Azotirovanie.ru

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

Счётчики. Асинхронные счётчики

Счётчики. Асинхронные счётчики

Счетчики представляют собой более высокий, чем регистры, уровень сложности цифровых микросхем, имеющих внутреннюю память. Хотя в основе любого счетчика лежат те же самые триггеры, которые образуют и регистры, но в счетчиках триггеры соединены более сложными связями, в результате чего их функции — сложнее, и на их основе можно строить более сложные устройства, чем на регистрах. Точно так же, как и в случае регистров, внутренняя память счетчиков — оперативная, то есть ее содержимое сохраняется только до тех пор, пока включено питание схемы. С выключением питания память стирается, а при новом включении питания схемы содержимое памяти будет произвольным, случайным, зависящим только от конкретной микросхемы, то есть выходные сигналы счетчиков будут произвольными.

Работа 4-разрядного двоичного счетчика

Асинхронные счетчики строятся из простой цепочки JK-триггеров, каждый из которых работает в счетном режиме. Выходной сигнал каждого триггера служит входным сигналом для следующего триггера. Поэтому все разряды (выходы) асинхронного счетчика переключаются последовательно (отсюда название — последовательные счетчики), один за другим, начиная с младшего и кончая старшим. Каждый следующий разряд переключается с задержкой относительно предыдущего, то есть, вообще говоря, асинхронно, не одновременно с входным сигналом и с другими разрядами.

Асинхронные счетчики стандартных серий

Чем больше разрядов имеет счетчик, тем большее время ему требуется на полное переключение всех разрядов. Задержка переключения каждого разряда примерно равна задержке триггера, а полная задержка установления кода на выходе счетчика равна задержке одного разряда, умноженной на число разрядов счетчика. Легко заметить, что при периоде входного сигнала, меньшем полной задержки установления кода счетчика, правильный код на выходе счетчика просто не успеет установиться, поэтому такая ситуация не имеет смысла. Это накладывает жесткие ограничения на период (частоту) входного сигнала, причем увеличение, к примеру, вдвое количества разрядов счетчика автоматически уменьшает вдвое предельно допустимую частоту входного сигнала.

Временная диаграмма работы 4-разрядного асинхронного счетчика

Основное применение асинхронных счетчиков состоит в построении всевозможных делителей частоты, то есть устройств, выдающих выходной сигнал с частотой, в несколько раз меньшей, чем частота входного сигнала. В данном случае нас интересует не выходной код счетчика, то есть не все его разряды одновременно, а только один разряд, поэтому взаимные задержки отдельных разрядов не играют роли, полная задержка переключения счетчика не имеет значения. Простейший пример делителя частоты на два — это триггер в счетном режиме или счетчик, выходным сигналом которого является выход первого, младшего разряда 1.

При построении делителей частоты иногда важна не только частота выходного сигнала, но и его форма, его скважность, то есть отношение периода следования импульсов к длительности этих импульсов. В таких случаях чаще всего требуется меандр — цифровой сигнал со скважностью, равной двум (длительность импульсов равна длительности паузы между ними). Получить меандр из любого сигнала довольно просто: надо использовать дополнительный делитель частоты на 2, правда, при этом частота выходного сигнала уменьшится еще вдвое.

В делителе использован счетчик ИЕ2, у которого одноразрядный внутренний счетчик включен после трехразрядного внутреннего счетчика. Трехразрядный счетчик делит частоту входного сигнала на 5, но выходные импульсы имеют скважность, не равную двум (она равна 5). Одноразрядный счетчик делит частоту еще вдвое и одновременно формирует меандр. Задержки переключения разрядов счетчика относительно друг друга на рисунке не показаны (применяем первый уровень представления, логическую модель).

Делитель частоты на 10, выдающий меандр

Иногда возникает задача деления частоты входного сигнала в произвольное число раз (не в 10 и не в 2 n , что легко обеспечивается самой структурой стандартных счетчиков). В этом случае можно организовать сброс счетчика при достижении им требуемого кода путем введения обратных связей. Например, на рис. показан простейший делитель частоты на 9 на основе счетчика ИЕ5. При достижении его выходным кодом значения 9 (то есть 1001) счетчик автоматически сбрасывается в нуль по входам R1 и R2, и счет начинается снова. В результате частота выходного сигнала в 9 раз меньше частоты входного сигнала. При этом скважность выходного сигнала не равна двум. Временная диаграмма показана на рисунке для первого уровня представления (без учета временных задержек).

Делитель частоты на 9 с обратными связями

Если в числе, на которое надо делить частоту, больше двух единиц (например, 15, то есть 1111, или 13, то есть 1101), то для формирования сигнала сброса надо использовать элементы 2И, 3И или 4И, чтобы объединить все выходы, равные единице. В результате можно построить делитель входной частоты в любое число раз от 2 до 2N, где N — число разрядов используемого счетчика. Правда, при организации обратных связей надо учитывать ограничение на быстродействие счетчика. Все разряды, используемые для обратной связи, должны успеть переключиться за один период входного сигнала. Скважность выходного сигнала может принимать в данном случае самые разные значения, например, выходной сигнал может представлять собой очень короткие импульсы.

Читайте так же:
Региональные счетчики для сайта

Цифровые устройства: счетчики импульсов, шифраторы, мультиплексоры

Цифровые устройства: счетчики импульсов, шифраторы, мультиплексоры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователиСчетчик импульсов – электронное устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поданных на вход. Количество поступивших импульсов выражается в двоичной системе счисления.

Счетчики импульсов являются разновидностью регистров (счетные регистры) и строятся соответственно на триггерах и логических элементах.

Основными показателями счетчиков являются коэффициент счета К 2n — число импульсов, которое может быть сосчитано счетчиком. Например, счетчик, состоящий из четырех триггеров, может иметь максимальный коэффициент счёта 24=16. Для четырехтриггерного счетчика минимальный выходной код — 0000, максимальный -1111, а при коэффициенте счёта Кс = 10 выходной счет останавливается при коде 1001 = 9.

Счетчик импульсовНа рисунке 1, а представлена схема четырехразрядного счетчика на Т-триггерах, соединенных последовательно. Счетные импульсы подаются на счетный вход первого триггера. Счетные входы последующих триггеров связаны с выходами предыдущих триггеров.

Работу схемы иллюстрируют временные диаграммы, приведенные на рисунке 1, б. При поступлении первого счетного импульса по его спаду первый триггер переходит в состояние Q1 = 1, т.е. в счетчике записан цифровой код 0001. По окончании второго счетного импульса первый триггер переходит в состояние «0», а второй переключается в состояние «1». В счетчике записывается число 2 с кодом 0010.

Двоичный четырехразрядный счетчик: а) схема, б) условно-графическое обозначение, в) временные диаграммы работы

Рисунок 1 – Двоичный четырехразрядный счетчик: а) схема, б) условно-графическое обозначение, в) временные диаграммы работы

Из диаграммы (рис. 1, б) видно, что, например, по спаду 5-го импульса в счетчике записан код 0101, по 9-му – 1001 и т.п. По окончании 15-го импульса все разряды счетчика устанавливаются в состояние «1», а по спаду 16-го импульса все триггеры обнуляются, т. е. счетчик переходит в исходное состояние. Для принудительного обнуления счетчика имеется вход «сброс».

Коэффициент счета двоичного счетчика находят из соотношения Ксч = 2n, где n — число разрядов (триггеров) счетчика.

Подсчет числа импульсов является наиболее распространенной операцией в устройствах цифровой обработки информации.

В процессе работы двоичного счетчика частота следования импульсов на выходе каждого последующего триггера уменьшается вдвое по сравнению с частотой его входных импульсов (рис. 1, б). Поэтому счетчики применяют также в качестве делителей частоты.

Шифратор (называемый также кодером) осуществляет преобразование сигнала в цифровой код, чаще всего десятичных чисел в двоичную систему счисления.

В шифраторе имеется m входов, последовательно пронумерованных десятичным числами (0, 1,2. m — 1), и n выходов. Число входов и выходов определяются зависимостью 2n = m (рис. 2, а). Символ «CD» образован из букв, входящих в английское слове Coder.

Подача сигнала на один из входов приводит к появлению на выходах n-разрядного двоичного числа, соответствующего номеру входа. Например, при подаче импульса на 4-й вход на выходах возникает цифровой код 100 (рис. 2, а).

Для обратного преобразования двоичных чисел в небольшие по значению десятичные числа используются дешифраторы (называемые также декодерами). Входы дешифратора (рис. 2, б) предназначаются для подачи двоичных чисел, выходы последовательно нумеруются десятичными числами. При подаче на входы двоичного числа появляется сигнал на определенном выходе, номер которого соответствует входному числу. Например, при подаче кода 110, сигнал появится на 6-м выходе.

а) УГО шифратора, б) УГО дешифратора

Рисунок 2 – а) УГО шифратора, б) УГО дешифратора

Мультиплексор — устройство, в котором выход соединяется с одним из входов, в соответствии с кодом адреса. Т.о. мультиплексор представляет собой электронный переключатель или коммутатор.

Мультиплексор: а) условно-графическое обозначение, б) таблица состояний

Рисунок 3 – Мультиплексор: а) условно-графическое обозначение, б) таблица состояний

На входы А1, А2 подаётся код адреса, определяющий, какой из входов сигналов будет передан на выход устройства (рис. 3).

Для преобразования информации из цифровой формы в аналоговую применяют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) , а для обратного преобразования — аналого-цифровые преобразователи (АЦП) .

Входной сигнал ЦАП — двоичное многоразрядное число, а выходной — напряжение Uвых, формируемое на основе опорного напряжения.

Процедура аналого-цифрового преобразования (рис. 4) состоит из двух этапов: дискретизации по времени (выборки) и квантования по уровню. Процесс дискретизации состоит из измерения значений непрерывного сигнала только в дискретные моменты времени.

Читайте так же:
Счетчик при бункеровке судов

Процесс аналого-цифрового преобразования

Рисунок 4 – Процесс аналого-цифрового преобразования

Для квантования диапазон изменения входного сигнала подразделяется на равные интервалы — уровни квантования. В нашем примере их восемь, но обычно их намного больше. Операция квантования сводится к определению того интервала, в который попало дискретизированное значение и к присваиванию выходному значению цифрового кода.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Асинхронные счётчики

(В этой статье была описана работа схемы на J-K-триггерах, которая осуществляла обратный счёт двоичных чисел от 11 до 00).

Известно, что в последовательности двоичных чисел можно выявить так называемый принцип «октавы» (частота чередования единиц и нулей каждого следующего разряда в два раза меньше частоты чередования предыдущего разряда). Подобное деление частоты способны осуществлять J-K-триггеры в режиме переключения между двумя устойчивыми состояниями, что позволяет собрать счётчик из нескольких каскадно-включённых защёлок. В такой схеме главная проблема заключается в определении способа соединения J-K-триггеров, при котором переключение их состояний будет происходить в нужный момент. Посмотрите на следующую последовательность двоичных чисел, и обратите внимание на характер последовательностей, предшествующих смене 0 на 1 и наоборот:

14052.png

Обратите внимание, что каждый разряд меняет своё состояние, в тот момент когда предыдущий разряд переходит с 1 на 0. Красными стрелками обозначены точки последовательности, в которых происходит смена значения разряда, при остриё стрелки указывает на точки перехода предыдущего разряда с высокого уровня (1) на низкий (0).

14054.png

В схеме, состоящей их четырёх J-K-триггеров, необходимо определить способ соединения входов синхронизирующих сигналов для обеспечения переключения состояния триггеров в тот момент, когда состояние предыдущего триггера переходит с высокого логического уровня на низкий. Выходы Q каждой защёлки будут служить соответствующим двоичным разрядом конечного четырёхразрядного числа.

04346_show.png

Если бы мы использовали переключение по отрицательному перепаду тактового импульса (кружок на условном изображении входа синхроимпульсов), мы могли бы просто соединить вход синхроимпульсов каждого триггера с выходом Q предыдущего триггера, с тем чтобы при переходе предыдущего триггера с 1 на 0, задний фронт импульса сигнала служил бы «синхроимпульсом» для перехода следующего триггера в новое состояние:

04347_show.png

На следующем рисунке показана форма кривой выходного сигнала этой схемы при тактировании посредством генератора периодических импульсов.

14055_show.png

Первый триггер (с выходом, обозначенным как Q0), меняет своё состояние по положительному перепаду синхроимпульса, и смена устойчивого состояния происходит по переднему фронту каждого синхроимпульса. Обратите внимание, что коэффициент заполнения в этом примере составляет менее 50%. Такой пример выбран для демонстрации того, что синхронизирующий сигнал должен быть симметричным для обеспечения надёжных, «чистых» выходных битов нашей четырёхразрядной двоичной последовательности. В этой схеме сам синхроимпульс использовался в качестве одного из выходных битов. Это не лучший вариант схемы счётчика, поскольку для получения последовательности счёта, в которой каждый шаг задерживается на тот же промежуток времени необходимо использовать прямоугольный импульсный сигнал с коэффициентом заполнения 50%. Однако при использовании отдельного J-K-триггера для каждого разряда пропадает необходимость в симметричном тактовом сигнале, что позволяет нам использовать практически любой коэффициент заполнения.

Все остальные стрелки на диаграмме импульсов показывают, что каждый последующий выходной бит переключается в противоположное состояние при переходе предыдущего бита с высокого уровня на низкий. Таким образом обеспечивается счёт в прямом направлении.

Есть и менее очевидное решение для генерирования последовательности в прямом направлении, — с использованием триггеров, тактируемых по заднему фронту. В этом случае тактирующий импульс поступает на выход Q' предыдущего триггера. Поскольку выход Q' всегда будет представлять собой состояние противоположное выходу Q (в этом типе защёлок отсутствуют запрещённые состояния), переход с высокого уровня на низкий на неинвертирующем выходе будет всегда сопровождаться переходом с низкого уровня на высокий на выходе Q'. Другими словами, каждый раз при переходе выхода триггера Q с 1 на 0, на выходе Q' того же триггера будет происходить переход с 0 на 1, обеспечивая в нужный момент нарастающий синхроимпульс, необходимый для переключения триггера, тактируемого по переднему фронту.

04348_show.png

Если мы будем рассматривать выходы Q' как второй набор четырёх битов данных, то мы сможем расширить возможности обоих представленных счётчиков. Если мы посмотрим на диаграмму пульсации подобной схемы, то увидим, что выходы Q' генерируют последовательность обратного счёта, в то время как на выходах Q генерируется последовательность счёта в прямом направлении:

Читайте так же:
Как узнать номер лицевого счета мосэнергосбыт по номеру счетчика

04349_show.png

14056_show.png

К сожалению, все представленные выше схемы счётчиков обладают общей проблемой, связанной с последовательной «сквозной» сменой состояний триггеров. Этот эффект свойственен некоторым двоичным сумматорам и схемам преобразования данных, и обусловлен накапливающимися задержками при прохождении сигнала от одного элемента логического вентиля к другому. Когда выход Q триггера переключается с 1 на 0, он отдаёт команду на переключение следующему триггеру. Если следующий триггер переходит с 1 на 0, то он также подаёт команду на переключение следующему триггеру и т. д. Однако, поскольку всегда существует небольшая задержка при прохождении сигнала между командой на переключение (синхроимпульс) и действительным переключением (смена состояний выходов Q и Q'), а, следовательно, каждый последующий триггер, который должен поменять состояние, сменит его спустя некоторое время, после того как предыдущий триггер уже поменял своё состояние. Следовательно, при переключении состояний нескольких триггеров, смена состояния происходит не одновременно:

14057_show.png

Как вы видите, чем больше триггеров переключается по данному синхроимпульсу, тем большим становится накопленное время задержки от младшего до старшего разряда. По синхроимпульсу в подобной точке смены состояний (например, при переходе с 0111 на 1000), будет происходить «сквозное“ изменение состояний от младшего к старшему разряду, по мере того как происходит смена каждого бита, и подаётся команда для перемены состояния следующего, с небольшой задержкой между двумя соседними триггерами. Если мы внимательнее посмотрим на этот эффект при переходе с 0111 на 1000, то увидим, что в течение короткого периода счётчик будет выдавать неверные значения:

14058.png

Вместо перехода с «0111“ на «1000», схема будет очень быстро менять состояния в следующей последовательности: 0111-0110-0100-0000 и лишь затем 1000 (в десятичной системе: 7-64 и затем 8). Из-за такой последовательной («насквозь») смены состояний триггеров, подобная схема называется счётчиком со сквозным переносом или асинхронным счётчиком.

Во многих случаях этот эффект приемлем, поскольку период неверных выходных значений происходит чрезвычайно быстро (для лучшего понимания этого эффекта степень задержки на рисунках преувеличена). Если бы нам потребовалось подать сигнал, например, на ряд светодиодов, то этот промежуток неверных выходных сигналов не внёс бы в работу схемы каких-бы то ни было искажений. Однако это неприемлемо, если бы нам потребовалось использовать счётчик для «выбора» входов мультиплексора или выполнения какой-либо иной задачи, когда ложные выходные сигналы приведут к ошибкам в работе схемы. Несмотря на это, существует возможность использования таких счётчиков в системах, чувствительных к ложным выходным сигналам, благодаря технике, известной как стробирование.

Большая часть мультиплексоров и декодеров оснащена по крайней мере одним «разрешающим» входом. Выход такой схемы будет активным только в том случае, когда активен разрешающий вход. Разрешающий вход может быть использован для стробирования схемы, принимающей ложные выходные сигналы, так чтобы она была отключена во время короткого периода выдачи неверных значений, и была включена только в тот момент, когда прошло достаточное время после последнего синхроимпульса. В большинстве случаев, в качестве сигнала стробирования может использоваться сам синхроимпульс, подаваемый на схему счётчика.

04350_show.png

Если разрешающий вход возбуждается низким уровнем сигнала, то принимающая схема будет реагировать на импульсы двоичного кода только при низком уровне синхроимпульса. При высоком уровне синхроимпульса принимающая схема перестанет реагировать на выходные сигналы счётчика. Поскольку счётчик собран на триггерах, тактируемых по переднему фронту синхроимпульса (что определяется входом синхроимпульсов первого триггера), смена состояний остальных триггеров будет осуществляться при изменении уровня синхронизирующего сигнала от низкого к высокому, что означает, что принимающая схема будет отключаться точно перед сменой состояния триггеров. Принимающая схема будет неактивна до тех пор, пока сигнал не вернётся на низкий уровень, что произойдёт через достаточное время после того, как завершится последовательная смена состояний триггеров. Самым важным параметром такой схемы будет продолжительность включения синхроимпульса: она должна быть по меньшей мере равна максимально ожидаемой длительности сквозной смены состояний триггеров счётчика. В противном случае принимающая схема будет включена преждевременно, ещё при наличии ложных выходных сигналов счётчика.

Другим недостатком асинхронных счётчиков является их невысокое быстродействие. В то время как все логические схемы работают на ограниченной максимальной частоте сигналов, в случае асинхронного счётчика данная проблема усугубляется накоплением задержки распространения сигнала. Следовательно, даже при использовании стробирования, асинхронный счётчик не может работать на частоте выше чем частота, при которой может истечь время максимально возможной накопленной задержки до подачи следующего импульса.

Читайте так же:
Что такое ctu счетчик

Эту проблема решена в схемах синхронных счётчиков, где полностью исключён сквозной перенос. Подобный счётчик устраняет необходимость стробирования на входе какой бы то ни было цифровой схемы, если на него поступает выходной сигнал со счётчика, и кроме того, скорость его работы намного выше асинхронного эквивалента. Конструкция такого счётчика описана в этой статье.

Счётчик, осуществляющий счёт в прямом направлении, собирается на тактируемых по переднему фронту J-K-триггерах, путём соединения входов синхронизации с выходом Q' предыдущих триггеров. В другом варианте используются триггеры, тактируемые по заднему фронту. В этом случае входы тактирования соединяются с выходом Q предыдущих триггеров. В любом из этих вариантов, входы триггеров J и K соединены с Vcc или Vdd, благодаря чему на них постоянно подаётся сигнал логической единицы.

В счётчиках на каскадно-включённых J-K-триггерах, где каждый вход синхроимпульса получает сигнал с выхода предыдущего триггера неминуемо возникает момент, в течение которого на некоторых элементах последовательности, на выходе счётчика имеются неверные двоичные значения. Счётчики подобного типа называются асинхронными счётчиками или счётчиками со сквозным переносом.

Стробирование — техника, при которой на схему поступает сигнал с асинхронного (со сквозным переносом) счётчика, таким образом, чтобы не сказывался негативный эффект неверных выходных значений. Вход сигнала разрешения подобной схемы соединяется со входом синхроимпульсов таким образом, чтобы он был задействован только в тот момент, когда выходы счётчика не меняют своего состояния, и будет отключён, когда происходит «сквозное» изменение состояний триггеров.

Двоичные асинхронные счётчики

Простейший вид счётчика — двоичный может быть построен на основе T-триггера. T-триггер изменяет своё состояние на прямо противоположное при поступлении на его вход синхронизации импульсов. Для реализации T-триггера воспользуемся универсальным D-триггером с обратной связью, как это показано на рисунке 1.

Рисунок 1 Реализация счетного T-триггера на универсальном D-триггере.

Так как эта схема, как мы уже рассматривали ранее, при поступлении на вход импульсов меняет свое состояние на противоположное, то её можно рассматривать как счётчик, считающий до двух. Временные диаграммы сигналов на входе и выходах T-триггера приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 Временные диаграммы сигналов на входе и выходах T-триггера.

Обычно требуется посчитать большее количество импульсов. В этом случае можно использовать выходной сигнал первого счетного триггера как входной сигнал для следующего триггера, то есть соединить триггеры последовательно. Так можно построить любой счётчик, считающий до максимального числа, кратного степени два.

Схема счётчика, позволяющего посчитать любое количество импульсов, меньшее шестнадцати, приведена на рисунке 3. Количество поступивших на вход импульсов можно узнать, подключившись к выходам счётчика Q0 … Q3. Это число будет представлено в двоичном коде.

Рисунок 3 Схема четырёхразрядного счётчика, построенного на универсальных D-триггерах.

Для того чтобы разобраться, как работает схема двоичного счётчика, воспользуемся временными диаграммами сигналов на входе и выходах этой схемы, приведёнными на рисунке 4.

Рисунок 4 Временная диаграмма четырёхразрядного счётчика.

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). В таблице поместим его значение на самом правом месте, как это принято при записи любых многоразрядных чисел. Здесь мы впервые сталкиваемся с противоречием правил записи чисел и правил распространения сигналов на принципиальных схемах.

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 4. 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 15. 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.

Читайте так же:
Счетчик скорости интернет ростелеком

Асинхронный счетчик

Пульсация ( английский Ripple счетчик ) представляет собой электрический компонент в цифровой технологии , которая является одним из ряда событий. Каждое полученное число сохраняется до следующего события. В простейшем случае показания счетчика представлены числами двойной системы . В этом случае возможные числа ограничиваются числом доступных двоичных запоминающих элементов . Затем говорят о n-битных асинхронных счетчиках . При соответствующем переключении возможны и широко используются счетчики, такие как делители частоты в десятичной системе счисления . Подлежащий подсчету входной сигнал также называется тактовым сигналом в случае периодической последовательности . п < displaystyle n>[ 0 ; 2 п — 1 ] < Displaystyle влево [0; , 2 ^ <п>-1 вправо]>

Асинхронные счетчики принадлежат к группе асинхронных схем, потому что только первый элемент памяти изменяется во время фиксированного (нарастающего или спадающего) фронта входного сигнала; любые изменения, которые могут потребоваться в других элементах хранения, сопровождаются временами задержки в логических элементах и ​​элементах хранения. В обычных электронных счетчиках для визуального отображения показаний счетчика время задержки незначительно по сравнению с временем реакции человека.

Оглавление

строительство

Асинхронный счетчик может быть построен из T триггеров , например, на диаграмме напротив. T-триггер изменяет свое выходное состояние по сравнению с текущим состоянием именно тогда, когда на его входе возникает активный фронт. Схема нарисована для триггеров, которые реагируют на спад тактового сигнала, т.е. ЧАС. каждый триггер запускается с отрицательным фронтом. В остальное время он сохраняет текущее начальное состояние.

В асинхронном счетчике вход первого триггера соединен с сигналом подсчитываемого события. Если в этом сигнале возникает фронт, активный для триггера, уровень на выходе Q 0 изменяется , то есть с низкого на высокий или с высокого на низкий. После каждых двух активных фронтов на входе появляется выпрямленный фронт на выходе. Для каждого триггера количество изменений уровня на выходе на 2: 1 меньше, чем на входе. Когда несколько T-триггеров соединяются последовательно ( каскадно ), этот коэффициент деления становится экспоненциально большим в случае триггеров. 2 п : 1 < displaystyle 2 ^ : 1> п

Показанная взаимосвязь входов триггеров позволяет понимать их выходные сигналы как последовательность цифр. В этом примере каждый вывод обозначает цифру четырехзначного двоичного числа, где Q 0 находится в наименее значащем месте. В следующей таблице показан процесс подсчета. С каждым активным фронтом показание счетчика увеличивается в порядке натуральных чисел. Если инвертированные выходы объединены, схема ведет обратный отсчет. В других схемах, например, можно использовать четыре триггера для представления кода 8-4-2-1 десятичной цифры, см. Разделитель частоты . Эта группа из четырех человек делится в соотношении 10: 1. При наличии нескольких групп подряд можно образовывать многозначные десятичные числа. Десятичное число всегда требуется для визуального вывода показаний счетчика людям.

Вместо T триггеров можно также использовать JK -триггеры, если они установлены в состояние переключения на J = 1 и K = 1.

3 квартал 2 кварталQ 1Q Двоичное значениеДесятичное значение
0000
100011
100102
1100113
101004-й
1101015
1101106-е
11101117-е
110008-е
1110019
11101010
111101111
11110012-е
111110113-е
111111014-е
1111111115-е
0000

характеристики

Асинхронные счетчики часто проще по структуре, чем синхронные счетчики, но, с другой стороны, медленнее. Они особенно подходят для процессов, которые подлежат наблюдению. Человеческий глаз и сознательная обработка не могут следить за более быстрыми процессами.

В синхронном счетчике на триггеры параллельно подается один и тот же тактовый сигнал; В асинхронном счетчике сигнал последовательно проходит через триггеры. Таким образом, внутреннее время работы компонентов приводит к задержкам асинхронного счетчика, которые складываются компонент за компонентом. Когда триггеры соединены последовательно , сигнал задерживается до последнего триггера. т п < Displaystyle т _ < mathrm

>> п

Пример: Если вы запускаете (ориентировочное значение для модулей TTL) и 12-битный счетчик заполняется до точки переполнения за 2 секунды, это составляет всего около 0,05% от периода тактовой частоты. т п знак равно 20-е нс < displaystyle t _ < mathrm

> = 20 < text >> т п < displaystyle t_ >

Если вы хотите считать этот счетчик по истечении половины тактового периода, и если показания счетчика должны быть стабильными в течение дальнейшего времени работы логического элемента, то максимальная разрешенная тактовая частота составляет 1,9 МГц. 1 2 ( п + 1 ) т п знак равно < Displaystyle < гидроразрыва <1><2 (п + 1) т _ < mathrm

>>> =>

Приложения

Для приложений в измерительной технике и дополнительном оборудовании см. Частотомеры и универсальные счетчики .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector