Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Б3В Принципы построения счетчиков, суммирующие и вычитающие счетчики, логическая структура, параметры

Б3В Принципы построения счетчиков, суммирующие и вычитающие счетчики, логическая структура, параметры

Понятие «счётчик» является очень широким. К счётчикам относят автоматы, которые под действием входных импульсов переходят из одного состояния в другое, фиксируя тем самым число поступивших на их вход импульсов в том или ином коде. Специфичной для счётчиков операцией является изменение их содержимого на единицу (может быть и условную). Прибавление такой единицы соответствует операции инкрементации, вычитание – операции декрементации. Обычно счётчиками выполняются также и другие операции – сброс, установка, параллельная загрузка и др. Счётчик характеризуется модулем счёта М (ёмкостью). Модуль определяет число возможных состояний счётчика. После поступления на счётчик М входных сигналов начинается новый цикл, повторяющий предыдущий. По направлению счёта счётчики делятся на суммирующие(прямого счёта), вычитающие (обратного счёта) и реверсивные (с изменением направления счёта). По принадлежности к тому или иному классу автоматов говорят о синхронных или асинхронных счётчиках. Простейший суммирующий асинхронный счётчик Счётчик представляет собой несколько последовательно включенных счётных триггеров. Напомним, что по каждому входному импульсу счётный триггер изменяет своё состояние на противоположное.

Рис. 1. Простой асинхронный суммирующий счётчик Если вход синхроимпульса триггера отмечен как «», то опрокидывание триггера происходит по заднему фронту, если как «/» — то по переднему. Рис. 2. Временная диаграмма работы суммирующего асинхронного счётчика Пусть первоначальное состояние всех триггеров счётчика будет нулевым. Это состояние мы видим на временных диаграммах. После поступления на вход счётчика тактового импульса (который воспринимается по заднему фронту) первый триггер изменяет своё состояние на противоположное, то есть единицу. 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. Если информацию снимать с инверсных выходов триггеров, то получится вычитающий счётчик. Простейший вычитающий асинхронный счётчик

Рассмотрим схему счётчика на триггерах, опрокидывающихся по переднему фронту входных импульсов рис. 3.
Рис. 3. Вычитающий счётчик

Рис. 4. Временная диаграмма работы вычитающего асинхронного счётчика Полученные структуры относятся к асинхронным счётчикам, т.к. в них каждый триггер переключается выходным сигналом предыдущего, и эти переключения происходят не одновременно. Переключение одного триггера за другим есть не что иное, как распространение переноса по разрядам числа при изменении содержимого счётчика. В худшем случае перенос распространяется по всей разрядной сетке от младшего разряда к старшему, т.е. для установления нового состояния должны переключиться последовательно все триггеры. Отсюда видно, что время установления кода в асинхронном счётчике составит величину tуст<=ntT. Другим названием асинхронного счётчика является название «последовательного счётчика». Синхронные (или параллельные) счетчики представляют собой наиболее быстродействующую разновидность счетчиков. Наращивание их разрядности при соблюдении определенных условий не приводит к увеличению полной задержки срабатывания. То есть можно считать, что именно синхронные счетчики работают как идеальные счетчики, все разряды которых срабатывают одновременно, параллельно. Задержка срабатывания счетчика в этом случае примерно равна задержке срабатывания одного триггера. Достигается такое быстродействие существенным усложнением внутренней структуры микросхемы. Вместе с тем недостатком синхронных счетчиков является более сложное управление их работой по сравнению с асинхронными счетчиками и с синхронными счетчиками с асинхронным переносом. Поэтому синхронные счетчики целесообразно применять только в тех случаях, когда действительно требуется очень высокое быстродействие, очень высокая скорость переключения разрядов. Иначе усложнение схемы управления может быть не оправдано. Время установления таких счётчиком не зависит от разрядности nи равно tуст. = tk + tТР, где tk – задержка конъюнктора.

Рис. 3.45. Схема параллельного счётчика прямого счёта С ростом числа разрядов реализация параллельных счётчиков затрудняется – требуются вентили с большим числом входов, растёт нагрузка на выходы триггеров.

Цифровые устройства и микропроцессоры: Учебное пособие , страница 35

Счетчик – это узел ЭВМ, предназначенный для подсчета числа входных сигналов. Счетчик выполняет микрооперацию счет Сч =Сч 1.

Счетчики характеризуются рядом параметров:

1) Модуль счета — М. Это число устойчивых состояний счетчика. Если М кратно 2, где n-число разрядов (триггеров), то счётчик называется двоичный. Иначе — счётчик с произвольным модулем (основанием) счёта.

2) Емкость — Е. Это максимальное число, которое может быть записано в счетчик E = M – 1.

3) Быстродействие или скорость перехода из состояния 11. 111 в состояние 00. 000 или наоборот.

Счетчики классифицируют по таким признакам:

1) По направлению счета (суммирующие, вычитающие и реверсивные).

Читайте так же:
Счетчик наработки времени авв

2) По способу построения цепи переноса (c последовательным переносом, с параллельным переносом и комбинированные).

3) По способу опрокидывания триггеров (асинхронные и синхронные).

Простейший суммирующий асинхронный двоичный счетчик строится на Т – триггерах. Например, трёхразрядный счётчик (рис, 5.22).

Рисунок 5.22 – Простейший суммирующий счётчик

Диаграмма его работы приведена на рис. 5.23. Из неё видно, что если двоичное число читать снизу вверх, то это число увеличивается на единицу с приходом очередного сигнала на вход Т. Модуль счёта М = 8, а емкость Е = 7. Если информацию снимать с инверсных выходов триггеров, то мы получаем вычитающий счетчик.

Рисунок 5.23 – Диаграмма работы счётчика

Составим схему такого же счетчика, но на триггерах с прямым типом управления (рис. 5.24):

Рисунок 5.24 – Простейший вычитающий счётчик

Здесь триггеры опрокидываются по переднему фронту входного сигнала, поэтому диаграмма работы будет следующая (рис. 5.25).

Получили вычитающий счетчик. Если выходные сигналы снимать с инверсных выходов триггеров, то будет суммирующий счетчик.

Это счетчик с так называемым последовательным переносом, так как перенос распространяется последовательно от разряда к разряду.

Рисунок 5.25 – Диаграмма работы

Быстродействие такого счётчика определяется временем опрокидывания всех разрядов (рис. 5.26) и примерно равно произведению времени срабатывания одного триггера (tср) и числа разрядов (n).

Рисунок 5.26 – Опрокидывание всех разрядов счётчика

Асинхронные счетчики с последовательным переносом имеют низкое быстродействие, поэтому чаще используют синхронные счетчики.

Трёхразрядный синхронный суммирующий счетчик (рис. 5. 27).

Счётчик строится на синхронных Т — триггерах. Счётные импульсы поступаютна вход С. Все триггеры опрокидываются одновременно, по сигналу С.

Рисунок 5.27 – Синхронный счётчик

Здесь t опр t ср – время опрокидывания счётчика не зависит от количества разрядов, но по сути этот счетчик остается счетчиком с последовательным переносом.

Несколько большими возможностями обладают счетчики с параллельным переносом. Трёхразрядный счетчик с параллельным переносом (рис. 5.28).

Рисунок 5.28 – Синхронный счётчик с параллельным переносом

Здесь, когда сигнал Т = 1, то выполняется счет, когда Т=0, на выходах всех конъюнкторов будут нули и все триггеры счетчика будут находится в режиме хранения информации, то есть сигнал Т — это сигнал микрооперации счета:

Быстродействие t опр = t ср.

Счетчик хороший, но с увеличением числа разрядов, возрастает сложность конъюнкторов, поэтому многоразрядный счетчик разбивают на группы по 4 или 8 разрядов. Внутри группы делают параллельный или последовательный перенос, а между группами параллельный. Такой счетчик называется счетчиком с групповым переносом. На операционных схемах счетчик обозначают следующим образом (рис.5.29):

Счетчики со сквозным переносом

Одной из разновидностей синхронных счетчиков являются счетчики со сквозным переносом. Эти счетчики имеют более высокое быстродействие в сравнении со счетчиками с последовательным переносом, что в не последнюю очередь зависит от реализованного в них принципа передачи информации.

На рис. 10.18 приведена схема четырехразрядного двоичного суммирующего счетчика, в котором цепи переноса организованы по принципу сквозной передачи информации. При этом рассматриваемая схема работает следующим образом. Счетные импульсы поступают на тактовые входы Свсех триггеров счетчика одновременно, а сигналы сквозного переноса формируются, начиная с его младших разрядов, и поступают на Т входы триггеров более старших разрядов, выполняя при этом функции сигналов разрешения счетауказанными разрядами.

Первые два младших разряда схемы рис. 10.18 построены на триггерах ТТ1, ТТ2аналогично построению 2- разрядной схемы рис. 10.15 и, таким образом, алгоритм их работы совпадает с описанным выше алгоритмом работы указанной схемы. Формирование сигналов переноса в старшие разряды счетчика рис. 10.18 осуществляется как конъюнкция сигналов переноса соответствующего младшего разряда и состояния триггера. В частности, сигнал Т3 переноса в третий разряд счетчика поступает на триггер ТТЗчерез логический элемент И ( Y 1 )в том случае, когда на выходах триггеров младших разрядов ТТ1 и ТТ2формируются «единичные» сигналы Qo = T 2 =1 и Q 1 =1. Аналогично этому сигнал Т4переноса в четвертый разряд счетчика реализуется логическим элементом И ( Y 2 )при формировании «единичных» сигналов во всех предшествующих разрядах счетчика Q = T 2 =1; Q 1 = T 3 =1; Q 2 =1. Таким образом, для сигналов переноса Т3 и Т4 имеем:

48

В общем случае в счетчиках со сквозным переносом передача информации организуется таким образом, чтобы сигнал переноса j-го разряда определял перенос ( f +1)-го разряда.

При этом сигналы переноса формируются начиная с младших разрядов счетчика, а наращивание его разрядности осуществляется подключением необходимого количества триггеров с организацией цепей переноса в соответствии с (10.39). К примеру, в схеме рис. 10.18 для добавления пятого разряда достаточно Т-вход дополнительного (пятого) триггера соединить с выходом Т5логического элемента Y 3, а входы Си Rпятого триггера подключить к шинам тактирования и начальной установки счетчика соответственно.

Читайте так же:
Счетчики посетителей для блогов

Рекуррентное соотношение (10.39) при его после­довательном раскрытии дает цепочку равенств (10.40), которые удобно использовать при построении счетчиков со сквозным переносом на любое число разрядов.

Быстродействие счетчика со сквозным переносом может быть оценено по его времени задержки распространения сигналов, рассчитанному по формуле (10.41).

49

где n — число разрядов счетчика; ТП время переключения одного триггера счетчика; T Л— задержка распространения сигналов в логическом элементе цепи сквозного переноса; Т заданная минимальная длительность каждого состояния счетчика.

Для построения вычитающего счетчика со сквозным переносом необходимо поменять направление передачи информации, реализуемое в процессе счета. При этом достаточно перейти к передаче сигналов переноса с инверсных выходов триггеров счетчика, вместо их передачи с прямых выходов, что имело место при построении суммирующих счетчиков. В остальном принцип организации цепей сквозного переноса вычитающего счетчика остается таким же, как и в случае построения суммирующих счетчиков.

На рис. 10.19(a) приведена схема 4 разрядного двоичного вычитающего счетчика со сквозным переносом, а временные диаграммы рис. 10.19(б) иллюстрируют его работу. Формирование сигналов переносаTj +1 в ( j +1)-ый разряд вычитающего счетчика описывается рекуррентным логическим уравнением.

Tj +1 = T 1 j -1 (10.42)

где Tj = 1 • • • • • j -2

В схеме рис. 10.19(a) в соответствии с уравнением (10.42) логический элемент Y 1реализует сигнал переноса T3= T 2 1 = o 1а сигнал переноса Т4 = Т3 Q 2 = Q Q 1 • Q 2, формирует логический элемент Y 2. Наращивание разрядности вычитающих счетчиков осуществляют аналогично описанному выше для суммирующих счетчиков.

Рис. 10.19. Вычитающий счетчик числа импульсов со сквозным переносом (а) и временные диаграммы его работы (б).

Одометр, курвиметр и дорожное колесо

Одометр (от древнегреческого odos — дорога, metron — мера) — прибор для точного определения пройденного расстояния. Этот прибор есть в каждом автомобиле, а использовать его начали еще до нашей эры. На приборной панели автомобиля одометр выводит информацию о пройденном пути с момента схода автомобиля с конвейера. Кроме этого, с его помощью можно узнать расстояние от одного пункта до другого. Одометр можно установить даже на велосипед.

Термин «одометр» прочно закрепился за измерителями пройденного пути, установленных на транспортных средствах.

Одометр, курвиметр и дорожное колесо

Автомобильная приборная панель с цифровым одометром

Одометр, курвиметр и дорожное колесо

Велокомпьютер с цифровым одометром (ODO – сокращение от англ. odometer)

Для ручных одометров, используемых для измерения кривых линий на картах или на строительном участке, используют другие термины.

Курвиметром (с греческого curvus – изогнутый, metron — мера) называют устройство для измерения длины кривых линий на карте или схеме. Первые курвиметры для работы с картами начали использовать топографы, моряки и военные в конце 19 века. С помощью курвиметра можно определить длину извилистой реки или дороги, просчитать длину туристического маршрута от одной точки до другой.

Одометр, курвиметр и дорожное колесо

Курвиметры

Механический курвиметр состоит из циферблата со шкалой (может быть несколько шкал, например, для пересчета сантиметров в километры или дюймов в мили), стрелки, колесика, корпуса и ручки. Если прижать колесико к карте и вести им по нужной линии, стрелка покажет пройденный путь в сантиметрах. Если масштаб карты 1: 50 000, то останется только умножить это число на 50 000 и получим длину линии в сантиметрах. Например, 2 см на циферблате в этом масштабе дадут длину пути в 100 000 см, или 1000 метров.

Дорожное колесо, он же дорожный курвиметр (реже — мерное колесо) – ручной прибор для измерения расстояния на местности. Это устройство по сравнению с картографическим курвиметром имеет огромное колесо с длиной окружности в 1 метр.

Одометр, курвиметр и дорожное колесо

Дорожный курвиметр (дорожное колесо)

Дорожное колесо состоит из длинной ручки (как правило, телескопической), колеса с длиной окружности 1 метр и счетчика или электронного дисплея. Механический счетчик имеет несколько колесиков. Первое колесико счетчика обычно показывает дециметры (десятки сантиметров). Далее идут колесики с метрами, десятками метров и сотнями метров.

История

В трудах древнеримских писателей Страбона и Плиния Старшего можно найти упоминание о расстояниях, которое преодолевало войско Александра Македонского (336 — 323 года царствования до н.э.) при покорении новых земель. Причем упоминаемые маршруты оказались очень точными. Скорее всего, в эти далекие от нас времена уже использовали специальные приборы, которые позволяли с небольшой погрешностью измерять пройденный путь. По некоторым источникам первое упоминание механического одометра принадлежит древнегреческому ученому Архимеду (287—212 годы жизни до н. э.).

Одометр Герона Александрийского. В труде «О диоптре» во второй половине I века нашей эры греческий математик и механик Герон Александрийский дал детальное описание устройства одометра.

Читайте так же:
Для чего нужен код счетчика

Одометр, курвиметр и дорожное колесо

Герон Александрийский и эолипил (паровая турбина)

Напомним, что этот выдающийся инженер изобрел прибор для определения направления на объект (диоптр), автоматические двери, автоматический театр кукол, самозарядный арбалет, паровую турбину (эолипил Герона). В трехтомном трактате «Механика» Герон Александрийский описал пять видов простейших механизмов: рычаг, клин, винт, ворот и блок. Герон вывел «золотое правило механики», согласно которому выигрыш в силе при использовании простых механизмов сопровождается потерей в расстоянии. В оптике сформулировал законы отражения света и принцип прямолинейного движения света, в математике – способы измерения математических фигур.

Одометр, курвиметр и дорожное колесо

Реконструкция одометра Герона Александрийского

Одометр Герона Александрийского представляет собой тележку на двух колесах. Длина окружности колеса такова, что за 400 оборотов тележка проезжала римскую милю (1 римская миля или миллиатрий = 1598 м). В коробочке помещались несколько червячных передач. Сверху на диске помещались камешки, которые при обороте колеса на нужный угол падали в ящик. Подсчитав количество камней можно было узнать, какое расстояние прошла тележка.

Одометр Леонардо да Винчи (1452 — 1519) – широко известная конструкция дорожного колеса итальянского средневекового художника, скульптора, архитектора, писателя, музыканта, изобретателя и ученого. Напомним, что кисти знаменитого итальянца принадлежат картины «Мона Лиза», «Тайная вечеря» и «Витрувианский человек». Леонардо да Винчи изобрел колесцовый замок (оригинальное устройство для высекания искры в пистолете), впервые предложил схему телескопа с двумя линзами, много занимался темой летательных аппаратов, но в этом деле не добился успеха. Его рисунки в области анатомии человеческого тела намного обогнали свое время.

Леонардо да Винчи в устройстве одометра заимствовал идеи у своих предшественников — древнеримского архитектора и инженера Ветрувия и Герона Александрийского. Как и в конструкции Герона в этом приборе используются камешки для подсчета расстояния.

На верхнем рисунке мы видим два разных одометра Леонардо да Винчи. В первом случае изображена двухколесная тачка, во втором – одноколесная. Легкая одноколесная тачка подошла бы для измерения расстояния человеком, а устойчивая двухколесная – в качестве прицепа для лошадиной повозки.

С помощью многоступенчатой зубчатой передачи вращение от ведущей оси передается на горизонтальное колесо для счета. Двухколесная тачка, кстати, на ведущей оси имеет червячную передачу. В горизонтально расположенном колесе для счета имеются лунки, в которые кладут камешки.

Длина окружности колеса тачки – 1.5 метра. Каждые 6 метров (3 оборота) лунка на колесе для счета совпадает с отверстием, и камешек падает в корзину. 48 камней * 6 метров = 288 метров – такую дистанцию можно измерить без «перезарядки» инструмента.

Видео:

Вопросы:

1. От каких слов происходят термины «одометр» и «курвиметр»?

2. Какая механическая передача использовалась в одометре Герона Александрийского?

3. С помощью каких предметов в одометре Герона и Леонардо ла Винчи происходил подсчет пройденного расстояния?

4. Какая длина окружности колеса обычно используется в дорожном курвиметре?

5. Петя измерил длину туристического маршрута на карте масштабом 1:100 000 и получил 10 сантиметров на курвиметре. Какова истинная длина пути, которую должны пройти туристы?

Эксперименты. Счетчики

1. Изучение структуры и исследование работы суммирующих и вычитающих счетчиков.

2. Изучение способов изменения коэффициента пересчета счетчиков.

3. Исследование работы счетчиков с коэффициентом пересчета, отличным от 2".

Electronics Workbench V 5.12

Краткие сведения из теории

1. Счетчики. Счетчик — устройство для подсчета числа входных импульсов. Число, представляемое состоянием его выходов по фронту каждого входного импульса, изменяется на единицу. Счетчик можно реализовать на нескольких триггерах. В суммирующих счетчиках каждый входной импульс увеличивает число на его выходе на единицу, в вычитающих счетчиках каждый входной импульс уменьшает это число на единицу. Наиболее простые счетчики — двоичные. На. рис. 14.18 представлен суммирующий двоичный счетчик и диаграммы его работы. 2. Изменение направления счета. Как уже говорилось ранее, счетчики можно реализовать на триггерах. При этом триггеры соединяют последовательно. Выход каждого триггера непосредственно действует на тактовый вход следующего. Для того, чтобы реализовать суммирующий счетчик, необходимо счетный вход очередного триггера подключать к инверсному выходу предыдущего. Для того, чтобы изменить направление счета (реализовать вычитающий счетчик), можно предложить следующие способы: а). Считывать выходные сигналы счетчика не с прямых, а с инверсных выходов триггеров. Число, образуемое состоянием инверсных выходов триггеров счетчика, связано с числом,

Electronics Workbench V 5.12

образованным состоянием прямых выходов триггеров следующим соотношением:

Electronics Workbench V 5.12

где n — разрядность выхода счетчика. В таблице 14.11 приведен пример связи числа на прямых выходах с числом на инверсных выходах триггеров счетчика. б). Изменить структуру связей в счетчике: подавать на счетный вход следующего триггера сигнал не с инверсного, а с прямого выхода предыдущего, как показано на рис. 14.19. В этом случае изменяется последовательность переключения триггеров. Таблица 14,11

Читайте так же:
Поверка счетчиков отменена постановление

Изменение коэффициента пересчета. ‘ 3. Счетчики характеризуются числом состояний в течение одного периода (цикла). Для схем на рис. 14.18 и 14.19 цикл содержит N = 23 = 8 состояний (от 000 до 111). Часто число состояний называют коэффициентом пересчета Ксч, который равен отношению числа импульсов Nc на входе к числу импульсов NQСT на выходе старшего разряда за период:

Electronics Workbench V 5.12

Если на вход счетчика подавать периодическую последовательность импульсов с частотой fc, то частота fq на выходе старшего разряда счетчика будет меньше в Ксч раз: Ксч =Fс/FQ. Поэтому счетчики также называют делителями частоты, а величину Ксч — коэффициентом деления. Для увеличения величины Ксч приходится увеличивать число триггеров в цепочке. Каждый дополнительный триггер удваивает число состояний счетчика и число Ксч. Для уменьшения коэффициента Ксч можно в качестве выхода счетчика рассма-

Electronics Workbench V 5.12

тривать выходы триггеров промежуточных каскадов. Например, для счетчика на трех триггерах Ксч = 8, если взять выход 2-го триггера, то Ксч = 4. При этом Ксч является целой степенью числа 2: 2, 4, 8, 16 и т. д. Можно реализовать счетчик, для которого Ксч

любое целое число. Например, для счетчика на трех триггерах можно сделать Ксч от 2 до 7, но при этом один или два триггера могут быть лишними. При использовании всех трех триггеров можно получить Ксч = 5. 7: 22 < Ксч <23. Счетчик с Ксч ^ должен иметь 5 состояний, которые в простейшем случае образуют последовательность: <О, 1, 2, 3, 4>. Циклическое повторение этой последовательности означает, что коэффициент деления счетчика равен 5. Для построения суммирующего счетчика с Ксч =5 надо, чтобы после формирования последнего числа из последовательности <О, 1, 2, 3, 4>счетчик переходил не к числу 5, а к числу 0. В двоичном коде это означает, что от числа 100 нужно перейти к числу 000, а не 101. Изменение естественного порядка счета возможно при введении дополнительных связей между триггерами счетчика. Можно воспользоваться следующим способом: как только счетчик попадает в нерабочее состояние (в данном случае 101), этот факт должен быть опознан и повлечь последующую выработку сигнала, который перевел бы счетчик в состояние 000. Рассмотрим этот способ более детально. Факт попадания счетчика в нерабочее состояние описывается логическим уравнением:

Electronics Workbench V 5.12

Состояния 110 и 111 также являются нерабочими и поэтому учтены при составлении уравнения. Если на выходе эквивалентной логической схемы F = 0, значит счетчик находится в одном из рабочих состояний: Ovlv2v3v4. Как только он попадает в одно из нерабочих состояний 5v6v7, формируется сигнал F = 1. Появление сигнала F = 1 должно переводить счетчик в начальное состояние 000, следовательно, этот сигнал нужно использовать для воздействия на установочные входы триггеров счетчика, которые осуществляли бы сброс счетчика в состояние Q1 = Q2 = Q3 = 0. При реализации счетчика на триггерах со входами установки логическим нулем для сброса триггеров требуется подать на входы сброса сигнал R=0. Для обнаружения факта попадания в нерабочее состояние используем схему, реализующую функцию F и выполненную на элементах И-НЕ. Для этого преобразуем выражение для функции:

Electronics Workbench V 5.12

Соответствующая схемная реализация приведена на рис. 14.20.

Electronics Workbench V 5.12

Счетчик будет работать следующим образом: при счете от 0 до 4 все происходит как в обычном суммирующем счетчике с Кдч=8. Установочные сигналы равны 1 и естественному порядку счета не препятствуют. Счет происходит по положительному фронту импульса на счетном входе С. В тот момент, когда счетчик находится в состоянии 4 (100), следующий тактовый импульс сначала переводит счетчик в состояние 5 (101), что немедленно (задолго до прихода следующего тактового импульса) приводит к формированию сигнала сброса, который поступает на установочные входы сброса триггеров. В результате счетчик сбрасывается в 0 и ждет прихода следующего тактового импульса на счетный вход. Один цикл счета закончился, счетчик готов к началу следующего цикла. Применяя такие схемы с обратной связью для сброса счетчика, нужно иметь в виду, что операция сброса занимает конечное время, поэтому непосредственно перед сбросом счетчика в 0 на выходе первого триггера появляются кратковременные импульсы, или "иголки". Это не имеет значения при подключении счетчика напрямую к индикатору, но при использовании этого выхода счетчика в качестве источника тактовых импульсов могут возникнуть определенные проблемы. Схема, в которой это явление устранено, приведена на рис. 14.21. Важным отличием является то, что схема обнаруживает не факт попадания в нерабочее состояние 101, а факт попадания в состояние 100 и в следующем такте вырабатывает сигнал сброса.

Electronics Workbench V 5.12

Порядок проведения экспериментов Эксперимент 1. Исследование суммирующего счетчика.

Откройте файл с14_06 со схемой, изображенной на рис. 14.22. Включите схему. Подавая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа С и наблюдая состояние выходов счетчика при помощи логических пробников, составьте временные диаграммы работы суммирующего счетчика. Определите коэффициент пересчета счетчика. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов". Обратите внимание на числа, формируемые состояниями инверсных выходов счетчика.

Читайте так же:
Счетчик ультразвуковой фланец 50

Electronics Workbench V 5.12

Эксперимент 2. Исследование вычитающего счетчика.

а). Откройте файл с14_07 со схемой, изображенной на рис. 14.23. Включите схему. Зарисуйте временные диаграммы работы вычитающего счетчика в раздел "Результаты экспериментов". б). В схеме на рис. 14. 23 входы логического анализатора подключите к инверсным входам триггеров. Включите схему. Зарисуйте полученные временные диаграммы в раздел "Результаты экспериментов" и сравните их с диаграммами, полученными в эксперименте 1.

Electronics Workbench V 5.12

Эксперимент 3. Исследование счетчика с измененным коэффициентом пересчета.

а). Откройте файл с14_08 со схемой, изображенной на рис. 14.24. Включите схему. Подавая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа С и наблюдая состояние выходов счетчика при помощи логических пробников, составьте временные диаграммы работы счетчика и определите коэффициент пересчета. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов".

Electronics Workbench V 5.12

б). Измените структуру комбинационной части счетчика в соответствии со схемой на рис. 14.20. Подавая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа С и наблюдая состояние выходов счетчика при помощи логических пробников, составьте временные диаграммы работы счетчика на 5. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов". Эксперимент 4. Исследование регистра Джонсона. Откройте файл с14_09 со схемой, изображенной на рис. 14.25. Счетное устройство, приведенное на рисунке, получило название регистра Джонсона или регистра с перекрестными связями. Включите схему. Постройте временные диаграммы сигналов на выходах триггеров. Определите коэффициент пересчета регистра Джонсона. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов".

Electronics Workbench V 5.12

Эксперимент 5. Исследование регистра Джонсона, реализованного на JK-триггерах.

а). Откройте файл с14_10 со схемой, изображенной на рис. 14.26. Установите ключ S в верхнее положение (на вход S второго триггера подается сигнал логической единицы). Включите схему. Постройте временные диаграммы работы схемы и занесите их в раздел "Результаты экспериментов". Сравните полученные диаграммы с результатами эксперимента 4. б). Установите схему в состояние 000. Подайте при помощи ключа S кратковременный импульс на вход S второго триггера. При этом схема должна установиться в состояние 010. Подавая на вход С схемы тактовые импульсы при помощи соответствующего ключа и наблюдая состояние выходов схемы при помощи логических пробников, составьте временные диаграммы работы устройства. Определите коэффициент пересчета схемы. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов".

Electronics Workbench V 5.12

Electronics Workbench V 5.12Указание. Вернуть схему в прежнее состояние можно подачей кратковременного импульса на вход S второго триггера в момент, когда схема находится в состоянии 101.

Эксперимент 1. Исследование суммирующего счетчика. Временные диаграммы.

Electronics Workbench V 5.12

Эксперимент 2. Исследование вычитающего счетчика. а). Временные диаграммы.

Electronics Workbench V 5.12

б). Временные диаграммы.

Electronics Workbench V 5.12

Эксперимент 3. Исследование счетчика с измененным коэффициентом пересчета. а). Временные диаграммы.

Electronics Workbench V 5.12

б). Временные диаграммы.

Electronics Workbench V 5.12

Эксперимент 4. Исследование регистра Джонсона. Временные диаграммы.

Electronics Workbench V 5.12

Эксперимент 5. Исследование регистра Джонсона, реализованного на JK-триггерах. а). Временные диаграммы.

Electronics Workbench V 5.12

б). Временные диаграммы.

Electronics Workbench V 5.12

1. Почему при подключении счетных входов триггеров к инверсным выходам предыдущих каскадов счетчик на D-триггерах работает как суммирующий, а при подключении к прямым -как вычитающий?

2. В каком режиме будет работать счетчик на JK-триггерах при подключении счетных входов триггеров к прямым выходам предыдущих каскадов? Как изменится режим работы счетчика при подключении счетных входов триггеров к инверсным выходам?

3. Какой коэффициент пересчета имеет регистр Джонсона?

4. Какими способами можно изменить коэффициент пересчета счетчика?

5. Сколько триггеров должен содержать счетчик с коэффициентом пересчета Ксч =(3,5,7,9, 10,12,14,15,24,30>?

6. В двоичном счетчике коэффициент пересчета равен 8, число триггеров — 3. При поступлении тактовых импульсов на счетный вход счетчик изменяет своё состояние в следующей последовательности: 000-001-010-011-100-101-110-111-000. Сколько триггеров в счетчике изменяют свое состояние одновременно на каждом из переходов? Действительно ли триггеры изменяют своё состояние одновременно? Как происходит переход счетчика из состояния 111 в состояние ООО? Какой из триггеров первым изменит своё состояние? Что послужит причиной переключения второго триггера? Как развивается процесс изменения состояния триггеров при переходе счетчика из состояния 011 в состояние 100?

7. Цифровые часы в метро реализованы на основе счетчиков. Иногда можно заметить, что четное число секунд на табло часов сохраняется заметно дольше, чем нечетное (возможна и обратная закономерность). Почему это происходит?

8. Какую разрядность должен иметь счетчик, отсчитывающий секунды и десятки секунд при наличии генератора импульсов частотой 10 кГц?

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector