Десятичный счетчик до четырех

Десятичный счетчик до четырех

Любительская Радиоэлектроника

• Главная
• Книги и статьи
• Информация
• Диоды
• Транзисторы
• Тиристоры
• Микросхемы
• Стабилизаторы
• Радиоэлементы
• Конденсаторы
• Справочник
• Источники питания
• Зарядные устройства
• Автоэлектроника
• Бытовая электроника
• Усилители
• Радиоприемники
• Расчет трансформатора
• Расчет источника
• Программы по электронике
• Советы радиолюбителю
• Советы радиотехнику
• Ванна для травления печатных плат
• Изготовление печатных плат и фальшпанелей
• Радиоэлектронные анекдоты
• Истории от радиолюбителей
• Разное
• Основы строительства дачных домов
• Форум
• Skype farids38
• Каталоги статей
• CL1CL2CL3СL4
• Карта сайта
• English

Счетчики

В состав рассматриваемых серий ТТЛ-микросхем входит большое число счетчиков и делителей частоты, различающихся по своим свойствам и назначению.

Микросхема К155ИЕ1 (рис. 24) — делитель частоты на 10. Установка триггеров микросхемы в 0 осуществляется подачей лог. 1 одновременно на два объединенных по схеме И входа R. Рабочая полярность входных счетных импульсов, подаваемых на входы С, отрицательная. Импульсы можно подавать или отдельно на каждый из входов (на второй вход должна при этом подаваться лог. 1), или одновременно на оба входа. Одновременно с каждым десятым входным импульсом на выходе формируется равный ему по длительности выходной импульс отрицательной полярности. Многокаскадные делители частоты можно строить, соединяя входы С последующих каскадов с выходами предыдущих.

Микросхемы ИЕ2, К155ИЕ4 и ИЕ5 (рис. 25) содержат по четыре счетных триггера. В каждой микросхеме один из триггеров имеет отдельный вход С1 и прямой выход, три оставшихся триггера соединены между собой так, что образуют делитель на 8 в микросхеме ИЕ5, на 6 в К155ИЕ4 и на 5 в ИЕ2.

При соединении выхода первого триггера с входом С2 цепочки из трех триггеров образуются соответственно делители на 16, 12 и 10. Делители на 10 и 16 работают в коде 1-2-4-8, делитель на 12 — в коде 1-2-4-6. Микросхемы имеют по два входа R установки в 0, объединенные по схеме И. Сброс (установка в 0) триггеров производится при подаче лог. 1 на оба входа R. Микросхема ИЕ2 имеет, кроме того, входы R9 для установки в состояние 9, при котором первый и последний триггеры декады находятся в единичном состоянии, остальные — в нулевом.

Наличие входов установки, объединенных по схеме И, позволяет строить делители частоты с различными коэффициентами деления в пределах 2-6 без использования дополнительных логических элементов. На рис. 26 приведены схема декады на микросхеме К155ИЕ4 и ее временная диаграмма. До прихода десятого импульса декада работает как делитель частоты на 12. Десятый импульс переводит триггеры микросхемы в состояние 10, при котором на выходах 4 и 6 микросхемы формируются уровни лог. 1.

Эти уровни, поступая на входы R микросхемы, переводят ее в 0, в результате чего коэффициент пересчета К становится равным 10.

Для установки рассмотренной декады в 0 внешним сигналом необходимо введение в нее логических элементов И-НЕ (рис 27).

В табл. 4 приведены номера выводов микросхем, которые нужно соединить между собой для получения различных К Все делители, полученные соединением выводов по табл. 4, работают по одному принципу — при достижении состояния, соответствующего необходимому коэффициенту пересчета, происходит установка счетчика в 0. Исключение составляет делитель на 7 на микросхеме ИЕ2. В этом делителе после подсчета шести импульсов на входах R9 формируются уровни лог. 1, поэтому из состояния 5 делитель сразу переходит в состояние 9, минуя 6,7 и 8. Код работы этого делителя — невесовой.

Делители на микросхемах ИЕ5 и ИЕ2 работают в весовом коде 1-2-4-8, на микросхеме К155ИЕ4 — в коде 1-2-4-6 при использовании входа 14 и в коде 1-2-3 — при использовании входа 1.

Микросхемы ИЕ6 и ИЕ7 — реверсивные счетчики. Первый из них — двоично-десятичный, второй — двоичный Оба работают в коде 1-2-4-8 Цоколевка обеих микросхем одинакова (рис 28), различие в том, что первый считает до 10, второй до 16.

Рассмотрим для примера работу микросхемы ИЕ6 В отличие от рассмотренных ранее счетчиков, эта микросхема имеет большее число выходов и входов Входы +1 и -1 служат для подачи тактовых импульсов, +1 — при прямом счете, -1 — при обратном. Вход R служит для установки счетчика в 0, вход L — для предварительной записи в счетчик информации, поступающей по входам D1 — D8.

Установка триггеров счетчика в 0 происходит при подаче лог 1 на вход R, при этом на входе L должна быть лог. 1. Для предварительной записи в счетчик любого числа от 0 до 9 его код следует подать на входы D1 — D8 (D1 — младший разряд, D8 — старший), при этом на входе R должен быть лог 0, и на вход L подать импульс отрицательной полярности

Режим предварительной записи можно использовать для построения делителей частоты с перестраиваемым коэффициентом деления для учета фиксированной частоты (например, 465 кГц) в цифровой шкале радиоприемника Если этот режим не используется, на выходе L должен постоянно поддерживаться уровень лог 1

Прямой счет осуществляется при подаче импульсов отрицательной полярности на вход +1, при этом на входах -1 и L должна быть лог 1, на входе R — лог 0 Переключение триггеров счетчика происходит по спадам входных импульсов, одновременно с каждым десятым входным импульсом на выходе >=9 формируется отрицательный выходной импульс переполнения, который может подаваться на вход +1 следующей микросхемы многоразрядного счетчика Уровни на выходах 1-2-4-8 счетчика соответствуют состоянию счетчика в данный момент (в двоичном коде) При обратном счете входные импульсы подаются на вход -1, выходные импульсы снимаются с выхода 15 появляется одновременно с импульсом на входе +1 при переходе счетчика из состояния 15 в состояние 0, а на выходе

Счетчики в составе микросхем

Как и триггеры, счетчики совсем необязательно составлять из логических элементов вручную – сегодняшняя промышленность выпускает самые разнообразные счетчики уже собранные в корпуса микросхем. В этой статье я не буду останавливаться на каждой микросхеме-счетчике отдельно (в этом нет необходимости, да и времени займет слишком много), а просто кратко рассажу на что можно рассчитывать, во время решения тех или иных задач цифровой схемотехники. Тех же, кого интересует конкретные типы микросхем-счетчиков, я могу отправить к своему далеко неполному справочнику по ТТЛ и КМОП микросхемам.

Итак, исходя из полученного в предыдущем разговоре опыта, мы выяснили один из главных параметров счетчика – разрядность. Для того, чтобы счетчик смог считать до 16 (с учетом нуля – это тоже число) нам понадобилось 4 разряда. Добавление каждого последующего разряда будет увеличивать возможности счетчика ровно вдвое. Таким образом, пятиразрядный счетчик сможет считать до 32, шести – до 64. Для вычислительной техники оптимальной разрядностью является разрядность, кратная четырем. Это не есть золотым правилом, но все же большинство счетчиков, дешифраторов, буферов и т.п. строятся четырех (до 16) или восьмиразрядными (до 256).

Но поскольку цифровая схемотехника не ограничивается одними ЭВМ, нередко требуются счетчики с самым различным коэффициентом счета: 3, 10, 12, 6 и т.д. К примеру, для построения схем счетчиков минут нам понадобится счетчик на 60, а его несложно получить, включив последовательно счетчик на 10 и счетчик на 6. Может нам понадобиться и большая разрядность. Для этих случаев, к примеру, в КМОП серии есть готовый 14-ти разрядный счетчик (К564ИЕ16), который состоит из 14-ти D-триггеров, включенных последовательно и каждый выход кроме 2 и 3-го выведен на отдельную ножку. Подавай на вход импульсы, подсчитывай и читай при необходимости показания счетчика в двоичном счислении:

Для облегчения построения счетчиков нужной разрядности некоторые микросхемы могут содержать несколько отдельных счетчиков. Взглянем на К155ИЕ2 – двоично-десятичный счетчик (по-русски – «счетчик до 10, выводящий информацию в двоичном коде»):

Микросхема содержит 4 D- триггера, причем 1 триггер (одноразрядный счетчик – делитель на 2) собран отдельно – имеет свой вход (14) и свой выход (12). Остальные же 3 триггера собраны так, что делят входную частоту на 5. Для них вход – вывод 1, выходы 9, 8,11. Если нам нужен счетчик до 10, то просто соединяем выводы 1 и 12, подаем счетные импульсы на вывод 14 а с выводов12, 9, 8, 11 снимаем двоичный код, который будет увеличиваться до 10, после чего счетчики обнулятся и цикл повторится. Составной счетчик К155ИЕ2 не является исключением. Аналогичный состав имеет и, к примеру, К155ИЕ4 (счетчик до 2+6) или К155ИЕ5 (счетчик до 2+8):

К155ИЕ5 – структурная схема

Практически все счетчики имеют входы принудительного сброса в «0», а некоторые и входы установки на максимальное значение. Ну и напоследок я просто обязан сказать, что некоторые счетчики могут считать и туда и обратно! Это так называемые реверсивные счетчики, которые могут переключаться для счета как на увеличение (+1), так и на уменьшение (-1). Так умеет, к примеру, двоично-десятичный реверсивный счетчик К155ИЕ6:

При подаче импульсов на вход +1 счетчик будет считать вперед, импульсы на входе -1 будут уменьшать показания счетчика. Если при увеличении показаний счетчик переполнится (11 импульс), то прежде чем вернуться в ноль, он выдаст на вывод 12 сигнал «перенос», который можно подать на следующий счетчик для наращивания равзрядности. То же назначение и у вывода 13, но на нем импульс появится во время перехода счета через ноль при счете в обратном направлении.

Обратите внимание, что кроме входов сброса микросхема К155ИЕ6 имеет входы записи в нее произвольного числа (выводы 15, 1, 10, 9). Для этого достаточно установить на этих входах любое число 0 — 10 в двоичном счислении и подать импульс записи на вход С.

Двоично-десятичные счетчики

Наряду с двоичными широкое распространение получили счетчики с коэффициентом пересчета, равным 10.

Двоично-десятичные счетчики синтезируют на основе четырех триггеров (m = log₂10, округленное до ближайшего большего целого числа, равно четырем), исключая N = 2 m — Kсч = 2 4 — 10 = 6 избыточных состояний с помощью обратных связей внутри счетчика. Так как можно исключить любые 6 из 16 состояний, то возможно более чем 10 6 вариантов, отличающихся порядком изменения состояний. В разных вариантах одному и тому же десятичному числу могут соответствовать различные четырехразрядные кодовые комбинации, т.е. счетчики работают в различных двоично-десятичных кодах.

Наиболее простым является вариант счетчика, в котором исключены последние 6 вариантов состояний. Веса разрядов такого счетчика равен — 8-4-2-1. На рисунке 5.31 приведена схема и диаграммы работы счетчика.

а – принципиальная схема счетчика; б – диаграммы работы

Рисунок 5.31 – Двоично-десятичный счетчик (8-4-2-1)

J–К триггер D1 включен в счетном режиме и работает как делитель на 2. На D2,D3,D4 собран счетчик-делитель на 5. Благодаря обратной связи с инверсного выхода D4 на вход J D2 подается «1», пока не закончится восьмой тактовый импульс, т.е. D2 до этого момента времени работает в счетном режиме. Триггер D3 включен по схеме Т-триггера (на входы J и К поданы «1»). Тактовый вход D3 подключен к выходу D2. Таким образом, до окончания восьмого импульса триггеры D1, D2, D3 работают как обычный двоичный счетчик, который восьмым импульсом устанавливаются в нулевое состояние. В это же время триггер D4 устанавливается в единичное состояние, так как на оба входа J поданы «1» (Q2=1,Q3=1) и С=1. Девятым импульсом только D1 переводится в единичное состояние, так как D2/J=0; D3/С=0, D4/С=0. Десятым импульсом D1 переходит в нулевое состояние и переводит D4 в нулевое состояние, так как D4/J₁=0, D4/J₂=0, D4/С=1.

Особый интерес представляют двоично-десятичные счетчики, работающие в самодополняющихся кодах, характерной особенностью которых является соответствие обратных двоичных чисел обратным десятичным числам. Необходимость такого счетчика возникает вследствие того, что в ЭВМ операция вычитания заменяется операцией сложения кода уменьшаемого с обратным кодом вычитаемого. Обратный код числа Х независимо от системы счисления определяется соотношением

где S – основание системы.

Для десятичной системы счисления:

то есть замена двоичной цифры на обратную.

В таблице 5.2 приведены коды чисел от 0 до 15 в десятичном (прямом, братном, самодополняющемся и несамодополняющемся) и в двоичном прямом и обратном самодополняющемся.

Рассмотрим кодовую комбинацию 0110. В несамодополняющемся коде ей соответствует десятичное число 6 (2 и 3 графы). Найдем обратные коды этих чисел — 1001 и 9-х = 9-6 = 3.

Таблица 5.2 – Коды чисел

Проверим самодополняемость: коду 1001 второй графы соответствует в третьей графе десятичное число 9, а не 3, т.е. самодополнения нет. Рассмотрим второй вариант. Той же кодовой комбинации 0110 соответствует десятичное число 4 (см. 4 и 2 графу), обратный код которого 9-х = 9-4 = 5. Проверим самодополняемость: коду 1001 (т.е. обратному коду двоичного числа 0110) во второй графе соответствует именно десятичное число 5 (т.е. обратное десятичному числу четыре) в четвертой графе, т.е. самодополняемость кодов выполняется. Аналогичная проверка всех строк второй и четвертой граф с одной стороны и пятой и шестой – с другой, кроме исключенных наборов, отмеченных прочерками, убеждает в самодополняемости кодов второго варианта двоично-десятичного кодирования.

Организация счетчика, работающего в самодополняющемся коде, осуществляется за счет введения обратных связей. Веса разрядов такого счетчика 4-2-2-1. Более подробно с работой счетчика можно ознакомиться в /Л.5/.

Условные графические обозначения счетчиков представлены на рисунке 5.32. На схемах обозначения располагаются так, чтобы входы находились слева, выходы – справа.

Допускается поворачивать обозначение так, чтобы выходы были внизу, а входы вверху (рисунок 5.32в)

а – двоичный пятиразрядный; б – двоично-десятичный с весами разрядов
1-2-2-4; в – реверсивный четырехразрядный двоично-десятичный с весами разрядов 1-2-4-8

Рисунок 5.32 – Условное графическое обозначение счетчиков

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ 5.4

1. Назначение счетчиков.

2. Счетчики с последовательным и параллельным переносом.

3. Счетчик на сложение и вычитание.

4. Реверсивные счетчики.

5. Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета.

6. Двоично-десятичный счетчик.

7. Прямой, обратный, дополнительный код числа.

8. Условное обозначение счетчиков.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.003 с) .

Десятичный счетчик до четырех

Поиск по сайту

Счётчики

Соединив последовательно несколько триггерных схем — делителей частоты на два, получим простейший многоразрядный двоичный делитель. Более общее название для делителей частоты — счетчики. Коэффициент деления счетчика, состоящего из n-триггеров типа Т, составляет 2_n; здесь n — число двоичных разрядов счетчика. В настоящее время используется много вариантов счетных схем: асинхронные и синхронные; двоичные и десятичные; однонаправленные, только с увеличением счета, и двунаправленные, счет в которых может увеличиваться или уменьшаться (такие счетчики называют реверсивными). Коэффициент деления счетчика может быть либо постоянным, либо переключаемым.

Основой любой из этих схем служит линейка из нескольких триггеров. Рассмотренные варианты счетчиков различаются схемой управления этими триггерами. Между триггерами добавляются логические связи, назначение которых — запретить прохождение в цикле счета лишним импульсам, К примеру, четырехтриггерный счетчик может делить исходную частоту на 16, так как 2 4 = 16. Получим минимальный выходной код 0000, а максимальный 1111. Чтобы построить счетчик-делитель на 10, трех триггеров недостаточно (10 2 3 ), поэтому десятичный счетчик содержит в своей основе четыре триггера, но имеет обратные связи, останавливающие счет при коде 9 = 1001.

Таким обазом, удобно выпускать четырехтриггерные счетчики в двух вариантах: двоичном и десятичном. Примеры таких микросхем — пары: ИЕ6 и ИЕ7, ИЕ16 и ИЕ17. Расширять функции счетчиков можно; видоизменяя их цепи управления. Первоначально счетчики были асинхронными. В асинхронном режиме предыдущий триггер вырабатывает для последующего тактовые импульсы. Такие счетчики иногда называют счетчиками пульсаций.

В синхронном счетчике все триггеры получают тактовый импульс одновременно, поскольку тактовые входы их соединяются параллельно. Поэтому Триггеры переключатся практически одновременно. В счетчике пульсаций каждый триггер, вносит в процесс счета определенную задержку, поэтому младшие разряды результирующего кода появляются на выходах триггеров неодновременно, т. е. несинхронно с соответствующим тактовым импульсом. Например, для четырехразрядного счетчика пульсаций выходной параллельный код 1111 появится на выходах триггеров уже после того, как поступит шестнадцатый тактовый импульс, кроме того, эти четыре единицы сформируются неодновременно.

Синхронная схема значительно сложнее асинхронной. На ее выходах данные от каждого разряда появляются одновременно и строго синхронно с последним входным импульсом. В синхронный счетчик разрешается синхронная (с тактовым импульсом) параллельная (в каждый триггер) загрузка начальных данных. Триггерная линейка синхронного счетчика снабжается специальным шифратором, который называется схемой ускоренного переноса (СУП).

Внутренние логические элементы управления, которыми часто снабжаются счетчики, позволяют сделать процесс счета реверсивным. Согласно команде, подаваемой на вход управления счетом больше/ меньше , можно либо, увеличивать либо уменьшать на единицу содержимое счетчика при каждом очередном тактовом импульсе. У некоторых счетчиков тактовые входы на увеличение и на уменьшение отдельные.

Сброс данных счетчика, чтобы на всех выходах установился нулевой код, у одних схем асинхронный R, у других синхронный SR, происходит одновременно е приходом тактового импульса. Имеются счетчики с переменным коэффициентом деления. Устанавливаемый коэффициент деления зависит от кода, набранного на входах управления.

Рассмотрим микросхемы КМОП среднего уровня интеграции, необходимых для счета импульсов и деления частот. Счетчики-делители составляют несколько групп. Например, счетчики ИЕ3 ИЕ5 предназначены для построения схем электронных секундомеров, часов, таймеров. Их можно использовать, например, для обслуживания индикаторов цифровых мультиметров, термометров. Счетчики ИЕ8 и ИЕ9 имеют дешифрованные выходы (10 и 8 соответственно). Счетчики ИЕ11 и ИЕ14 однотипные четырехразрядные, реверсивные. Разнообразные возможности деления частот открывает применение счетчиков выполненых на микросхемах КМОП: ИЕ2, ИЕ10, ИЕ16 и ИЕ19. Имеются счетчики асинхронные, синхронные, разрядные и даже 14-разрядный — ИЕ16.

Десятичный счетчик до четырех

Счетчики импульсов, как и регистры, строят на основе триггеров. Они используются в электронно-вычислительной технике для счета команд, счета импульсов в электронных часах, счета

числа оборотов двигателя, счета импульсов датчиков радиоактивного излучения и во многих других промышленных и любительских устройствах.

Понять принцип действия электронного счетчика импульсов поможет механическая аналогия. О счетчике с вращающимися дисками или колесами мы уже говорили. Каждое колесо имеет десять цифр и соответствует одному десятичному разряду. Для измерения расхода электроэнергии, например, используют пятиразрядный счетчик. Младший разряд, расположенный справа, показывает десятые доли киловатт-часов, следующие, соответственно, единицы, десятки, сотни и тысячи киловатт-часов. Между ними существует механическая связь, благодаря которой колесо младшего разряда, совершив полный оборот, поворачивает на одну десятую оборота колесо следующего, старшего разряда. Очевидно, что наибольшее показание пятиразрядного десятичного счетчика будет равно 9999,9 киловатт-часов. После этого произойдет автоматический сброс показаний и отсчет электроэнергии будет проходить от нулевого значения — 0000,0.

В электронном счетчике разрядность определяется числом используемых триггеров. Таким образом, колесо, имеющее десять фиксированных положений, моделирует один разряд десятичного числа, а триггер, имеющий два устойчивых состояния, моделирует один разряд двоичного числа. Например, из двух микросхем К155ТМ2 можно собрать четырехразрядный счетчик. Счет ведется в двоичной системе, так как входные сигналы представляют собой логические 0 и 1 и каждый из разрядов счетчика может находиться в двух состояниях — нулевом и единичном. Емкость четырехразрядного счетчика, т. е. максимальное число двоичных кодов, которые могут быть зафиксированы в нем, равна 16, что соответствует записи двоичных кодов от 0000 до 1111.

Функциональная схема четырехразрядного двоичного счетчика показана на рисунке 166. Она может быть использована для изготовления наглядного пособия по вычислительной технике. Входы R объединены, они служат для установки триггеров в нулевое

Рис. 166. Функциональная схема четырехразрядного счетчика на -триггерах

положение. Выходы триггера соединяются со счетным входом триггера, они последовательно переводят триггеры счетчика в следующие состояния: 1000, 0100, 1100, 0010 и т. д. до кода 1111. Этим двоичным цифрам соответствуют числа от 0 до 15. Заметим, что младший разряд двоичных чисел находится слева, что соответствует расположению слева первого триггера счетчика. После поступления 15 импульсов устанавливается двоичный код 1111, который 16-м импульсом заменяется на код 0000, т.е. счетчик возвращается в нулевое состояние. Двоичный счетчик, кроме своей основной функции, выполняет также деление частоты счетных импульсов. На выходе первого триггера сигналы появляются в 2 раза реже, чем на его входе, на выходе второго триггера в 4 раза реже и т. д. Четырехразрядный счетчик делит частоту в 16 (24) раз. Счетчики могут вести прямой счет, в этом случае осуществляется сложение импульсов, и обратный счет, при котором происходит вычитание импульсов. Счетчики, в которых может меняться направление счета, называются реверсивными.

Кроме двоичных счетчиков, существуют двоично-десятичные счетчики, в которых десятый входной импульс устанавливает триггеры счетчика в нулевое состояние. Подобный счетчик соответствует одному десятичному разряду, он составляется из четырех триггеров. В двоично-десятичном счетчике вводятся дополнительные связи между триггерами и, благодаря этому, изменяются двоичные коды десятичных цифр начиная с цифры 8. Она записывается как 0111 вместо кода 0001 (младший разряд

Рис. 167. Принципиальная схема двоичного четырехразрядного счетчика

слева). В результате девятый и десятый импульсы переводят счетчик в состояния 1111 и 0000. Подобные цифровые устройства используются в школьных счетчиках-секундомерах. Вводя дополнительные связи между триггерами, можно построить счетчик с любым коэффициентом пересчета.

Принципиальная схема двоичного четырехразрядного счетчика на двух микросхемах К155ТМ2 показана на рисунке 167. Счетные импульсы подаются с -триггера, собранного на микросхеме для индикации используется микросхема Светодиоды светятся при появлении на прямых выходах триггеров логических 1.

Существуют специальные микросхемы различных счетчиков, например двоично-десятичный счетчик, двоично-десятичный реверсивный счетчик, счетчик для часов с устройствами управления. Для часов нужны счетчики с различным основанием счета — 6 (десятки минут), 24 (часы), 7 (дни недели) и др. Интегральные счетчики мы будем использовать при изготовлении моделей в § 37.