Реверсивного счетчика с предустановкой

Электронные счетчики и тахометры

Электронные счетчики импульсов – это наиболее современные компоненты промышленной автоматики и применяются в качестве элемента сбора данных от датчиков в различных системах управления. Датчики выдают различную информацию, которую необходимо зарегистрировать, и воспроизвести на экране непосредственно на производстве, обработать её и использовать далее для управления процессом.

Именно для этого предлагается широкий ряд счётчиков и других вспомогательных устройств, специально предназначенных для применений с датчиками. Счетчики импульсов предназначены для прямого, обратного и реверсивного счета импульсов. Счетчики могут быть одно- и многоканальные, последние при этом реализуют также некоторые математические функции, как, например, подсчет разницы или суммы по двум входным каналам. Кроме того, счетчики с возможностью предустановки граничных значений реализуют включение или выключение цепей управления внешними объектами по достижении заданного количества импульсов. Счетчики импульсов имеют на передней панели многоразрядный цифровой дисплей и кнопки управления и программирования.

Суммирующие и вычитающие электронные счетчики реализуют несколько разных хорошо известных методов счета с предустановками, как то основной, ступенчатый, параллельно-сравнительный и подтягивающий. Посредством кнопок на передней панели устанавливается предустановка заданного значения на дисплее, которая записывается в энергонезависимую память. Подача импульса на вход увеличивает или уменьшает значение счетчика на единицу, при этом на дисплей выводится итоговая величина. У реверсивных и обратных счетчиков происходит счет от предустановки до нуля.

При совпадении значения предустановки с фактическим значением срабатывает выходная логика (реле или оптопара), таким образом на выход подается сигнал. Выход счетчика – это или свободный от потенциала контакт реле, коммутирующий постоянный / переменный ток или, для управления слаботочными цепями, выход оптопары в виде транзисторного pnp- или npn-ключа. При этом событии счет импульсов может останавливаться, продолжаться или реверсироваться, в зависимости от логики программирования конкретного счетчика.

При сбросе происходит обнуление счетчика импульсов, запирание выходных транзисторных ключей или возврат реле в исходное состояние. Сброс может происходить автоматически по совпадению фактического значения с предустановкой. При этом происходит срабатывание элементов выхода счетчика и кратковременное переключение контактов на определенное время.

Имеются также мультифункциональные многоканальные счетчики, рассчитанные на прямой и обратный счет, причем направление счета определяется смещением фазы последовательностей входных импульсов. Некоторые типы счетчиков имеют встроенный источник питания, который предназначен для питания различных датчиков входного сигнала для самого счетчика, например, инкрементальных энкодеров.

Важнейшие параметры счетчиков импульсов:
— Напряжение питания постоянного (DC) и переменного (AC) тока,
— Напряжение и форма входных сигналов,
— Логика выходных сигналов,
— Быстродействие,
— Разрядность,
— Возможность управления (предустановки),
— Наличие дополнительных устройств,
— Прямой / обратный / реверсивный счет импульсов,
— Количество входных каналов,
— Контроль напряжения питания и самодиагностика,
— Наличие интерфейса для связи с компьютером через стандартную шину,
— Автосохранение данных,
— Тип корпуса и подключения счетчиков.

При необходимости интеграции счетчиков с интерфейсами RS232/422/485 в промышленные сети мы предложим шлюзы (конверторы) интерфейсов UNIGATE для работы по протоколам ARCNET, CANopen, DeviceNet, Profibus, Interbus, LonWorks, Modbus-RTU, Modbus TCP, MPI, а также Powerlink, Ethernet TCP, EthernetIP, Ethercat и Profinet. При выборе моделей с интерфейсом RS485 через один шлюз UNIGATE можно конфигурировать и управлять до 32 счетчиков. Этим обеспечивается оперативность и удобство управления производством.

Мы поставляем также электронику производства французского подразделения Baumer IVO, в том числе счетчики, тахометры, индикаторы и регуляторы PA200, PA201, PA203, PA210, PA213, PA220, PA400, PA401, PA402, PA403, PA405, PA41, PA418, PA420, PA421, PA422, PA424, PA430, PA440, PA450, TA1200, TA1220, N124, N125, FS324, B1148, B1504, BE1610, BE1620, BE1630, BE1790, N208, N214, NA1200, NA1204, NA1214, NA1218, PA610, PA612, PA614, PA616.

Исследование счетчиков электрических импульсов

Работа выполняется на платах П2, П3 и П5 с использованием технологических карт II-4 (рис. 13), III-1 (рис. 16), V-1, V2, V3 (рис. 22 – 24). Объем заданий к работе является следующим.

Домашняя подготовка

1. Повторить принцип действия счетного триггера, нарисовать временные диаграммы на входах и выходах счетного триггера.

2. Нарисовать функциональную схему и изучить принцип действия четырехразрядного кольцевого счетчика на сдвигающем регистре.

3. Изучить функциональные схемы и принцип действия суммирующего, вычитающего и реверсивного счетчиков с представлением информации в двоичном и позиционном кодах.

4. Зарисовать в тетради условно-графические изображения счетчиков на ИМС К155ИЕ5 и К155ИЕ7. Объяснить функциональное назначение всех входов и выходов.

5. Начертить в тетради схему стенда для исследования суммирующего и вычитающего счетчиков с использованием универсальных триггеров К155ТМ2.

6. Нарисовать временные диаграммы напряжений на входах и выходах указанных счетчиков.

7. Начертить схему стенда для исследования суммирующего счетчика с использованием дополнительных логических элементов, обеспечивающего получение коэффициента пересчета, заданного преподавателем (карта V-1). Нарисовать временные диаграммы сигналов на входах и выходах счетчиков и логических элементов, которые Вы ожидаете получить при коэффициенте счета, заданным преподавателем.

8. Начертить схемы стенда для исследования реверсивного счетчика на микросхеме К155ИЕ7 в режимах прямого и обратного счета (не используя режим предустановки).

9. Начертить схему стенда для исследования реверсивного счетчика в режимах прямого и обратного счета с предварительной записью информации.

10. Продумать и записать в тетрадь алгоритм подачи сигналов при использовании счетчика на микросхеме К155ИЕ7 в режимах прямого и обратного счета с предварительной записью информации.

11. Начертить временные диаграммы сигналов на входах и выходах счетчика, которые Вы ожидаете получить в этих режимах при подаче импульсов на входы «+1» и «-1», число которых задано преподавателем.

12. Продумать возможность наращивания коэффициента счета реверсивных счетчиков. Нарисовать функциональную схему реверсивного счетчика с коэффициентом счета 256.

13. Продумать возможность использования реверсивного счетчика с предустановкой в качестве:

· делителя частоты с перестраиваемым коэффициентом деления;

· числоимпульсного генератора импульсов, который после запуска выдает число импульсов от 1 до 15 (по заданию преподавателя).

14. Продумать форму отчетных таблиц для выполнения практической части лабораторной работы.

Выполнение работы

1. Собрать на плате П2 (карта II-4) счетный триггер, для чего соединить внешней перемычкой контакты 2 и 6 ИМС D3. Исследовать работу T-триггера, измеряя уровни сигналов на входах и выходах с помощью осциллографа.

2. Включив плату П3 (карта III-1), собрать функциональную схему кольцевого счетчика и исследовать его работу.

3. Исследовать функциональную схему четырехразрядного двоичного суммирующего счетчика (плата П5, карта V-1). Первоначально подачей входных импульсов установить на выходе счетчика нулевой код. Затем, подавая одиночные импульсы и используя светодиодную индикацию, заполнить таблицу состояний счетчика в режиме прямого счета.

4. Изменить схему стенда (карта V-2) с целью реализации режима обратного счета. Заполнить таблицу состояний для указанного режима счетчика.

5. Собрать схему стенда для счетчика с коэффициентом пересчета, заданным преподавателем (карта V-1). Заполнить таблицу состояний счетчика и нарисовать временные диаграммы сигналов на входах и выходах счетчика.

6. Исследовать счетчик на микросхеме К155ИЕ7 (карта V-3) в режиме прямого счета. Заполнить таблицу состояний.

7. Повторить испытания счетчика на микросхеме К155ИЕ7 в режиме обратного счета.

8. Провести исследование счетчика К155ИЕ7 в режиме с предварительной установкой счетчика в состояние, заданное преподавателем.

9. Исследовать работу счетчика на микросхеме К155ИЕ7 в режиме предварительной записи информации, а также в режимах прямого и обратного счета с переполнением или с обнулением счетчика (по заданию преподавателя). Зарисовать временные диаграммы сигналов на входах и выходах счетчика в этих режимах.

Зачет

1. Объяснить экспериментальные данные.

2. Объяснить причины ограничения разрядности в счетчиках с последовательным переносом сигнала.

3. Привести примеры использования счетчиков в устройствах детского технического творчества, приборах для физических исследований, в ЭВМ.

4. Пояснить необходимость наличия выходов переноса у реверсивного счетчика.

Рис. 21 . Схема к карте V-1.

Рис. 22 . Схема к карте V-2.

Рис. 23 . Схема к карте V-3.

Лабораторная работа 7

Исследование стандартного

Арифметическо-логического

Устройства

Работа выполняется на плате П6 с использованием технологической карты VI-1 (рис. 25). Стандартное АЛУ на микросхеме К155ИП3 может выполнять 64 логических или арифметическо-логических операций в зависимости от кодов и уровней сигналов, подаваемых на управляющие входы S, M и вход P.

Для знакомства с принципом действия АЛУ можно ограничиться значительно меньшим набором операций, уже известных студентам, проделавшим предыдущие лабораторные работы. Список этих операций и соответствующие им коды S приведены в таблице 1.

Таблица 1. Таблица входных кодов и выполняемых операций.

П/п

Код операции

Операция

(сигнал на

Выходе)

Тип

Операции

M

S

Присвоение или логические операции над одним операндом

Логические операции над двумя операндами

Объем заданий к работе является следующим.

Домашняя подготовка

1. Зарисовать в тетрадь функциональную схему установки для исследования АЛУ.

2. Описать функциональные назначения входов и выходов АЛУ.

3. Рассмотреть полную таблицу операций с помощью АЛУ (по заданию преподавателя), например, , , , , .

Таблица 2. Режимы работы дешифратора кода команд.

П/п

Наименование

Команды

Код команды

Такт

SB3

Управляемое

Устройство

И его вход

Светящийся

Светодиод

Выполнение работы

1. Провести исследования логических операций, выполняемых арифметическим блоком.

2. Результаты исследований представить в виде таблиц истинности.

3. Провести исследования арифметических операций, выполняемых АЛУ. Каждую арифметическую операцию выполнить над 3 – 4 парами чисел. При этом необходимо учитывать сигнал переноса. Операцию вычитания выполнить двумя способами, в том числе заменяя эту операцию сложением, преобразуя код вычитаемого в дополнительный.

4. Результаты исследования представить в виде таблицы.

5. Составить программу вычислений, включающую 3 – 4 команды (по заданию преподавателя). Провести расчет по разработанной программе. В таблице 2 представлены режимы работы дешифратора кода команд, используемого при выполнении лабораторной работы.

Зачет

1. Знать назначение и функциональный состав всех узлов, используемых на стенде для исследования АЛУ.

2. Уметь составлять алгоритм выполнения любых операций по заданию преподавателя.

3. Пояснить, как можно использовать рассмотренный стенд на занятиях в школе при изучении курса «Основы информатики».

Рис. 24 . Схема к карте VI-1.

Лабораторная работа 8

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Счетчики (суммирующие, вычитающие и реверсивные): принципы построения и работа счетчиков, счетчики с произвольным коэффициентом пересчета

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:

• суммирующие
• вычитающие
• реверсивные
• с произвольным порядком пересчета
• синхронные
• асинхронные

по типу формирования переноса внутри счетчика

• с последовательным
• с параллельным
• с комбинированным
• с функцией установки произвольного числа
• с установкой в ноль

Счетчик называют полным, если количество устойчивых состояний на выходе равно 2 n , где n-число выходов счетчика

Последовательные суммирующие счетчики

Счетчики с последовательным переносом

Рис.2 Временные диаграммы

Т-триггер простейший вид счетчика, который делит все импульсы на четные и нечетные .Если на входе триггера частота F, то на его выходе F/2. Следовательно Т-триггер может использоваться в качестве делителя на 2. Несмотря на то, что скважность входных импульсов может быть произвольной на выходе скважность равна 2.

Рис.3 Суммирующий счетчик с последовательным переносом

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. Так как нельзя подавать сигнал до того времени, пока не установится счетчик, имеем максимальную частоту: Fmax⩽1/T.То есть с повышением разрядов понижаем частоту сигнала.

Счетчики с параллельным переносом

Рис.4 Суммирующий счетчик с параллельным переносом

Счетчики с комбинированным переносом

Последовательные вычитающие счетчики

Рис.5 Вычитающий счетчик

Рис.6 Временные диаграммы вычитающего счетчика

Переключение i-ого разряда осуществляется тогда, когда все разряды от 0-ого до (i-1)-ого равны нулю.

Рис.7 Вычитающий счетчик

Сигнал снимается с инверсного выхода.

Реверсивные счетчики

Реверсивный счетчик складывает(по фронту) и вычитает(по спаду) одновременно. Для сброса в нулевое состояние используется универсальный триггер.

Рис.8 Реверсивный счетчик

Схема счетчика с предустановкой

Рис.9 Счетчик с сигналом предустановки

Построение счетчиков с произвольным модулем пересчета

Основа — 4-х разрядный суммирующий счетчик. Когда на выходе счетчика значение «10», то на выходе & логическая «1», которая устанавливает счетчик в нулевое(начальное) состояние.

Рис.10 Счетчик, считающий по mod10

Рис.11 Временные диаграммы

Кольцевые счетчики

Рис.12 Кольцевой счетчик, считающий по mod3

Счетчики на JK-триггерах

Добавление дополнительных состояний

Рис. 13 Добавление нового состояния

С приходом n-ого импульса счетчик переключается в 0, а добавленный триггер в 1. С приходом следующего импульса счетчик не переключается, а добавленный триггер

переключается в 0.

Счетчики с произвольным порядком пересчета

Построенные на основе D-триггеров

Рис.14 Структурная схема

Рис.15 Счетчик с произвольным порядком пересчета и его граф состояний

Рис.16 Граф состояний

Каждый разряд булевой функции определяет значение счетчика.

Построенные на основе T-триггеров

Рис.17 Структурная схема

Рис.18 Счетчик с произвольным порядком пересчета

Лабораторная работа «Двоично-десятичный реверсивный счетчик с предустановкой К155ИЕ6»

Лабораторная работа

«Двоично-десятичный реверсивный счетчик с предустановкой К155ИЕ6».

Цель работы: Исследовать работу счетчика К155ИЕ6 в следующих режимах:

· Суммирования и вычитания без предустановки

· Суммирования и вычитания с предустановкой

· Переполнение счетчика. Счетчик как делитель частоты

Счетчики. Теория.

Счётчик — устройство, на выходах которого получается двоичный (двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчики могут строиться на T-триггерах и JK-триггерах. Основной параметр счётчика — модуль счёта — максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначают через СТ (от англ. counter).

· по модулю счёта: двоично-десятичные; двоичные; с произвольным постоянным модулем счёта; с переменным модулем счёта;

· по направлению счёта: суммирующие; вычитающие; реверсивные;

· по способу формирования внутренних связей: с последовательным переносом; с параллельным переносом; с комбинированным переносом; кольцевые;

Микросхема К155ИЕ6 относится к семейству ТТЛ, выполнена в корпусе DIP16 и имеет аналоги SN74192N(J) . Электрические параметры приведены в таблице ниже:

Номинальное напряжение питания

5 В 5 %

Выходное напряжение низкого уровня при Uп=4,75 В

Выходное напряжение высокого уровня при Uп=4,75 В

не более 102 мА

Входной ток низкого уровня

Входной ток высокого уровня

не более 0,04 мА

Потребляемая статическая мощность

не более 535 мВт

Время задержки выключения от входа «прямой счет» до выхода Q

Время задержки включения от входа «прямой счет» до выхода Q

Коэффициент разветвления по выходу

Микросхема представляет собой двоично-десятичный реверсивный четырехразрядный счетчик, построенный на основе JK триггеров. Функциональные схемы счетчиков приведены на рисунке 1. Особенностью счетчиков является их построение по синхронному принципу, по которому все триггеры схемы переключаются одновременно от одного счетного импульса.

Информационный вход D1

Информационный вход D3

Информационный вход D2

Вход разрешения записи V

Вход счетный C- (вычитание)

Выход переноса P

Вход счетный C+ (сложение)

Информационный вход D0

Рис.1 Цоколевка микросхем К155ИЕ6 и К155ИЕ7

Для лучшего понимания работы микросхемы можно воспользоваться таблицей истинности, представленной ниже:

Счет на увеличение

Счет на уменьшение

H – высокий уровень, L — низкий уровень, X – безразлично, | — перепад (фронт) уровня.

R — сброс, V – управление загрузкой, C+ и C — — тактовые входы, Dn – информационные входы, Qn – информационные выходы, P — выход переноса, B — выход заема.

Направление счета в счетчике определяется состоянием на счетных входах триггера (С+ и С-). Импульсные тактовые входы для счета на увеличение С+ (вывод 5) и на уменьшение С — (вывод 4) в этих микросхемах раздельные. Состояние счетчика меняется по положительным перепадам тактовых импульсов на каждом из этих тактовых входов. Если на вход C- подается импульсный перепад от низкого уровня к высокому, то из содержимого счетчика вычитается 1. Аналогичный перепад, поданный на входе С+, увеличивает счет на 1. Если для счета используется один из этих входов, на другом тактовом входе следует зафиксировать напряжение высокого логического уровня. На рис.2 показаны состояния выходов микросхемы при сложении. Во избежание ошибок менять направление счета следует в моменты, когда запускающий тактовый импульс перешел на высокий уровень.

Рис.2 Эпюры напряжений на счетном входе и выходах К155ИЕ6.

Десятичный счетчик отличается от двоичного счетчика внутренней логикой, управляющей триггерами. После прихода 10 импульса на старшем выходе Q3 устанавливается низкий уровень. На выходах P (окончание счета на увеличение, вывод 12) и B (окончание счета на уменьшение, вывод 13) нормальный уровень — высокий. Если счет достиг максимума, с приходом следующего тактового перепада на вход C+ от высокого уровня к низкому на выходе P появится низкое напряжение. После возврата напряжения на тактовом входе С+ к высокому уровню напряжение на выходе P останется низким еще на время, соответствующее двойной задержке переключения логического элемента ТТЛ. Импульсные перепады от выходов P и B служат, таким образом, как тактовые для последующих входов С+ и С — при конструировании счетчиков более высокого порядка. Каждый счетчик показывает отдельную цифру разряда десятичного числа, это т. н. двоично-десятичный код.

Рис 3. Пример каскадного включения счетчиков.

Счетчик может работать в режимах сброса, параллельной загрузки, а также синхронного счета на увеличение и уменьшение.

Установка в нуль (сброс) счетчика осуществляется независимо от состояний информационных Dn, счетных входов C и входа предварительной записи V. Параллельный запуск триггеров запрещается, если на вход сброса R (вывод 14) подано напряжение высокого уровня. На всех выходах Q установится низкий уровень независимо от сигналов на тактовых входах.

Рассмотрим работу микросхемы в режиме предустановки (загрузки). Если на вход разрешения параллельной загрузки V подать напряжение низкого уровня, то код, зафиксированный ранее на параллельных входах DO-D3, загружается в счетчик и появляется на его выходах QO-Q3, т. е. операция параллельной загрузки — асинхронная. При активных сигналах на входах V и R запрещается счет, и даются команды загрузки кода в счетчик или его сброса. Счетчики могут использоваться как делители частоты.

Рис. 4 Диаграмма работы десятичного счетчика К155ИЕ6 при сложении и вычитании. В режиме записи (V=0) было записано число 6 (единица на входах D2 и D3).

Практическая часть.

Описание учебного комплекса на базе контроллера

Исследование работы микросхемы К155ИЕ6 проводится с помощью учебного макета, соединенного с блоком коммутации многофункционального устройства сбора данных NI PCI 6221, рисунок 5. Описание этого контроллера приведено в приложении 1.

Рис.5 Внешний вид учебного комплекса, где: 1 –учебный стенд, 2 – блок коммутации NI PCI 6221, 3 — блок питания, 4 – микросхема, 5 – соединительная колодка, 6 – индикатор питания, 7 – индикатор тестера, 8 — соединительные провода.

Выводы контроллера NI PCI 6221 соединены с клеммами блока коммутации (Рис.5, п.2). В работе используются

· цифровые входы/выходы порта 1: Line 0-5,

· аналоговые входы AI 0-3,

· выход цифрового генератора «out»,

· вход цифрового частотомера «gate»

Для проведения измерений необходимо:

1. провести необходимые соединения учебного стенда и блока коммутации PCI 6221,

2. подключить питание (загорится зеленый индикатор),

3. запустить программу, управляющую измерениями.

Внешний вид интерфейса управляющей программы показан на рисунке 6. Здесь на разных панелях расположены соответствующие элементы управления и индикации:

· Тактовый генератор с регулируемой частотой и скважностью

· Кнопка сброса счетчика

· Кнопки записи информации в счетчик

· Индикаторы состояния выходов в двоичной и десятеричной системе исчисления

· Осциллограммы сигналов на выходах

· Рисунок цоколевки микросхемы

Рис.6 Внешний вид интерфейса программы «Count. exe».

Рис. 7 Блок-схема соединений.

Элементы интерфейса программы связаны с клеммами блока коммутации. Блок-схема всего измерительного комплекса показана на рисунке 7. Соединительные колодки учебного макета жестко связаны с исследуемыми микросхемами. Обратите внимание, что каждой ножки схемы соответствует два гнезда колодки для возможности связи ножки с двумя точками схемы. Здесь же справа есть гнезда, имеющие напряжение +5 В (логическая единица) и 0 В или GND (логический ноль). Положение гнезд колодки соответствует положению ножек микросхемы и расположено в том же порядке (против часовой стрелки).

Соединение колодки с блоком коммутации осуществляется проводами в соответствие со схемой. Соединение общего провода (земли) учебного макета и блок коммутации — обязательно! Для оперативного контроля за уровнем потенциала той или иной точки схемы без помощи программы на макете есть индикатор желтого цвета с проводником-щупом. Зеленый индикатор служит для контроля над наличием питания макета.

Индикаторы выходов и 4-х лучевой осциллограф работают одновременно. Направление счета (сложение или вычитание) зависит от того, к какому входу микросхемы подключен генератор (С+ или С-), это соединение осуществляется вручную. На второй счетный вход должен быть подан высокий уровень с гнезда «+5» соединительной колодки макета.

Режим суммирования и вычитания без предустановки

1. Для соединения блока сопряжения с NI6221 и учебного макета соедините провода следующим образом: