Счетчик с произвольным коэффициентом счета

Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета

В общем случае для построения счетчиков по произвольному модулю КС в схему соответствующего двоичного счетчика вводится обратная связь для исключения лишних состояний. Двоичный суммирующий или вычитающий счетчик переключается до установки некоторого значения КС. Это состояние выявляется специальной схемой, на выходе которой формируется сигнал установки счетчика в нулевое состояние. Схемы счетчика по модулю КС наиболее просты при использовании двоичных счетчиков с последовательным переносом. Схема счетчика с делением на 5 построенная таким способом имеет вид в соответствии с рисунком 3.48.

Рисунок 3.48 – Счетчик на 5

Дешифратором на 5 служит логический элемент И.

Дешифруемая комбинация 101 отражает состояние счетчика с номером 5.

Работа счетчика-делителя поясняется диаграммами в соответствии с рисунком с рисунком 3.49.

Рисунок 3.49 – К пояснению работы счетчика на 5

Пусть в исходном состоянии все триггеры находятся в состоянии 0. Под действием счетных импульсов счетчик меняет свое состояние от нулевого до пятого. Логическая схема И при состоянии счетчика 101 вырабатывает сигнал с нулевым уровнем на выходе, которым все разряды счетчика до прихода шестого счетного импульса переводятся в нулевое состояние. Так, после пяти входных импульсов счетчик сбрасывает накопленный результат, возвращаясь в исходное положение. Однако в таких счетчиках при большом количестве разрядов накапливается задержка, которая на выходе дешифратора вызовет помеху и появятся ложные срабатывания.

Счетчик-делитель может быть построен и без дополнительных логических элементов (вентилей).

Безвентильные счетчики-делители строятся в соответствии со следующими правилами:

–заданный коэффициент счета К_с разлагается на сомножители К_с=2с[2 b (2 a +1)+1], где a, b, c – целые числа 1, 2, 3, … .

–для реализации функциональной схемы выбирают JK-триггеры как наиболее удобные.

–функциональная схема счетчика представляется совокупностью схем счетчиков с коэффициентами счета – сомножителями К₁₀=К₂*К₅, где К₂=2, К₅=5, и добавочных JK-триггеров для увеличения на единицу коэффициента счета.

–внутри каждого из счетчиков JK-триггеры соединяют по схеме с последовательным переносом для режима вычитания.

–каждый добавочный JK-триггер подключают к соответствующему счетчику по следующей схеме: J-вход соединяют с прямым выходом последнего разряда счетчика, С-вход с С-выходом первого разряда счетчика, инверсный выход – с J-входом первого разряда счетчика, К-вход с источником напряжения с уровнем логической единицы, выходной сигнал снимают с выхода счетчика с коэффициентом 2 а .

Рассмотрим несколько примеров построения безвентильных счетчиков-делителей. Счетчик-делитель на 3 выполнен в соответствии с рисунком 3.50.

Коэффициент счета разлагается на сумму (2+1). Для его реализации требуется два JK-триггера.

Рисунок 3.50 – Счетчик делитель на 3

Счетчик-делитель на 5 выполнен в соответствии с рисунком 3.51 .

Разложение данного коэффициента счета можно представить в виде (2 2 +1). Для реализации такого счетчика-делителя необходимо три JK-триггера.

Рисунок 3.51 – Счетчик делитель на 5

Два первых триггера соединяют в схему вычитающего счетчика, а третий триггер является добавочным для увеличения на единицу коэффициента счета.

Счетчики широко используются в устройствах управления цифровых систем для подсчета числа выполненных операций, в связной и контрольно-измерительной аппаратуре, для определения числа поступивших сигналов и уменьшения их частоты.

Счетчик с произвольным коэффициентом счёта

Часто встречаются задачи, в которых необходимо иметь возможность деления частоты на число, не кратное 2 n , (например на 10).

Для решения этой задачи используется логическая схема, дешифрующая нужное значение коэффициента деления и сбрасывающая счётчик не после окончания цикла счёта, а раньше. Например, изображенный на рисунке 3.31 3-разрядный счётчик осуществляет деление частоты на 8 (k = 8). В случае, если нам необходимо делить входную частоту, например, на 5, мы создаём схему, которая будет сбрасывать счётчик, как только он достигнет состояния 5.

Код счётчика будет изменяться так: 0 – 1 – 2 – 3 – 4 – 0 – 1 и т. д.

Можно использовать стандартную ИМС дешифратора, подавая на вход R сигнал с соответствующего выхода, или строить логическую схему для дешифрации кода К.

Рассмотрим пример. Пусть необходимо разделить частоту на три (см. схему на рисунке 3.32 и временную диаграмму на рисунке 3.33).

Элемент И реализует дешифрацию состояния «3». Как только состояние на выходе счетчика станет равным: Q1=Q2=1, с некоторой задержкой на выходе элемента И появится «1», которая по цепи обратной связи подается на вход R, сбрасывая счетчик в состояние «0». Как только счетчик будет сброшен, состояние Q1=Q2=«0» через ЛЭ И с некоторой задержкой установит R=«0». Время задержки t определяется задержкой в используемых микросхемах.

Проанализировав схему и временную диаграмму, легко видеть, что частота на выходе Q2 и на выходе элемента И равна f/3.

Описанная схема, в принципе может применяться, но имеет определенные недостатки. При переходных процессах во время переключения счетчика возможно кратковременное возникновение кода 3, что приведет к сбоям, т. е. преждевременному сбросу счетчика. Кроме того, длительность импульса на входе R может оказаться слишком малой, меньше допустимого паспортного значения для данного типа ИМС.

Рисунок 3.33 – Временные диаграммы делителя частоты на три

Задания

Построить схемы деления частоты на произвольное число (например 5, 7), используя ИМС дешифраторов, а также с использованием кодового компаратора. Постройте аналогичные схемы, если используется вычитающий счетчик.

Счётчик с предварительной установкой

Такой счётчик кроме обычных входов имеет n входов D, на которые подаётся код предварительной установки. Кроме них имеется вход записи C. Такой счётчика можно предварительно установить не только в нулевое состояние по входу R, а в любое заданное состояние. На входе счетчика имеется параллельный регистр, в который можно записывать любой код.

Примером такой ИМС является очень распространенный 4-разрядный реверсив-ный счетчик 555ИЕ7 (рисунок 3.34) – асинхронный счетчик с параллельным переносом. Схема и временные диаграммы его приведены в [3].

При С=«0» счетчик находится в состоянии предварительной установки и 4-разрядный код на входах D записывается на выход независимо от состояния входов R, +1, -1. Счет в этом случае невозможен.

C	R	D	+1	-1	Qn+1
	X	Dn	X	X	Dn – запись
1	1	X	X	X	0 – сброс
1		X		1	+1– увеличение кода на 1
1		X			Qn – хранение
1		X	1		-1– уменьшение кода на 1
1		X		Qn — хранение

При С=«1», R= «1» счетчик сбрасывается, т. е. устанавливается в «0». Счет возможен только в случае C = «1», R = «0». При этом разрешением счета по входу «+1» является наличие логической «1» на входе «-1» и наоборот.

Рисунок 3.34 – Счётчик 555ИЕ7

Схемы формирования сигналов переноса CR и заёма BR счётчика показаны на рисунке 3.35, временные диаграммы соответствуют диаграммам, изображенным на рисунках 3.20, 3.21.

Рисунок 3.35 – Схемы формирования сигналов переноса и заёма

Задания

Верно ли утверждение: если на входе R будет присутствовать лог. «1» или на входе С лог. «0», то на выходах CR и BR всегда будет «1»?

Счетчик с предварительной установкой наиболее удобен для деления частоты на произвольный код. Один из вариантов схемы приведен на рисунке 3.36, а временная диаграмма – на рисунке 3.37. В качестве примера выбрана схема деления на число N=5.

На входы D предварительной установки счетчика подан код N (в данном случае – 0101 – число 5).

Выход CR подается на вход записи С. Таким образом, как только счетчик достигает состояния «0», сигнал, появляющийся на выходе BR, поступая на вход С, устанавливает счетчик в состояние «5».

Правильное и точное понимание работы данной схемы требует внимания. Повторите логику формирования сигналов переноса. Импульс на выходе BR будет очень коротким, и длительность его определяется задержкой счетчика аналогично схеме на рисунке 3.32.

Рисунок 3.36 – Схема делителя частоты на 5

Рисунок 3.37 – Временные диаграммы делителя частоты на 5

Данная схема имеет тот же недостаток, что и схема на рисунке 3.32 – малую длительность импульса BR/C. Кроме того, неудобством является наличие двух состояний счетчика (в данном случае «0» и «5») в течение одного такта. Поэтому такая схема используется только для деления частоты, т. е. в случае, когда сам выходной код не используется.

Задания

Проанализируйте внимательно временную диаграмму на рисунке 3.37. Определите точную последовательность появления фронтов всех сигналов.

Как построить аналогичную схему, используя суммирующий счетчик? Постройте схему для деления на 5. Какая из схем удобнее и почему?

Постройте схемы для деления частоты на число, большее 16, т.е. с использованием нескольких ИМС счетчиков.

Как будет работать схема на рисунке 3.36, если задать код деления, равный 0?

Другой вариант схемы приведен на рисунке 3.38, временная диаграмма – на рисунке 3.39. На входы предварительной установки подан тот же код N = 5. В схему добавлен триггер, благодаря которому сигнал С счетчика появляется синхронно с окончанием импульса BR (см. временную диаграмму).

Рисунок 3.38 – Усовершенствованная схема делителя частоты с применением триггера

Рисунок 3.39 – Временные диаграммы делителя частоты, показанного на рисунке 3.38

Как видно из диаграммы, цикл счета повторяется через (N+1) состояние (т. к. добавляется состояние «0»). Т. о. выходная частота определяется по формуле:

ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Дата добавления: 2019-03-09 ; просмотров: 238 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Счетчики с произвольным коэффициентом счета

Такие счетчики имеют К_сч m , где m – число триггеров. Принцип их построения состоит в исключении некоторых избыточных устойчивых состояний обычного двоичного счетчика путем введения обратных связей. В качестве примера рассмотрим синтез вычитающего синхронного счетчика с К_сч = 11. Такой счетчик реализуется на основе двоичного четырехразрядного счетчика, в котором исключено пять устойчивых состояний. Таблица состояний указанного счетчика с К_сч = 11 имеет вид, показанный на табл. 7.1.

Таблица 7.1
Таблица состояний счетчика с К_сч = 11

Вписывая в карту Карно номера состояний, начиная с нулевого, карта примет вид, показанный на рис. 7.1 (расположение переменных для удобства изменено). В карте состояний знаком «x» обозначены наборы, на которых функция не определена, так как они соответствуют исключенным состояниям.

Рис. 7.1 Карта состояний счетчика с К_сч = 11

Будем синтезировать счетчик на основе JK-триггеров. Построим их характеристическую таблицу (табл. 7.2). Знаком Æ в ней отмечены входные переменные, значения которых безразличны при указанном переходе.

Таблица 7.2
Таблица переходов JK‑триггера

Для каждого разряда занесем входные состояния в каждую из четырех карт Карно, как это показано на рис. 7.2.

Рис. 7.2 Карты Карно для триггеров четырехразрядного счетчика с К_сч = 11

Проведем считывание (см. рис. 7.2) минимальным образом и в результате считывания получим выражения для входов триггеров четырехразрядного счетчика:

(7.1)

Схема счетчика, построенная в соответствии с выражениями (7.1) на триггерах ТВ1, приведена на рис. 7.3. На рис. 7.3 не приведены незадействованные логические входы J и K с целью упрощения схемы. При практической реализации счетчика незадействованные входы следует подключить в задействованным либо подключить к потенциалу логической 1.

Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 10 ; Нарушение авторских прав

Двоично-десятичные счетчики. Счетчики с произвольным коэффициентом счета.

Счётчик числа импульсов – устройство, на выходах которого получается двоичный (двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Как следует из самого названия, счетчики предназначены для счета входных импульсов. То есть с приходом каждого нового входного импульса двоичный код на выходе счетчика увеличивается (или уменьшается) на единицу.

Рисунок 1 – Простейший суммирующий асинхронный счётчик

Рисунок 2 – Временная диаграмма работы суммирующего асинхронного счётчика

Таблица 1 – Изменение уровней на выходе суммирующего двоичного счётчика при поступлении на его вход импульсов

Для того чтобы разобраться, как работает схема двоичного счётчика, воспользуемся временными диаграммами сигналов на входе и выходах этой схемы, приведёнными на рисунке 2.

Пусть первоначальное состояние всех триггеров счётчика будет нулевым. Это состояние мы видим на временных диаграммах. Запишем его в таблицу 1. После поступления на вход счётчика тактового импульса (который воспринимается по заднему фронту) первый триггер изменяет своё состояние на противоположное, то есть единицу.

Запишем новое состояние выходов счётчика в ту же самую таблицу. Так как по приходу первого импульса изменилось состояние первого триггера, то этот триггер содержит младший разряд двоичного числа (единицы).

Подадим на вход счётчика ещё один тактовый импульс. Значение первого триггера снова изменится на прямо противоположное. На этот раз на выходе первого триггера, а значит и на входе второго триггера сформируется задний фронт. Это означает, что второй триггер тоже изменит своё состояние на противоположное. Это отчётливо видно на временных диаграммах, приведённых на рисунке 2. Запишем новое состояние выходов счётчика в таблицу 1. В этой строке таблицы образовалось двоичное число 2. Оно совпадает с номером входного импульса.

Продолжая анализировать временную диаграмму, можно определить, что на выходах приведённой схемы счётчика последовательно появляются цифры от 0 до 7. Эти цифры записаны в двоичном виде. При поступлении на счётный вход счётчика очередного импульса, содержимое его триггеров увеличивается на 1. Поэтому такие счётчики получили название суммирующих двоичных счётчиков.

Счётчик с произвольным модулем счёта

Для построения такого счётчика можно использовать двоичный счётчик, у которого модуль счёта М должен быть больше модуля счёта разрабатываемого счётчика с произвольным модулем счёта.

Пусть нужно сделать счётчик с М = 10.

У 4-х разрядного счётчика модуль счёта равен 16 (больше 10).

Схема счётчика представляет собой 4 последовательно включённых счётных триггера, у которых есть вход сброса R.

Число 10 в двоичной системе счисления представляется 1010. Когда на выходах счетчика будет код 1010, на выходе элемента «И» появится логическая единица, которая запустит схему гашения. Длительность импульса на выходе схемы гашения должна быть достаточна для надёжного сброса всех триггеров счётчика в 0. Разряды числа 1010, равные 1 подаются на схему «И» с прямых выходов триггеров, а равные 0 — с инверсных. Таким образом, как только счётчик досчитает до 10, произойдёт обнуление всех триггеров и счёт продолжится с кода 0000.

Рисунок 3 – Счётчик с модулем счета М=10

Рассмотрим счётчик с М=11 на основе двоичного счётчика в одной микросхеме (без инверсных выходов).

Рисунок 4 – Счётчик с модулем счёта М=11

Рисунок 5 – Счётчик с модулем счёта М=17

В этой схеме М= =

Двоично-десятичные счетчики широко применяются в измерительной технике, различной связной аппаратуре, устройствах отображения информации в цифровом десятичном коде и т.д. Они выпускаются целиком в интегральном исполнении (серии К155, К176, К511 и др.)