены элементы односторонней проводимости (ЭОП) (диоды, транзисторы). Матричные схемы бывают 2-х и 3-х уровневые. Каждый уровень называется матрицей. Матрица первого уровня называется матрицей М1, матрица второго уровня — М2.

Обычно матрица М1 реализует элементарные конъюнкции и называется матрицей конъюнкций, а матрица М2 — матрицей дизъюнкций, т. к. позволяет реализовать дизъюнкции переменных.

Рассмотрим двухуровневую матричную схему (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 — Двухуровневая матричная схема

Количество входов матрицы М1 равно S, т.е. Х1, Х2,…, Xs, количество выходов матрицы М2 равно t, т.е. Y1, Y2., Yt. Буквой Р обозначаются промежуточные проводники, перпендикулярные (ортогональные) проводникам Х и У. Количество ортогональных проводников равно q.

Функциональная схема матрицы М1 представлена на рис. 2.27. Рассматриваемая матрица может реализовать четыре конъюнкции, по числу ортогональных проводников:

Р1 = Х3 Х2 1; P2 = 2 X1; P3 = 3 X2; P4 = 3 Х1.

В общем случае, если какие-либо ортогональные проводники не участвуют в реализации конъюнкций, их число может быть меньше q.

Рисунок 5.2 — Функциональная схема матрицы М1:S=3; q=4

Реализация необходимых конъюнкций осуществляется путем прожига перемычек (включенных последовательно с полупроводниковым диодом), расположенных на местах пересечения ортогональных проводников, не участвующих в образовании конъюнкций.

Следует отметить, что в исходном состоянии на всех пересечениях проводников матрицы М1 имеются соединения, т.е. матрица реализует все конъюнкции переменных, причем в каждую конъюнкцию входят все переменные и с отрицанием, и без. Очевидно, что такие конъюнкции логического смысла не имеют. Для получения необходимых конъюнкций следует прожигать все легкоплавкие перемычки, находящиеся на узлах, не участвующих в конъюнкциях. На схеме (рис. 5.2) рассматриваемой матрицы М1 крестиками обозначены узлы, на которых сохранены перемычки.

Похожые стьтьи по экономике

Разработка устройства управления мощностью двигателя
Всё возрастающее применение 8-разрядных микроконтроллеров (МК) семейства HC11 фирмы MOTOROLA во встраиваемых системах управления делает актуальной разработку относительно недорогих систе .

Измеритель пульса ВРЛ 90
Итак, чем экономичнее обменные процессы, тем меньшее количество ударов делает сердце человека в единицу времени (ниже пульс), тем больше продолжительность жизни. Если мы занялись продлением жизни, то .

Работа нелинейного локатора
Работа нелинейного локатора основана на свойстве полупроводниковых элементов при облучении их зондирующим СВЧ сигналом переизлучать вторую и третью гармоники этого сигнала. Максимальный .