Последовательный вычитающий счетчик импульсов

Синтез счетчиков импульсов

Главная > Курсовая работа >Коммуникации и связь

Министерство образования Российской Федерации

Пермский Государственный технический университет

Кафедра: Автоматики и телемеханики

Курсовой проект по курсу

Синтез сч е тчиков импульсов

Выполнил: студент группы

КРЭС-06 Журавлёв А.А.

Проверил: доцент кафедры АТ

1. Теоретические сведения

Суммирующий последовательный счётчик

Вычитающий последовательный счётчик

Реверсивный последовательный счётчик

Параллельный суммирующий счётчик

2. Практическая часть работы

Составление структурной схемы счётчика

Составление функциональной схемы счётчика

3. Минимизация функций управления

Составление таблицы функционирования счётчика и определение функций переходов

Составление карт функций перехода FQ

Составление карты Карно функций управления входов для каждого триггера счётчика

Составление минимизированных логических уравнений

Выбор элементной базы

4. Разработка принципиальной схемы

Разработка КСУ (комбинационной схемы управления)

Список используемой литературы

Спроектировать двоично-десятичный суммирующий счетчик, работающий в прямом коде 2-4-2-1, обеспечивающий состояния, указанные в колонке №4 методических указаний, и параметры

с индикацией на светодиодах.

Приобретение навыков структурного проектирования цифровых устройств словарным методом и навыков самостоятельной работы.

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.

1. Теоретические сведения

Счетчиками называют устройства для подсчёта числа поступивших на их вход импульсов (команд), запоминания и хранения результата счёта и выдачи этого результата. Основным параметром счётчика является модуль счёта(емкость) Kс. Эта величина равна числу устойчивых состояний счётчика. После поступления импульсов Kс счётчик возвращается в исходное состояние. Для двоичных счётчиков Kс = 2 m, где m – число разрядов счётчика.

Кроме Kс важными характеристиками счётчика являются максимальная частота счёта fmax и время установления tуст, которые характеризуют быстродействие счётчика.

Tуст – длительность переходного процесса переключения счётчика в новое состояние: tуст = mtтр, где m – число разрядов, а tтр – время переключения триггера.

Fmax – максимальная частота входных импульсов, при которой не происходит потери импульсов.

По типу функционирования

В суммирующем счётчике приход каждого входного импульса увеличивает результат счёта на единицу, в вычитающем – уменьшает на единицу; в реверсивных счётчиках может происходить как суммирование, так и вычитание.

По структурной организации

В последовательном счётчике входной импульс подаётся только на вход первого разряда, на входы каждого последующего разряда подаётся выходной импульс предшествующего ему разряда.

В параллельном счётчике с приходом очередного счётного импульса переключение триггеров при переходе в новое состояние происходит одновременно.

Последовательно-параллельная схема включает в себя оба предыдущих варианта.

По порядку изменения состояний

с естественным порядком счёта

с произвольным порядком счёта

По модулю счёта

Модуль счёта двоичного счётчика Kc=2, а модуль счёта недвоичного счётчика Kc= 2m, где m – число разрядов счётчика.

Суммирующий последовательный счётчик

Рис.1. Суммирующий последовательный 3х разрядный счётчик.

Триггеры данного счетчика срабатывают по заднему фронту счетного импульса. Вход старшего разряда счетчика связан с прямым выходом (Q) младшего соседнего разряда. Временная диаграмма работы такого счетчика приведена на рис.2. В начальный момент времени состояния всех триггеров равны лог.0, соответственно на их прямых выходах лог.0. Это достигается посредством кратковременного лог.0, поданного на входы асинхронной установки триггеров в лог.0. Общее состояние счетчика можно охарактеризовать двоичным числом (000). Во время счёта на входах асинхронной установки триггеров в лог.1 поддерживается лог.1. После прихода заднего фронта первого импульса 0-разряд переключается в противоположное состояние – лог.1. На входе 1-разряда появляется передний фронт счетного импульса. Состояние счетчика (001). После прихода на вход счетчика заднего фронта второго импульса 0-разряд переключается в противоположное состояние – лог.0, на входе 1-разряда появляется задний фронт счетного импульса, который переключает 1-разряд в лог.1. Общее состояние счетчика – (010). Следующий задний фронт на входе 0-разряда установит его в лог.1 (011) и т.д. Таким образом, счетчик накапливает число входных импульсов, поступающих на его вход. При поступлении 8-ми импульсов на его вход счетчик возвращается в исходное состояние (000), значит коэффициент счета (КСЧ) данного счетчика равен 8.

Рис. 2. Временная диаграмма последовательного суммирующего счетчика.

Вычитающий последовательный счётчик

Триггеры данного счетчика срабатывают по заднему фронту. Для реализации операции вычитания счетный вход старшего разряда подключается к инверсному выходу соседнего младшего разряда. Предварительно триггеры устанавливают в состояние лог.1 (111). Работу данного счетчика показывает временная диаграмма на рис. 4.

Рис. 1 Последовательный вычитающий счетчик

Рис. 2 Временная диаграмма последовательного вычитающего счетчика

Реверсивный последовательный счётчик

Для реализации реверсивного счетчика необходимо объединить функции суммирующего счетчика и функции вычитающего счетчика. Схема данного счетчика приведена на рис. 5. Для управления режимом счета служат сигналы «сумма» и «разность». Для режима суммирования «сумма»=лог.1, «0»-кратковременный лог.0; «разность»=лог.0, «1»-кратковременный лог.0. При этом элементы DD4.1 и DD4.3 разрешают подачу на тактовые входы триггеров DD1.2, DD2.1 через элементы DD5.1 и DD5.2 сигналов с прямых выходов триггеров DD1.1, DD1.2 соответственно. При этом элементы DD4.2 и DD4.4 закрыты, на их выходах присутствует лог.0, поэтому действие инверсных выходов никак не отражается на счетных входах триггеров DD1.2, DD2.1. Таким образом, реализуется операция суммирования. Для реализации операции вычитания на вход «сумма» подается лог.0, на вход «разность» лог.1. При этом элементы DD4.2, DD4.4 разрешают подачу на входы элементов DD5.1, DD5.2, а соответственно и на счетные входы триггеров DD1.2, DD2.1 сигналов с инверсных выходов триггеров DD1.1, DD1.2. При этом элементы DD4.1, DD4.3 закрыты и сигналы с прямых выходов триггеров DD1.1, DD1.2 никак не воздействуют на счетные входы триггеров DD1.2, DD2.1. Таким образом, реализуется операция вычитания.

Рис. 3 Последовательный реверсивный 3-х разрядный счетчик

Для реализации данных счетчиков также можно использовать триггеры, срабатывающие по переднему фронту счетных импульсов. Тогда при суммировании на счетный вход старшего разряда надо подавать сигнал с инверсного выхода соседнего младшего разряда, а при вычитании наоборот – соединять счетный вход с прямым выходом.

Недостаток последовательного счетчика – при увеличении разрядности пропорционально увеличивается время установки (tуст) данного счетчика. Достоинством является простота реализации.

Параллельный суммирующий счётчик

Принцип действия данного счетчика заключается в том, что входной сигнал, содержащий счетные импульсы, подается одновременно на все разряды данного счетчика. А установкой счетчика в состояние лог.0 или лог.1 управляет схема управления. Схема данного счетчика показана на рис.6

Рис. 4 Суммирующий счетчик параллельного действия

Разряды счетчика – триггеры DD1, DD2, DD3.

Схема управления – элемент DD4.

Достоинство данного счетчика – малое время установки, не зависящее от разрядности счетчика.

Недостаток – сложность схемы при повышении разрядности счетчика.

Счетчики с последовательным переносом

Первый разряд счетчика, будучи счетным триггером, переключается каждым входным импульсом. Каждый последующий разряд счетчика получает переключающий перепад (1/0 или 0/1) от предыдущего разряда – переключающий перепад распространяется вдоль цепочки триггеров счетчика последовательно.

Схема суммирующего счетчика с последовательным переносом приведена на рисунке 3.5.1, а. С поступлением каждого входного импульса число в счетчике увеличивается на единицу. Если в данном разряде присутствует единица, то под воздействием перепада, поступающего от предшествующего, он обнуляется, и единица переносится в следующий разряд. Если же в данном разряде ноль, то в него вписывается единица.

Рисунок 3.5.1. Суммирующий счетчик с последовательным переносом а) схема, б) условное изображение.

На рисунке 3.5.2, б представлено условное изображение 4-разрядного счетчика. На счетный С вход поступают импульсы. Логическая единица на входе К сбрасывает все разряды счетчика в ноль. По входам предварительной установки D0 – D3 в счетчик может быть записано число, его значение должно сопровождаться логической единицей на входе разрешения V. Число, занесенное в счетчик, фиксируется на его выходах двоичным кодом с «весами» разрядов 1-2-4-8. На выходе P+ появляется логическая единица с поступлением на вход 16-го импульса, т. е. вслед за тем, как предыдущими 15-ю импульсами все разряды счетчика были установлены в единицу.

Суммирующий счетчик функционирует по правилам сложения двоичных чисел. Это легко проследить по временной диаграмме, изображенной на рисунке 3.5.2, где крестиками отмечены переключающие перепады 1/0.

Рисунок 3.5.2. Временная диаграмма работы суммирующего счетчика.

Из временных диаграмм можно сделать следующие выводы:

— с наибольшей частотой переключается входной триггер счетчика;

— частота импульсов на выходе каждого триггера вдвое меньше, частоты импульсов на его входе, а n разрядов счетчика делят частоту входных импульсов в 2n раз, таким образом, счетчик является делителем числа входных импульсов с коэффициентом деления (пересчета), равным емкости счетчика Ксч;

— при поступлении на вход суммирующего счетчика 2n импульсов он переполняется: все триггеры устанавливаются в 0 (счетчик обнуляется);

— максимальное число, которое может содержать счетчик, на единицу меньше его емкости N = Ксч – 1 = 2n – 1;

— в момент, предшествующий переключению очередного разряда, все предыдущие разряды счетчика находятся в состоянии 1.

Если в счетчике использованы триггеры, переключающиеся перепадом 0/1, то вход последующего триггера нужно соединить с инверсным выходом предыдущего, на котором формируется этот перепад, когда по основному выходу триггер переключается из 1 в 0. [1]

Другое по теме:

Методы расчета цифровых БИХ-фильтров и вид целевой функции
Непрерывно развивающаяся цифровая техника, увеличение скорости вычислений и номенклатуры выполняемых операций приводит к широкому внедрению различных методов цифровой обработки сигналов в радиоэлектронных системах. Применение этих .

Счетчики. Последовательный двоичный счетчик. Асинхронные и синхронные счетчики

Страницы работы

Содержание работы

СЧЕТЧИКИ

Последовательный двоичный счетчик.

Двоичные счетчики и делители частоты используются в самых разных областях техники, в частности в управляющих системах ЭВМ, в цифровых электронных часах, частотомере и т.д. Наиболее часто на практике применяются двоичные и десятичные счетчики и делители.

Основной параметр счетчика – модуль счета Кс – максимальное число, импульсов, которое может быть сосчитано счетчиком. Если счетчик состоит из m триггеров, то число состояний 2 m и Кс≤2 m . Число импульсов, сосчитанное счетчиком может быть представлено на его выходе в прямом коде, обратном, циклическом. Счетчики и делители по модулю Кс делятся на асинхронные, и синхронные. У асинхронных делителей каждый разряд синхронизует следующий разряд деления. Синхронные делители синхронизируются поступающими извне импульсами. Входы синхронизации обычно у них включены параллельно.

По направлению счета счетчики делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные.

У суммирующего счетчики число, которое в него записано, увеличивается на единицу после того каждого импульса до заполнения, а у вычитающего счетчики уменьшается. Реверсивные счетчики могут считать по соответствующей команде в обеих направлениях. В большинстве счетчиков используются синхронные триггеры, синхронизируемые фронтом тактовых импульсов : D, J-K триггеры.

Асинхронные счетчики.

Переход любого состояния выхода триггера по таблице происходит при условии, если соседний младший разряд переходит из состояния лог.1 в состояние лог.0, т.е. по спаду уровня логического сигнала. Таким образом, для построения суммирующего счетчика выход каждого триггера соединяется с входом синхронизации, причем триггеры должны синхронизироваться спадом логического уровня.

Возможно также использовать триггеры, синхронизируемые фронтом логического сигнала, но в таком случае выходами счетчика являются инверсные выходы триггеров .

Вычитающий счетчик на D – триггерах.

Аналогично при движении по таблице в сторону уменьшения, можно увидеть, что изменение состояния разряда происходит при переходе в младшем разряде уровня из лог.0 в лог.1, т.е. для построения счетчики нужно использовать триггеры с синхронизацией по фронту на входе синхронизации. Можно также увидеть, что у суммирующего счетчика на выходах коды уменьшаются, поэтому если снимать сигналы с инверсных выходов, то получим вычитающий счетчик.

Асинхронные счетчики просты по устройству, но быстродействие их низкое, так как задержка установления старшего разряда равна n ∙ t, где n – число триггеров, если все триггеры переходят из состояния лог.1 в лог.0. Если к выходам такого счетчики подключена схема совпадений, то возможны ложные ее срабатывания. Это происходит потому, что при переключении триггеров по цепочке число, записанное в счетчике перед установившемся состоянием, проходит ряд значений и поэтому возможны возвращение (на время задержки переключения триггеров) состояния счетчика к предыдущим значениям.

Однако во многих случаях это не имеет значения. Например, для суммирующего счетчика, если схема совпадений настроена на состояние «все единицы», ложных срабатываний нет.

Синхронные счетчики.

Задержки срабатывания уменьшаются у синхронных счетчиков. Из таблицы можно также увидеть, что изменение в любом из разрядов происходит в случае, если в предыдущем такте во всех младших разрядах установлены лог.1. Поэтому у суммирующего счетчика разрешение на переключение некоторого триггера дается в случае, если во всех младших триггерах по отношению к данному установлены лог.1, при этом входы синхронизации триггеров включены параллельно. Синхронные счетчики делятся на параллельные, последовательные и последовательно – параллельные.

Параллельный синхронный делитель на 16.

1. Состояние всех триггеров меняется одновременно, поэтому задержка счетчика равна задержке переключения одного триггера.

2. Переход любого из триггеров происходит, если все предыдущие триггеры находятся в состоянии лог.1.

Последовательный синхронный счетчик.

Здесь также триггеры переключаются одновременно, но максимальная частота счета определяется задержкой распространения переноса внутри схемы и между счетчиками, если два или несколько таких счетчиков включены последовательно.

Реверсивный двоичный счетчик с управлением направления счета.

Реверсивный счетчик служит ля сложения или вычитания поступающих импульсов. Как правило, реверсивные счетчики выполняются синхронными. В рассматриваемой схеме сигналы синхронизации со входа С поступают на все триггеры, но разрешение счета каждого из триггеров формируется в зависимости от направления счета и состояния предыдущих счетчиков. В суммирующем режиме (Режим = 0) переход каждого триггера разрешается, если во всех младших до него разрядах установлены лог.1. В вычитающем режиме триггер переключается, если во всех младших разрядах лог.0.

Обычно микросхемы счетчиков, выпускаемые промышленностью, имеют 4 разряда. Часто возникает необходимость иметь счетчики большей разрядности, поэтому все такие счетчики можно каскадировать, т.е., соединяя их последовательно, можно наращивать разрядность. Для этого у счетчиков предусмотрены дополнительные выходы и входы. Имеются выходы переноса (выход переполнения), которые подключаются к входам переноса счетчиков старших разрядов. При этом выполняется условие, при котором работа счетчика в суммирующем режиме разрешена, если у всех счетчиков в младших разрядах установлены лог.1, и наоборот для вычитающего режима. Пример такого счетчика показан ниже. В нем использована другая идея. Прохождение импульсов на вход синхронизации происходит для суммирующего режима в том случае, если во всех младших разрядах и на входе переноса счетчика.

Этот счетчик имеет 2 входа синхронизации. Если импульсы поступают на вход С + , то счетчик работает как суммирующий, если на вход С – , то как вычитающий. При каскадировании выходы переносов Р + и Р – подключается соответственно к счетным входам С + и С – . Подобная схемотехника используется в счетчике ИЕ7 ТТЛ различных серий (555 ИЕ7, 1533 ИЕ7).

Счетчики с произвольным коэффициентом деления

В различных электронных устройствах часто необходимо использовать счетчики с коэффициентом счета не равным 2 m , где m – целое число. В частотомерах используются счетчики на 10, в электронных часах имеются счетчики на 24, на 12, на 60. Часто требуются счетчики с другим модулем счета. Такие счетчики используют обычные счетные триггеры, которые могут находиться в 2-ух состояниях, поэтому для счетчика с модулем счета К число состояний триггерной схемы должно быть не меньше К. Таким образом можно записать: К ≤ 2 N . Или N ≥ log ₂ K).

Для построения счетчика с произвольным модулем счета используются схемы на двоичных триггерах, в которых при помощи дополнительной логики исключаются лишние состояния с помощью обратных связей.

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

• Войти

• Главная
• Рубрикация
• Указатель А — Я
• Порталы
• Произвольно
• Журнал
• Редакторам
• 
  • Ссылки сюда
  • Связанные правки
  • Загрузить файл
  • Спецстраницы
  • Версия для печати
  • Постоянная ссылка
  • Сведения о странице
  • Цитировать страницу
• 
  • Читать
  • Просмотр
  • История

Счётчики построенные на триггерах

Счетчик — это устройство, которое служит для отслеживания количества каких-либо событий .
Счетчик — это автомат, служащий для учета количества событий .

Содержание

• 1 Классификация
• 2 Последовательные суммирующие счетчики
  • 2.1 Счетчики с последовательным переносом
  • 2.2 Счетчики с параллельным переносом
  • 2.3 Счетчики с комбинированным переносом
• 3 Последовательные вычитающие счетчики
• 4 Реверсивные счетчики
• 5 Схема счетчика с предустановкой
• 6 Построение счетчиков с произвольным модулем пересчета
• 7 Кольцевые счетчики
• 8 Счетчики на JK-триггерах
  • 8.1 Добавление дополнительных состояний
• 9 Счетчики с произвольным порядком пересчета
  • 9.1 Построенные на основе D-триггеров
  • 9.2 Построенные на основе T-триггеров
  • 9.3 Построенные на основе JK-триггеров

Классификация

Счетчики классифицируются по следующим параметрам:

1. по разрядности
2. • суммирующие
   • вычитающие
   • реверсивные
   • с произвольным порядком пересчета
3. • синхронные
   • асинхронные
4. по типу формирования переноса внутри счетчика
   • с последовательным
   • с параллельным
   • с комбинированным
5. • с функцией установки произвольного числа
   • с установкой в ноль

Счетчик называют полным, если количество устойчивых состояний на выходе равно 2 n

2^> , где n-число выходов счетчика

Последовательные суммирующие счетчики

Счетчики с последовательным переносом

Т-триггер простейший вид счетчика, который делит все импульсы на четные и нечетные .Если на входе триггера частота F

F> , то на его выходе F / 2

F/2> . Следовательно Т-триггер может использоваться в качестве делителя на 2. Несмотря на то, что скважность входных ипульсов может быть произвольной на выходе скважность равна 2.

Последовательный суммирующий счетчик — такой счетчик, у которого переключение каждого разряда осуществляется в тот момент времени, когда все предыдущие разряда равны 1. Каждый разряд, подключенный последовательно приводит к увеличению значения в 2 раза. Время установки счетчика: T = N ⋅ t

T=cdot> . Так как нельзя подавать сигнал до того времени, пока не установится счетчик, имеем максимальную частоту: F m a x ⩽ 1 T leqslant >> .То есть с повышением разрядов понижаем частоту сигнала.

Счетчики с параллельным переносом

Переключение зависит от того, в каком состоянии находятся предыдущие, то есть Q i

Q_> меняет состояние в 1, если все Q j , j i

Q_,j были равны 1. Схема осуществляет переключение одновременно на всех триггерах, следовательно время установки нового значения равно времени установки триггера. Конъюнктурами D 5 , D 6