Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Суммирующие вычитающие реверсивные счетчики

Суммирующий счетчик

Счетчики

Счетчиком называется типовой узел ЭВМ, предназначенный для подсчета числа входных сигналов (импульсов). По целевому назначению счетчики подразделяются на суммирующие, вычитающие и реверсивные.

Суммирующий счетчик предназначен для выполнения счета импульсов в прямом направлении, т.е. для сложения. С приходом очередного импульса на вход счетчика его содержимое увеличивается на единицу.

Вычитающий счетчик предназначен для выполнения счета в обратном направлении, т.е. в режиме вычитания. Каждый импульс, поступающий на вход такого счетчика, уменьшает его содержимое на единицу.

Реверсивными называются такие счетчики, которые могут работать как в режиме сложения, так и в режиме вычитания.

По способу построения цепей сигналов переноса различают счетчики с одновременным, групповым, сквозным и последовательным переносами.

Основными характеристиками счетчиков являются:

1. Быстродействие, оцениваемое максимальной частотой поступления входных импульсов F=1/T , T – период следования счетных импульсов.

2. Модуль счета или коэффициент пересчета К.

Коэффициент пересчета К характеризует число устойчивых состояний счетчика, т.е. предельное число импульсов, которое может быть сосчитано счетчиком. Например, при К=12 счетчик будет иметь 12 состояний. И каждый двенадцатый импульс будет возвращать его в начальное состояние. Если счетчик имеет n разрядов, то K=2 n . Каждому состоянию соответствует n разрядное двоичное число (от 0 до 2 n -1), а всего таких чисел 2 n .

При построении схем счетчиком могут быть использованы методы синтеза конечных автоматов, рассмотренные ранее.

В простейшем случае двоичный счетчик может быть образован из асинхронных Т-триггеров, соединенных последовательно. При этом сигналы счета a поступают на вход Т-триггера младшего разряда счетчика. Прямой выход Q триггера каждого разряда соединен со входом Т соседнего триггера более старшего разряда. Поскольку в процессе счета переключение триггеров отдельных разрядов в этом счетчике осуществляется последовательно разряд за разрядом, такой счетчик носит название счетчика с последовательным переносом. Для ликвидации неустойчивых состояний используются двухступенчатые триггера. Схема счетчика имеет следующий вид:

Числа, формируемые счетчиком, могут быть выведены из него в параллельной форме посредством одновременного опроса состояния всех разрядов счетчика.

Счетчики обычно строятся на синхронных или асинхронных двухступенчатых Т-триггерах.

В асинхронном Т-триггере смена состояний происходит по заднему фронту входного сигнала, поскольку двухступенчатый триггер можно рассматривать как схему, состоящую из двух триггеров:

В синхронном триггере смена состояний происходит по заднему фронту синхроимпульсов С:

Временная диаграмма работ трех разрядного асинхронного суммирующего счетчика с последовательным переносом имеет вид.

Счетчики.

Счетчики выполняют на запоминающих элементах – триггерах. Он фиксирует число импульсов, поступивших на его вход. В интервалах между ними счетчик хранит информацию об их числе. Совокупность единиц и нулей на выходах n триггеров (выходах счетчика) представляет собой n-разрядное двоичное число, однозначно определяющее количество прошедших на входе импульсов. Поэтому триггеры счетчика называют его разрядами.

Читайте так же:
Такси недорого без счетчиков

Суммирующий счетчик увеличивает свое содержимое на единицу с поступлением каждого входного (счетного) импульса. Вычитающий счетчик аналогично уменьшает свое содержимое на единицу.

Комбинацией суммирующего и вычитающего счетчиков является реверсивный счетчик. У него может быть два входа, на один из которых поступают импульсы, увеличивающие его содержимое (суммирующие импульсы), на другой – вычитающие. Реверсивный счетчик может иметь один вход для суммирующих и вычитающих импульсов, а переключение с одного режима на другой осуществляется в нем сигналом на специальном входе.

В счетчик может предварительно заноситься число, для чего он имеет специальные входы. Классификация счетчиков и делителей частоты приведена на рисунке 3.4.1.

Рисунок 3.4.1. Классификация счетчиков и делителей частоты

Каждый разряд счетчика может находиться в двух состояниях. Число устойчивых состояний, которое может принимать данный счетчик, называют его емкостью, модулем счета или коэффициентом пересчета.

Одним из основных параметров счетчика является его быстродействие. Оно оценивается минимальным интервалом между двумя соседними импульсами, с поступлением каждого из которых счетчик способен изменить свое содержимое. Счетчик является атрибутом многих цифровых устройств различного назначения. Его можно использовать по прямому назначению – для счета поступающих на его вход импульсов и для деления их частоты следования.

Триггеры счетчика соединяются между собой таким образом, чтобы каждому числу поступивших импульсов соответствовали единичные состояния определенных триггеров. Счетчик, у которого при поступлении входного импульса переключающий перепад передается от предыдущего триггера к последующему, называется счетчиком с последовательным переносом, а когда переключающий перепад на все разряды поступает одновременно (или почти одновременно) – счетчиком с параллельным переносом. Счетчики могут выполняться только на счетных триггерах. О состоянии разряда счетчика судят по потенциалу на прямом выходе триггера.

В большинстве случаев счетчики строятся таким образом, чтобы записываемое в них число было выражено в натуральном двоичном коде. В таком коде «вес» 1 на прямом выходе младшего разряда равен 1, а в каждом последующем разряде вдвое больше, чем в предыдущем.

Другое по теме:

Радиовещательный приемник
Появление новых специализированных микроэлектронных схем с большой степенью интеграции позволяет при снижении потребляемой мощности повышать качественные показатели радиоприемных устройств. В то же время наличие к настоящему времени в эксплуатац .

1.1.1. Суммирующий счетчик

С приходом очередного счётного импульса Т0 к содержимому счётчика прибавляется единица.

Схема суммирующего счетчика с последовательным переносом на Т-триггерах приведена на рисунке 1.1.а, диаграмма работы суммирующего счетчика – на рисунке 1.1.б.

Рис. 1.1 – Суммирующий счетчик с последовательным переносом (а), диаграмма его работы (б)

Максимальная частота работы такого счетчика определяется максимально допустимой частотой переключения его младшего разряда.

Читайте так же:
Прибор для определения намагниченности счетчика

Частота следования сигналов счета составляет Fсч ≤ 1/ (tсч + tзд.тр).

Числа, формируемые счетчиком, могут быть выведены из него параллельным кодом (прямым или обратным) посредством одновременного опроса состояний всех разрядов счетчика. Такой опрос может происходить только в паузе между сигналами счета, т.е. после того, как завершится переходной процесс, связанный с переключением триггерной схемы.

В этом случае минимальный период следования счетных импульсов должен быть увеличен на время, необходимое для полного переключения всех m разрядов счетчика и опроса его состояния:

Тсч ≥ tсч + m*tзд.тр + tопр, где

tсч – длительность счетного импульса Т0;

tзд.тр – время переключения триггера;

tопр – длительность сигнала опроса.

На рисунке 1.2 представлена функциональная схема (а) и условное обозначение (б) суммирующего двоичного счетчика с последовательным переносом с предварительной установкой в нулевое состояние.

Для установки исходного состояния служит шина «Уст.0», в которой объединены установочные R-входы всех триггеров.

Используя установочные входы RS-триггера, можно осуществить установку счетчика в любое начальное состояние.

Рис. 1.2 – Функциональная схема суммирующего двоичного счетчика с последовательным переносом с предварительной установкой в нулевое состояние

1.1.2. Вычитающий счетчик

Вычитающий счётчик с последовательным переносом имеет обратный порядок смены состояний: с приходом очередного счётного импульса содержащееся в счётчике число уменьшается на единицу

Другая особенность вычитающего счётчика: триггер каждого последующего разряда переключается в противоположное состояние при изменении уровня на выходе триггера предыдущего разряда от 0 к 1, т.е. при сигнале займа, обратном сигналу переноса в суммирующем счётчике.

Строится вычитающий счётчик так же, как суммирующий, но с тем отличием, что со входом каждого последующего триггера соединяется инверсный выход предыдущего триггера, рисунок 1.3.

Рис. 1.3 – а-вычитающий счетчик с последовательным переносом, б-диаграмма его работы

1.1.3. Реверсивный счетчик

Реверсивные счетчики изменяют направление счета под воздействием управляющего сигнала. На Рис. 2 и 3 видно, что счетчики прямого и обратного счета различаются лишь точкой съема сигнала, подаваемого с предыдущего разряда на последующий. Если управляющий сигнал перестраивает межразрядные связи, перенося точку съема сигнала с одного выхода триггера на другой, то реализуется схема реверсивного счетчика (Рис. 4).

Суммирующий синхронный счетчик

В наше время проявляется тенденция к бурному развитию цифровой электроники. Курсовая работа предполагает рассмотрение и разработку такого устройства цифровой электроники как суммирующий синхронный счетчик.

Счетчики получили очень широкое распространение в самых различных отраслях промышленности, в быту, в повседневной жизни, потому что они являются многофункциональными устройствами.

Эти устройства используются не только для подсчета импульсов, поданных на вход, но и для деления входной частоты с заданным коэффициентом деления.

Актуальность проектирования подобного вида устройств заключается в том, что они обладают высоким быстродействием, приемлимой помехоустойчивостью, низкой потребляемой мощностью, относительно низкой стоимостью.

Читайте так же:
Счетчики посещений для форума

Счетчики могут применяться в качестве счетчиков каких-либо изделий на производстве, в роли счетчика частиц (например, фотонов) и даже в самых обыкновенных электронных часах используются счетчики.

Счетчиком называется устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поданных на вход. Число разрешенных состояний счетчика называют его модулем или коэффициентом счета Ксч.

Используется множество различных вариантов счетчиков: асинхронный и синхронный; двоичные и десятичные; однонаправленные (с увеличением счета) и двунаправленные (с увеличением или уменьшением счета), называемые реверсивными, с постоянным или переключаемым коэффициентом деления. Основа любого счетчика является линейка из нескольких триггеров. Между триггерами могут быть введены дополнительные обратные связи, позволяющие получить любой коэффициент деления, а не только равный 2n. Например, счетчик, состоящий из четырех триггеров, может иметь максимальный коэффициент деления 24=16.

Для четырехтриггерного счетчика минимальный выходной код — 0000, максимальный — 1111, а при коэффициенте деления КД=10 выходной счет останавливается при коде 1001=9.

Следовательно, удобно выпускать четырехтригерные счетчики в двух вариантах: двоичном и десятичном. Расширить функции счетчиков можно, видоизменяя их цепи управления и вводя дополнительные связи между триггерами.

Основными временными характеристиками счетчиков являются максимальная частота поступления счетных импульсов fсч и время перехода из одного состояния в другое.

По характеру операций счета счетчики делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные. В зависимости от основания системы счисления, в которой осуществляется счет, они могут быть двоичными, двоично-десятичными, двоично-пятеричными и т.д. По схемным признакам счетчики могут быть асинхронными и синхронными.

В асинхронных счетчиках на тактирующие входы синхронных триггеров или на информационные входы асинхронных триггеров информация поступает с выходов соседних триггеров, поэтому триггеры в таких схемах срабатывают не одновременно, а последовательно, друг за другом. В синхронных счетчиках все триггеры переключаются одновременно под действием общего синхронизирующего сигнала, поступающие на тактирующие входы всех триггеров одновременно.

По способу организации цепей переноса они делятся на схемы с последовательным, параллельным и групповым переносом.

В счетчиках с последовательным переносом перенос в соседний старший разряд формируется только после переключения триггера в предыдущем разряде. Их быстродействие определяется суммой времен установления (задержки) триггеров всех разрядов.

В счетчиках с параллельным переносом аргументами функций переносов для каждого разряда являются только сигналы на выходах триггеров соответствующих сигналов, причем переносы для всех разрядов счетчика формируются одновременно. Их быстродействие определяется временем установки одного триггера и одной комбинационной схемы независимо от числа разрядов счетчика.

Цепи сквозного переноса организуются таким образом, чтобы функция переноса i-го разряда счетчика являлась аргументом функции переноса (i+1)-го разряда. В этом случае сигналы переносов для каждого разряда формируются поочередно, начиная с младших разрядов счетчика. Счетчики со сквозным переносом требуют меньшего числа логических элементов для организации цепей переноса, но уступают счетчикам с параллельным переносом в быстродействии. Их быстродействие определяется в худшем случае переключением n логических схем в цепях сквозного переноса и одного триггера (n — число разрядов счетчика).

Читайте так же:
Бесплатный счетчик для muse

Если счет выполняется в канонической двоичной системе счисления (в однородной позиционной двоичной системе счисления с естественным порядком весов), то такой счетчик называют с естественным порядком счета. Коэффициент счета при этом может быть Ксч≤2n, но независимо от его значения счет выполняется от 0 до Ксч.

Если счет выполняется в неканонических системах (например, символических, с искусственным порядком весов и т.д.), то порядок счета считается искусственным (произвольным).

В счетчиках Ксч ≠2n и произвольным порядком счета наиболее часто применяются схемы с принудительным насчетом и с начальной установкой.

Счетчики, выполненные в виде отдельных функциональных узлов, имеются в составе многих серий микросхем. Номенклатуру счетчиков отличает большое многообразие. Многие из них обладают универсальными свойствами и позволяют управлять коэффициентом и направлением счета, вводить до начала цикла исходное число, прекращать по команде счет, наращивать число разрядов и т.п.

В ряде случаев, однако, может возникнуть необходимость в счетчике с нетиповыми характеристиками. Такие счетчики синтезируются из отдельных триггеров и логических элементов.

Простейший двоичный счетчик может быть реализован путем последовательного соединения счетных Т-триггеров (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 — Двоичный суммирующий счетчик с последовательным переносом

При построении временных диаграмм учитывалось, что каждый триггер изменяет свое состояние по спадающему фронту «1-0» на своем синхровходе. Логические уровни на выходах триггеров соответствуют двоичным числам, которые возрастают с приходом каждого входного импульса. Это объясняет название: «суммирующий двоичный счетчик».

Из временных диаграмм следует, что частота на выходе каждого триггера уменьшается в два раза. Поэтому двоичные счетчики называют также делителями частоты. Общий коэффициент деления равен:

,

где: n — количество последовательно включенных триггеров.

На основе Т-триггеров можно построить вычитающий двоичный счетчик, если на вход следующего триггера подавать сигналы с инверсного выхода предыдущего триггера. Вычитающий двоичный счетчик можно реализовать также по схеме на рис.1.2, если использовать Т-триггеры, управляемые восходящим фронтом «0-1».

Рисунок 1.2-Вычитающий двоичный счетчик с последовательным переносом

Логические уровни на выходах триггеров (см. временные диаграммы на рис.1.3) соответствуют двоичным числам, которые уменьшаются с приходом каждого входного импульса. Из нулевого состояния счетчик переходит — в максимальное (для четырехразрядного счетчика — это код 15).

На рис. 1.4 приведен фрагмент реверсивного счетчика. Этот счетчик может работать как суммирующий при подаче на управляющий вход «D/

U» низкого логического уровня или как вычитающий, если подать на управляющий вход высокий логический уровень.

Читайте так же:
Оплата установки счетчика мосэнергосбыт

Рисунок 1.3 — Временные диаграммы двоичного вычитающего счетчика

Переключение режимов реверсивного счетчика осуществляется мультиплексорами «2 на 1».

В большинстве случаев счетчики имеют цепи установки всех триггеров в исходное состояние.

Рисунок 1.4-Реверсивный двоичный счетчик с последовательным переносом

Общим недостатком всех счетчиков с последовательным переносом (в литературе встречается также название «асинхронные счетчики») являются большие и неравномерные задержки распространения входного сигнала до всех выходов триггеров. Особенно большие задержки распространения сигнала заметны на выходе последнего триггера.

Если выходные логические уровни триггеров подать на входы дешифратора, то на выходах дешифратора будут заметны «ложные импульсы» (за счет эффекта гонок) длительностью до 12*tз и более.

Для выравнивания временных задержек всех триггеров применяют счетчики с параллельным переносом (рис.1.5), которые называются также «синхронными счетчиками», потому что входной сигнал С подают параллельно на синхровходы всех триггеров.

Рисунок 1.5-Двоичный суммирующий счетчик с параллельным переносом

Синхронный счетчик реализован на J-K-триггерах, имеющих по три входа J и три входа К, объединенных логической операцией конъюнкции.

Временные диаграммы этого счетчика такие же, как на рис.1.3. Первый триггер работает в счетном режиме. Для этого на его входы J и K постоянно поданы уровни логической «1».

Второй триггер изменяет (инвертирует) свое состояние по фронту «1-0» входного сигнала только при единичном уровне на выходе Q1.

Третий триггер изменяет свое состояние по фронту «1-0» входного сигнала С только при единичных уровнях на выходах первого и второго триггера. Четвертый триггер изменяет свое состояние, когда три первых триггера находятся в единичном состоянии. Поэтому на входы J, K последнего триггера поданы выходные сигналы первых трех триггеров.

Все триггеры могут изменять свои состояния только одновременно по фронту «1-0» входного сигнала. Поэтому задержки распространения сигналов на всех выходах будут примерно равны (если не считать технологический разброс параметров триггеров). Такой счетчик обладает минимальными задержками распространения сигналов от входа С ко всем выходам и поэтому — максимальным быстродействием.

Лучшие статьи по информатике

Применение цифровых фотокамер для осуществления регулярной видеосъемки в образовательных учреждениях
цифровая фотокамера видеосъёмка Современная жизнь диктует новые требования к качеству изобразительного контента. Если в 1980-90 е года черно-белая картинка с .

Разработка устройства для измерения радиационного излучения
Ионизирующее излучение, часто называемое радиоактивным излучением, ― это естественное явление, всегда присутствующее в окружающей нас природной .

Проектирование системы атмосферной оптической связи
В настоящее время на мировом рынке САОС прочно заняли определенную нишу, так как эта технология является вполне достойным конкурентом стационарной радиосвя .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию