Azotirovanie.ru

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

Функциональная схема цифрового счетчика

Функциональная схема цифрового счетчика

1.7. Счетчики электрических импульсов

Счетчиком называют цифровое устройство, обеспечивающее подсчет числа электрических импульсов. Коэффициент пересчета счетчика равен минимальному числу импульсов, поступивших на вход счетчика, после которых состояния на выходе счетчика начинают повторяться. Счетчик называют суммирующим, если после каждого очередного импульса цифровой код на выходе счетчика увеличивается на единицу. В вычитающем счетчике после каждого импульса на входе счетчика цифровой код на выходе уменьшается на единицу. Счетчики, в которых возможно переключение с режима суммирования на режим вычитания, называются реверсивными.

Счетчики могут быть с предварительной установкой. В таких счетчиках информация с входов предварительной установки передается на выходы счетчика по сигналу на специальном входе предварительной установки. По своей структуре счетчики делятся на последовательные, параллельные и параллельно-последовательные. Последовательный двоичный счетчик образован цепочкой последовательно включенных счетных триггеров. В параллельном счетчике счетные импульсы подаются одновременно на входы всех разрядов счетчика. Параллельные счетчики имеют большее быстродействие по сравнению с последовательными. Параллельно-последовательные счетчики имеют высокое быстродействие и большое значе ние коэффициента пересчета.

Счетчики электрических импульсов имеются как в ТТЛ, так и в КМОП сериях. В качестве примера счетчика ТТЛ рассмотрим микросхему К155ИЕ5. Функциональная схема счетчика К155ИЕ5 приведена на рисунке 1.51,а, а его условное обозначение на принципиальных схемах на рисунке 1.51,б. Счетчик К155ИЕ5 имеет фактически два счетчика: с коэффициентом пересчета два (вход С0 и выход Q 0) и с коэффициентом пересчета восемь (вход С1 и выходы Q 1, Q 2, Q 3). Счетчик с коэффициентом пересчета шестнадцать легко получается, если соединить выход Q 0 с входом С1, а импульсы подавать на вход С0. Временная диаграмма работы такого счетчика приведена на рисунке 1.52.

На рисунке 1.53 приведены схемы подключения, изменяющие коэффициент пересчета счетчика К155ИЕ5. Выходы счетчика Q 0, Q 1, Q 2, Q 3 имеют соответственно весовые коэффициенты 1, 2, 4, 8. Соединив выходы Q 1, Q 2 с входами установки счетчика в нуль, получим счетчик с коэффициентом пересчета шесть (рис. 1.53,а). На рисунке 1.53,б показана схема подключения для получения коэффициента пересчета десять, а на рисунке 1.53,в – двенадцать. Однако в схемах, приведенных на рисунках 1.53,а – в, отсутствует возможность установки счетчиков в нулевое состояние.

На рисунках 1.54,а, б приведены соответственно счетчики с коэффициентами пересчета шесть и семь, в которых предусмотрен вход установки счетчика в нулевое состояние. Анализ работы схем, приведенных на рисунках 1.53 – 1.54, показывает, что для получения заданного коэффициента пересчета соединяют с входами логического элемента И те выходы счетчика, весовые коэффициенты которых в сумме дают необходимый коэффициент пересчета.

В таблице1.3 приведены состояния на выходах счетчика с коэффициентом пересчета десять после поступления каждого очередного импульса, причем счетчик предварительно был установлен в нулевое состояние.

Рассмотрим некоторые из счетчиков КМОП серии. На рисунке 1.55 приведено условное обозначение микросхемы К561ИЕ8 – десятичного счетчика с дешифратором. Микросхема имеет вход установки в нулевое состояние R , вход для подачи счетных импульсов положительной полярности CP и вход для подачи счетных импульсов отрицательной полярности CN .

Переключение счетчика происходит по спадам импульсов положительной полярности на входе CP , при этом на входе CN должна быть логическая единица. Переключение счетчика будет происходить по спадам импульсов отрицательной полярности на входе CN , если на входе CP логический нуль. На одном из десяти выходов счетчика всегда присутствует логическая единица. Установка счетчика в нуль происходит при подаче на вход R логической единицы. При установке счетчика в нулевое состояние на выходе «0» установится логическая единица, а на всех остальных выходах – логические нули. Микросхемы К561ИЕ8 можно объединять в многоразрядные счетчики с последовательным переносом, соединяя выход переноса предыдущей микросхемы с входом CN последующей. На рисунке 1.56 приведена схема многоразрядного счетчика на микросхемах К561ИЕ10.

Промышленностью выпускаются счетчики для электронных часов. Рассмотрим некоторые из них. На рисунке 1.57 приведено условное обозначение микросхемы К176ИЕ3, а на рисунке 1.58 – микросхемы К176ИЕ4. На этих рисунках выходы микросхем показаны для стандартного обозначения сегментов индикатора, приведенного на рисунке 1.59. Эти микросхемы отличаются друг от друга коэффициентом пересчета. Коэффициент пересчета микросхемы К176ИЕ3 равен шести, а коэффициент пересчета микросхемы К176ИЕ4 равен десяти. Установка в нуль рассматриваемых счетчиков осуществляется подачей сигнала логической единицы на вход R . Переключение триггеров счетчика происходит по спаду положительных импульсов на входе С. Микросхемы имеют выход переноса р (вывод 2), к которому подключается обычно вход следующего счетчика. Спад напряжения на этом выходе формируется в момент перехода счетчика из состояния 9 в состояние 0. Микросхемы различаются сигналами на выводе 3. Для микросхемы К176ИЕ3 на выводе 3 появляется логическая единица при установке счетчика в состояние 2, а для микросхемы К176ИЕ4 – в состояние 4. Это необходимо для обнуления показаний часов в 24 часа.

При подаче сигнала логического нуля на вход S логические единицы на выходах счетчика будут на тех сегментах, которые отображают число импульсов, поступивших на вход счетчика. При подаче на вход S логической единицы полярность выходных сигналов изменяется. Возможность переключения полярности выходных сигналов позволяет достаточно просто изменить схему подключения цифровых индикаторов.

На рисунке 1.60 приведена схема подключения люминесцентного индикатора к выходам микросхемы К176ИЕ4. Подключение индикатора к выходам микросхемы К176ИЕ3 будет аналогичным.

Схемы подключения светодиодных индикаторов к выходам микросхемы 176ИЕ4 приведены на рисунках 1.61,а и 1.61,б. На входе S устанавливается логический нуль для индикаторов с общим катодом и логическая единица для индикаторов с общим анодом.

Описание микросхем К176ИЕ5, К176ИЕ12, К176ИЕ13, К176ИЕ17, К176ИЕ18, К176ИД2, К176ИД3 и их применение в электронных часах можно найти в [29]. Микросхемы К176ИЕ12, К176ИЕ13, К176ИЕ17, К176ИЕ18 допускают напряжение питания от 3 до 15 В.

Универсальные счетчики могут работать в режимах сложения, вычитания, установки начального кода, установки счетчика в нуль. К универсальным счетчикам относятся К155ИЕ6, К155ИЕ7, К561ИЕ11, К561ИЕ14. Алгоритм работы счетчика К155ИЕ6 рассматривается во второй главе.

14.3. Функциональная схема

Подробная функциональная схема таймера-счетчика без расширений показана на рисунке 14.2.

Рисунок 14.2. Функциональная схема таймера-счетчика

Регистр счетчика (CNT), регистр периода и его буфер (PER и PERBUF), а также регистры сравнения и захвата с их буферами (CCx и CCxBUF) — 16-битные регистры.

Читайте так же:
Canon 3110 счетчик страниц

В процессе нормальной работы, значение счетчика непрерывно сравнивается с нулем и со значением периода (PER). Это необходимо для выявления достижения счетчиком верхней (TOP) или нижней (BOTTOM) границ счета.

Значение счетчика также сравнивается с регистрами CCx. Блоки сравнения могут использоваться для генерации запросов на прерывания или запросов на DMA-транзакции. Кроме того, они могут генерировать события для системы событий. Блок сравнения используются в режимах генерации импульсов, для задания периода и скважности импульсов.

Для управления счетчиком могут использоваться поделенный по частоте сигнал синхронизации УВВ и события системы событий. Система событий также может выступать в качестве источника для входа захвата. Если же учесть возможности квадратурной дешифрации, которыми обладает система событий, то таймер-счетчик может использоваться для высокобыстродействующей квадратурной дешифрации.

14.4. Источники синхронизации и событий

Таймер-счетчик может синхронизироваться, либо с выхода предделителя синхронизации УВВ (CLKPER), либо системой событий. Логика выбора синхронизации и событий показана на рисунке 14.3.

Рисунок 14.3. Выбор синхронизации и событий

Сигнал синхронизации УВВ поступает в общий предделитель (общий для всех таймеров-счетчиков в МК). Выбор выходов предделителей можно выполнить через регистры таймера-счетчика. Кроме того, широкий диапазон коэффициентов деления частоты (от 1 до 215) можно выбрать через систему событий.

У каждого таймера-счетчика предусмотрена возможность раздельного выбора синхронизации (CLKSEL): один из выходов предделителей или канал событий, выступающий в роли входа счетчика (CNT). Такая работа таймера-счетчика называется нормальной (см. 14.6.1 «Нормальная работа таймера-счетчика»). Когда таймер используется системой событий, в качестве входа синхронизации таймера могут использоваться такие источники событий, как внешний сигнал синхронизации, поданный на любую из линий в/в.

Таймер-счетчик может также управляться через систему событий. Настроенные выбор события (EVSEL) и действие события (EVACT) могут использоваться для запуска действия события при возникновении одного или нескольких событий. Такой механизм работы счетчика управляемым событиями и подробно описан в 14.6.2 «Управляемый событиями режим работы». В этом режиме работы в качестве входа синхронизации счетчика необходимо выбрать требуемый канал события.

По умолчанию вход синхронизации таймера-счетчика не связан ни с одним из источников и, поэтому, он не работает (находится в отключенном состоянии).

14.5. Двойная буферизация

Регистр периода и регистры захвата-сравнения оснащены механизмом двойной буферизации. Каждый из буферных регистров имеет отдельный флаг действительности буфера (BV), который сигнализирует о наличии в буфере действительных данных, например, новое значение, подлежащее копированию в регистр периода или сравнения. Применительно к регистру периода и регистрам каналов захвата-сравнения, которые используются в режиме сравнения, флаг действительности буфера устанавливается после записи данных в буферный регистр и сбрасывается при возникновении условия UPDATE (см. пример с регистром сравнения на рисунке 14.4).

Рисунок 14.4. Двойная буферизация регистров периода и сравнения

Если же каналы захвата-сравнения используются в режиме захвата, то применяется подобный механизм двойной буферизации затем тем исключением, что флаг действительности буфера устанавливается по событию захвата, как показано на рисунке 14.5. В режиме захвата, буфер и соответствующий регистр CCx действуют подобно буферу FIFO. После опустошения или считывания регистра CC, содержимое буфера переносится в регистр CC. Флаг действительности буфера передается во флаг прерывания CCx, после установки которого при необходимости может быть сгенерировано прерывание (опционально).

Рисунок 14.5. Двойная буферизация регистра захвата

Регистры CCx и CCxBUF доступны по адресам регистров ввода-вывода. Благодаря этому, можно выполнить инициализацию буферных регистров, а также обойти буферный регистр и все функцию двойной буферизации.

Реверсивный счетчик

— экспериментальное исследование счетчика-регистра на интегральных микросхемах.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Регистры и счетчики относятся к разряду цифровых устройств и являются одним из наиболее распространенных элементов вычислительной техники. Они широко используются для построения устройств ввода, вывода и хранения информации, а также для выполнения некоторых арифметических и логических операций.

Для построения счетчиков и регистров используются синхронные триггеры, переключение которых происходит только при наличии синхронизирующего сигнала (синхроимпульса ) на входе С. Наиболее часто для построения регистров и счетчиков используется универсальный Д — триггер, имеющий специальный информационный вход Д, и динамический вход С (рис.1).

2.1. Устройство, называемое регистром, служит в основном для хранения чисел в двоичном коде при выполнении над ними различных арифметических и логических операций. С помощью регистров выполняютоя такие действия над числами, как передача их из одного устройства в другое, арифметический и логический сдвиг в сторону младших или старших разрядов, преобразование кода из последовательного в параллельный и наоборот и т.д. Функциональная схема и условно — графическое обозначение регистра параллельного типа, собранного на универсальных Д-триггерах, приведена на рис.2 .

По сигналу на входе С информация, поступившая на входы DО ё DЗ, записывается в регистр и хранится в нем до тех пор, пока не произойдет запись другой информации, либо не поступит сигнал на вход R, обнуляющий регистр.

Функциональная схема и условно-графическое обозначение регистра сдвига представлены на рис.З.

Последовательный информационный код поступит на вход D регистра. Импульс команды сдвига С подается одновременно на синхронизирующие входы всех триггеров регистра и переводит каждый триггер в состояние, в котором находился триггер предыдущего разряда. Таким образом, каждый импульс команды сдвига "продвигает" записываемое число на один разряд вправо.

2.2. Устройство, называемое счетчиком, предназначено для подсчета числа поступающих на вход сигналов ( импульсов ) в произвольной системе счисления. Двоичные счетчики строятся на основе триггеров, работающих в счетном режиме ( Т — триггер или счетный триггер).

Счетный триггер может быть получен из универсального D — триггера путем соединения его инверсного выхода 0 со входом D.

Счетный триггер и эпюры сигналов, поясняющие его работу, представлены на рис.4.

У счетного триггера состояние выхода изменяется на противоположное при поступлении на вход С каждого очередного счетного импульса.

Функциональная схема и условнографическое обозначение двоичного счетчика с коэффициентом пересчета 2 3 представлена на рис.5.

Каждый поступающий на вход счетчика импульс перебрасывает первый триггер в противоположное состояние (рис.6). Сигнал с инверсного выхода предыдущего триггера является входным сигналом для последующего и, таким образом, комбинация сигналов на выходах Q 1 , Q 2 , Q 3 будет соответствовать числу поступивших на вход счетчика импульсов, представленному в двоичном коде. Счетчик данного типа называется асинхронным счетчиком.

Читайте так же:
Принцип действия счетчика импульсов

Если на счетный вход каждого последующего триггера счетчика подавать сигнал с прямого выхода предыдущего триггера, то счетчик будет производить операцию вычитания. Счетчики, способные выполнять функции сложения и вычитания, называются реверсивными.

Для построения счетчика с требуемым коэффициентом пересчета М, отличным от величины 2 N (N — число двоичных разрядов счетчика), используется принудительный сброс счетчика в исходное состояние при достижении счетчиком числа М. Пример такого счетчика с М=9 (М=1001 2 ) представлен на рис.7.

3. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА И СРЕДСТВ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Функциональная схема исследуемого устройства представлена на рис.8 . Устройство включает двоично — десятичный счетчик ДД2, двоичный счетчик ДДЗ, коммутатор входных сигналов ДД1 и логические элементы ДД4 и ДД5, выполняющие функции элементов объединения.

Для подачи информационных и управляющих сигналов используется специальное устройство, управляемое наборными кнопками с фиксацией SА1 ё SА16. Нажатому состоянию соответствует сигнал логической "1", отжатому состоянию — сигнал логического "0". Кнопки SА1 ё SА16 расположены в левой части лабораторного стенда под надписью "Программатор кодов".

3.2. Функцию двоичного счетчика выполняет микросхема К155ИЕ7. Данная микросхема представляет собой реверсивный четырехразрядный счетчик — регистр, в котором кроме двух счетных входов ( суммирующего "+1" и вычитающего "-1" ) и входа сброса Р имеется четыре информационных входа DО ё DЗ и вход С , разрешающий запись информации в счетчик. Кроме того, для наращивания разрядности счета в микросхеме предусмотрены выходы " і 15" и " < 0", на которых при достижении счетчиком указанных чисел появляются сигналы логического "0". Выход " і 15" в этом случае следует соединять с входом "+1", выход "< 0" — с входом "-1" аналогичной микросхемы.

3.3. Функцию двоично-десятичного счетчика ДД2 выполняет микросхема К155ИЕ6. У заданной микросхемы коэффициент пересчета М=10 и сигнал переноса в старшие разряды на выходе “ і 9” вырабатывается при превышении счетчиком числа 9.

3.4. При исследовании одного из счетчиков, другой должен находиться в исходном состоянии, что достигается подачей на вход R данного счетчика уровня логической "1" с помощью кнопок SА10 или SA11.

3.5. Запись информации в счетчики производится в параллельном коде путем подачи на входы ДО ё ДЗ логических сигналов "0" и "1" с помощь кнопок SА1 ё SА4 и подачи сигнала логического "0" на вход С с помощью кнопки SА9 (для этого кнопку SА9 надо отжать и снова нажать ).

З.6. Счетные импульсы должны поступать на исследуемую схему с клеммы "непр.имп," ( "

“ ) в виде непрерывной импульсной последовательности и с клеммы "пачка имп." ( "_|

|_" ) в виде пачки импульсов с числом импульсов в пачке от 1 до 15. Управление режимом работы входов "+1" и "-1" счетчиков производится о помощью кнопок SA13 ё SА16, которые обеспечивают выполнение следующих функций:

SА13 ("непр,+") — разрешение прохождения непрерывной импульсной последовательности на входы "+1" счетчиков;

SА14 ("пачка +") — разрешение прохождения пачки импульсов на входы "+1" счетчиков;

SА15 (“непр.-") — разрешение прохождения непрерывной последовательности импульсов на входы "-1" счетчиков;

SА16 ("пачка -") — разрешение прохождения пачки импульсов на входы

Примечание. Не допускается одновременное нажатие двух и более кнопок SА13 ё S А16.

3.7. Для задания числа импульсов в пачке и посылки необходимой пачки в исследуемый узел используются четыре кнопки с фиксацией "2 0 " ё "2 3 " и две кнопки без фиксации "Пуск" и “Устан.О", расположенные на панели лабораторного стенда под надписью "Программатор СИ".

При этом должна соблюдаться следующая последовательность операций:

3.7.1. Набрать заданное число импульсов в пачке в двоичном коде с помощью кнопок “2 0” ё "2 3 ". Нажатой кнопке соответствует логическая "1" (при этом загорается соответствующий индикатор).

3.7.2. Нажать кнопку "устан.О".

3.1.3. В режиме наблюдения одновременно двух сигналов на экране мультиметра величина и взаимное расположение этих сигналов регулируется ручками "

" и “ ­Ї “ соответственно в поле надписи "Коммутатор" отдельно для каждого канала ( "Вх1" для КПИ 10 и "Вх2" для КПИ 9 ).

3.2. Исследование элемента ДД3 в статическом и динамическом режиме.

3.2.1. Логические сигналы "0" и "1" на входе триггеров задаются с помощью кнопок с фиксацией SА1 ё SА6, расположенных на передней панели блока К32 под надписью "Программатор кодов". Отжатое состояние кнопки соответствует заданию логического "0", а нажатое — заданию логической "1". Нажатое состояние кнопки сопровождается загоранием соответствующего светодиода зеленого цвета, расположенного вблизи данной кнопки "Программатора кодов".

3.2.2. Для подачи положительного импульса ( "_|

|_" ) на вход С триггера необходимо кратковременно перевести соответствующую кнопку из отжатого состояния в нажатое и обратно.

3.2.3. Для индикации логических сигналов на выходе триггера, работающего в статическом режиме ( верхняя часть элемента ДДЗ ), служит левое цифровое табло блока К32. При этом кнопка " IO |_2 ", расположенная непосредственно под табло, должна находиться в нажатом состоянии.

3.2.4 . Нижняя часть элемента ДДЗ представляет собой триггер, работающий в счетном режиме. На его счетный вход С поступает непрерывная последовательность импульсов. Одновременно такая же последовательность импульсов поступает в КПИ1. Выходные сигналы триггера ( прямой и инверсный ) поступают в КП2 и КПИЗ соответственно.

3.2.5. Лабораторный стенд позволяет наблюдать на экране мультиметра одновременно два сигнала с любых двух КПИ из восьми ( двухканальный режим наблюдения ). Выбор двух определенных КПИ производится следующим образом:

3.2.5.1. Нажать кнопку " ВСВ |_ ВНК " под надписью "КВУ", при этом у левых индикаторов обоих цифровых табло начинает светиться знак запятой.

3.2.5.2. При отжатой кнопке"Вх1 |_ Вх2" набрать с помощью кнопок " 2 0 ё 2 3 " программатора "СИ " двоичный код первого выбранного КПИ и нажать кнопку "Пуск". При этом на левом табло у знака запятой появится номер выбранного КПИ.

3.2.5.3. При нажатой кнопке "Вх1 |_ Вх2" повторить указанную процедуру для второго выбранного КПИ. Номер этого КПИ появится у знака запятой правого табло.

3.2.5.4. Нажать кнопку "Коммутатор" под надписью "Контроль V

"’. Теперь два выбранных КПИ через каналы коммутатора лабораторного стенда соединены с осциллографом мультиметра. Регулировка величины и расположения сигналов на экране осуществляется раздельно ручками "

Читайте так же:
Счетчик ду32 гвс мтк

" и " ­Ї " под надписью "Коммутатор". Слева расположены ручки регулировки первого канала коммутатора, справа — второго канала коммутатора.

3.2.5.5. Для выхода из режима наблюдения сигналов на экране мультиметра перевести кнопку "ВСВ |_ БНК" под надписью "КВУ" в отжатое состояние.

3.3. Исследование элементов ДД4 (статический режим) и ДД5 (счетный режим ).

3.3.1. Логические сигналы "0" и "1" на S, R, J и К — входы универсальных триггеров подаются с помощью кнопок SА7 ё SА12 ( аналогично рассмотренному в п.п.2.1. ).

3.3.2. Сигнал на вход С триггера поступает от встроенного генератора импульсов лабораторного стенда, который вырабатывает серию импульсов положительной полярности. Число импульсов может изменяться от 1 до 15 и устанавливается с помощью кнопок с фиксацией " 2 0 ё 2 3 ", расположенных под надписью "Программатор СИ". Кнопки без фиксации "Пуск" и "Устан.О" служат для задания режима работы генератора. При этом должна соблюдаться следующая последовательность действий:

3.3.2.1. Набрать число импульсов в пачке в двоичном коде с помощью кнопок " 2 0 ё 2 3 ". Кнопки в нажатом состоянии соответствует двоичная единица ( при этом загорается соответствующий светодиод ).

3.3.2.2. Нажать кнопку "Устан.О"и убедиться, что светодиод кнопки "Пуск" погашен. Генератор импульсов готов к работе.

3.3.2.3. Нажать кнопку "Пуск". При этом генератор вырабатывает нужную пачку импульсов. Для повторного включения генератора нажать кнопку "Устан.О", а затем кнопку "Пуск" и т.д.

3.3.3. Контроль выходных сигналов триггеров ДД4 осуществляется с помощью левого цифрового табло на блоке К32.

3.3.4. Счетные импульсы на триггер ДД5, работающий в счетном режиме, поступают через элемент “И", собранный на микросхеме ДД1.

3.7.3. Нажать кнопку "Пуск". При этом в исследуемый узел поступает заданная пачка импульсов.

3.7.4. Для повторной посылки пачки импульсов нажать кнопку "Устан.О" и затем — кнопку "Пуск" и т.д.

3.8. Считывание показаний счетчика производится с помощью двух цифровых табло, каждое из которых содержит четыре семисегментных индикатора. Оба табло расположены в левом верхнем углу лабораторного стенда. На левом цифровом табло индикация числа производится в двоичном коде, на правом — в десятичном коде ( для выбора того или иного кода кнопку "10 |_ 2" необходимо установить в соответствующее положение ).

3.9. Выходные сигналы двоичных разрядов и сигналы переносов счетчиков, а также входные счетные импульсы сложения и вычитания, поступают параллельно на восемь каналов передачи информации КПИ1 ё КПИ8, что дает возможность их наблюдения на экране мультиметра, входящего в состав лабораторного стенда.

Одновременно на экране мультиметра можно наблюдать сигналы двух каналов передачи информации. При этом необходимо выполнить следующие операции:

3.9.1. Нажать кнопку "ВСВ |_ ВНК" под надписью "КВУ",

3.9.2. При отжатой кнопке "Вх1 |_ Вх2" набрать с помощью кнопок " 2 0 ё 2 3 ", двоичный код первого выбранного КПИ и нажать кнопку "Пуск". При этом на левом табло появится номер выбранного КПИ.

3.9.3. Повторить указанную процедуру при нажатой кнопке "Вх1 |_ Вх2". Номер второго выбранного КПИ должен появиться на правом табло.

3.9.4. Нажать кнопку "Коммутатор" под надписью "Контроль”. При этом выбранные КПИ подсоединяются к соответствующему входу мультиметра. Размах и ориентация сигналов на экране мультиметра регулируется потенциометрами "

" и " ­Ї " , расположенными под надписью "Коммутатор" отдельно для каждого канала.

3.9.5. Для выхода из режима наблюдения сигналов на экране мультиметра необходимо отжать кнопку "ВСВ |_ ВНК" под надписью "КВУ".

Как работают счетчики в цифровой электронике

Допустим, что после включения питания триггеры устанавливаются в нулевое состояние, а их переключение происходит при положительном перепаде напряжений на входах, т. е. при переходе сигнала из 0 в 1. Тогда после первого импульса, поступившего на вход триггера DD1, он установится в единичное состояние, а остальные останутся в начальном, так как на выходах Q всех триггеров переход сигнала из 0 в 1 не произошел.

Поступление второго импульса на вход триггера Т1 переводит его в нулевое состояние, а положительный перепад напряжения на его выходе Q устанавливает триггер Т2 в единичное состояние. Третий импульс опять переводит триггер DD1 в единичное состояние, при этом второй и третий триггеры остаются состоянии. И т. д. седьмого импульса оказываются в единичном состоянии. Восьмой импульс переводит триггер Т1 в нулевое состояние, положительный перепад напряжения с его выхода Q в нулевое состояние триггер Т2 и такой же перепад напряжения с выхода Q этого триггера в нулевое состояние триггер Т3. Таким образом, после поступления на вход первого триггера восьми импульсов все триггеры возвращаются в исходное состояние. Следовательно, вы смоделировали работу устройства, которое может подсчитать восемь импульсов — двоичного 3-разрядного счетчика.

Вы, конечно, обратили внимание на то, что поступление на вход счетчика каждого импульса увеличивает записанное в него число на единицу, т. е. данный счетчик работает в режиме суммирования. Если же переключить входы триггеров с инверсных выходов на прямые , то каждый входной импульс будет вычитать из записанного в счетчик числа единицу , т. е. счетчик становится вычитающим. В интегральном исполнении эти счетчики не выпускаются, поэтому при необходимости используются так называемые реверсивные счетчики — устройства, которые могут работать в режиме как суммирования, так и вычитания.

Если вы внимательно следили за работой счетчика, то поняли, что максимальное число импульсов, которое он может подсчитать, зависит от числа последовательно включенных триггеров. Так, добавление в описанную выше схему еще двух триггеров даст возможность подсчитывать до 32 импульсов, или, как говорят, получить счетчик с коэффициентом деления 32.

Кроме двоичных счетчиков в цифровой электронике применяются двоичнодесятичные счетчики и счетчики с переменным коэффициентом деления.

Двоично-десятичные счетчики состоят из четырех триггеров, соединенных между собой так, что максимальное количество импульсов, подсчитанное таким счетчиком, не превышает 10. При этом выходной код счетчика представляет собой двоичный эквивалент десятичного числа.

Счетчик с переменным коэффициентом деления строится, как правило, на базе двоичного счетчика, выходы которого подключены к специальной логической схеме. На вход этой схемы подается двоичный код, определяющий коэффициент деления счетчика. Таким образом, после поступления на вход счетчика заданного входным кодом числа импульсов на его выходе появляется отрицательный или положительный импульс.

Читайте так же:
Как устанавливать счетчик меркурий 202

Все счетчики, выпускаемые в интегральном исполнении, обозначаются буквами ИЕ (например, К155ИЕ2, К155ИЕ5, К155ИЕ6)

В начальный момент времени необходимо установить все триггеры образующие счетчик в нулевое состояние, для этого подаем сигнал низкого уровня на выход сброса — R всех элементов. Как только на вход С первого триггера начнут следовать импульсы от генератора по спаду (момент перепада с единицы на ноль) первого импульса первый триггер переключится в единичное состояние. По спаду второго импульса первый триггер переключится в нулевое состояние, а второй – в единичное.

По окончанию третьего импульса 1 и 2 триггеры будут в единичном состоянии. Четвертый импульс переключит их в нулевое состояние, а третий триггер переключится в единичное и т.п.

4. интегральные счетчики и регистры

Счетчиком называется устройство, предназначенное для подсчета числа входных сигналов и хранения в определенном двоичном коде этого числа.

Счетчики – это цифровые автоматы, внутренние состояния которых определяются только количеством сигналов “1”, пришедших на вход. Сигналы “0” не изменяют их внутренние состояния.

Триггер Т -типа является простейшим счетчиком, который считает до двух. Счетчик, образованный цепочкой из m триггеров, сможет подсчитывать в двоичном коде 2 m входных импульсов. Каждый из триггеров в этой цепочке называют разрядом счетчика.

Основная характеристика счетчика – модуль счета , или емкость счетчика K сч . . Это количество поступивших входных сигналов, которое возвращает счетчик в исходное состояние.

Количество триггеров, необходимое для реализации счетчика, равно m = log 2 K сч . , где m – ближайшее большее целое число.

Цифровые счетчики классифицируются следующим образом:

по модулю счета : двоичные, двоично-десятичные или с другим основанием счета, недвоичные с постоянным модулем счета, с переменным модулем счета;

по направлению счета : суммирующие, вычитающие, реверсивные;

по способу организации внутренних связей : с последовательным переносом, с параллельным переносом, с комбинированным переносом, кольцевые.

Классификационные признаки независимы и могут встречаться в различных сочетаниях: например, суммирующие счетчики бывают как с последовательным, так и с параллельным переносом и могут иметь двоичный, десятичный и иной модуль счета.

В суммирующем счетчике каждый входной импульс увеличивает число, записанное в счетчик, на единицу (для счетчиков с естественным порядком счета) и на единицу и более для счетчиков с произвольным порядком счета.

Вычитающий счетчик действует обратным образом: двоичное число, хранящееся в счетчике, с каждым поступающим импульсом уменьшается. Переполнение счетчика наступает при поступлении на его вход количества импульсов большего K сч . .

Реверсивный счетчик может работать в качестве суммирующего и вычитающего. Эти счетчики имеют дополнительные входы для задания направления счета.

Счетчики могут быть как асинхронными, так и синхронными.

Рассмотрим работу суммирующего двоичного счетчика ( K сч. = 2 m ) с естественным порядком счета и с K сч. = 8. Для его построения необходимо m = log 2 8 = 3 триггера, что соответствует трем разрядам двоичного числа.

Таблица состояний такого счетчика имеет вид (табл. 1), причем входной сигнал x n обозначим через 1, Q 3 n – старший разряд, Q 1 n – младший разряд.

Таблица 1

Из анализа таблицы видно:

триггер младшего разряда Q 1 переключается от каждого входного сигнала;

второй разряд Q 2 переключается через два входных сигнала;

третий разряд Q 3 переключается через четыре входных сигнала.

Таким образом, частота переключения каждого следующего триггера уменьшается вдвое. Следовательно, последовательный счетчик можно построить как цепочку последовательно включенных счетных триггеров .

Построим такой счетчик на JK -триггерах, работающих в счетном режиме (рис. 4.1).

Данный счетчик может работать как вычитающий. Для этого необходимо сигналы на входы последующих разрядов подавать с инверсных выходов триггеров предыдущих разрядов.

Так как полученный счетчик – асинхронный, то каждый его триггер переключается с задержкой относительно входного сигнала. Поэтому по мере

Рис. 4.1. Последовательный суммирующий счетчик на JK -триггерах – а ;

временная диаграмма его работы – б

продвижения сигнала от младшего разряда к старшему эта задержка суммируется и может произойти искажение информации, в виде несоответствия числа уже поступивших в счетчик импульсов и кода на его выходах. В общем случае суммарная задержка пропорциональна числу триггеров и для устранения ее влияния на работоспособность счетчика приходится снижать частоту поступления входных импульсов, что снижает, в целом, быстродействие счетчика.

Счетчики с параллельным переносом

Для повышения быстродействия счетчики выполняются с параллельным (сквозным) переносом.

Их особенность заключается в том, что выходы всех предшествующих разрядов счетчика соединяются с входами триггера последующего разряда, поэтому длительность переходного процесса определяется только длительностью переходного процесса одного разряда и не зависит от количества триггеров.

Отсюда следует, что параллельные счетчики – синхронные.

Структура параллельного счетчика не столь очевидна, как структура последовательного счетчика, и для ее выявления необходима определенная процедура синтеза.

В качестве примера синтезируем двоичный параллельный счетчик с K сч. = 8.

Суммирующий счетчик. Процедура синтеза включает следующие операции:

Определяется необходимое количество разрядов m . В данном случае m = log 2 8 = 3.

Строится таблица состояний счетчика. Для рассматриваемого примера возьмем таблицу 1.

Составляются карты переходов триггеров каждого разряда. Карта переходов размечается также как карта Карно, строится по таблице состояний и отображает переход триггера Q i n → Q i n +1 в каждом такте в зависимости от состояний остальных триггеров в такте n (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Карты переходов триггеров счетчика

Например, первой строке табл. 1 соответствует левая верхняя клетка карт переходов. Так как при поступлении первой единицы в счетчик Q 1 должен перейти из нулевого состояния в единичное, а Q 2 и Q 3 должны сохранить состояние нуля, в указанную клетку карты переходов для Q 1 следует поставить 01, а в картах для Q 2 и Q 3 поставить 00 и т.д.

Выбирается тип триггера, например, JK -триггер, для построения счетчика. Используя матрицу переходов JK -триггера, для каждого входа триггера составляются карты Карно, в клетках которых проставляются сигналы, необходимые для обеспечения переходов триггеров, указанных в одноименных клетках карт переходов (рис. 4.3).

Например, для переходов 01 JK -триггера согласно его матрице переходов необходимо подать сигнал J = 1, а сигнал на входе K может быть любым (* – звездочка), поэтому в верхнюю левую клетку карты Карно для J 1 проставляют единицу, а для K 1 – звездочку и т.д.

Рис. 4.3. Карты Карно функций входов триггеров счетчика

5. Проводится минимизация логических функций входов в картах Карно с целью получения их аналитических представлений, показывающих связи между входами и выходами всех триггеров, составляющих счетчик.

Читайте так же:
Dr 2175 картридж сброс счетчика

В процессе минимизации производится доопределение функций там, где это целесообразно, единицами в клетках со звездочками.

В результате получаются следующие функции входов триггеров счетчика:

Строится электрическая схема счетчика, реализуя функции входов (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Параллельный суммирующий двоичный счетчик с K сч. = 8

В качестве триггеров выбраны универсальные JK -триггеры (микросхема К155ТВ1), особенностью которых является наличие логики типа ЗИ на входах J и K и дополнительных R S входов с инверсным асинхронным управлением.

Вычитающий счетчик. Синтез вычитающего счетчика, работающего в соответствии с таблицей переходов обратной таблице 1, включает все рассмотренные выше процедуры и дает следующие функции входов:

Таким образом, вычитающий счетчик отличается от суммирующего тем, что сигналы на входы J и K последующих триггеров необходимо подавать с инверсных выходов триггеров предшествующих разрядов. Так как исходное состояние вычитающего счетчика – единицы во всех разрядах, то организуется общая шина установки по -входам.

Реверсивный счетчик. Такой счетчик должен, в зависимости от сигналов управления, обеспечивать или режим суммирования, или режим вычитания входных сигналов.

Из сравнения функций входов, полученных ранее для суммирующего и вычитающего параллельных счетчиков с K сч. = 8, следует, что сами функции имеют один и тот же вид, только в случае вычитающего счетчика берутся инверсные значения переменных. Следовательно, реверсивный счетчик должен содержать схему управления, обеспечивающую подключение либо прямых, либо инверсных выходов ко входам последующих разрядов, в зависимости от сигналов управления направлением счета T .

Функция входов для реверсивного счетчика будет иметь вид:

J 3 = K 3 = TQ 1 Q 2 ,

а его схема представлена на рис. 4.5.

Счетчик работает в режиме суммирования при T = 1 и в режиме вычитания при T = 0.

Недвоичные счетчики. Счетчик, имеющий K сч.  2 m , называется недвоичным. Состояния (2 m – K сч. ) являются избыточными и исключаются внутри счетчика с помощью обратных связей. Задача синтеза таких счетчиков сводится к определению вида необходимых обратных связей и минимизации их числа.

Процедура синтеза недвоичных счетчиков аналогична вышеизложенной.

Рис. 4.5. Реверсивный двоичный параллельный счетчик с K сч. = 8

Двоично-десятичные счетчики. Двоично-десятичные счетчики имеют K сч. = 10. Их синтезируют на основе четырехразрядного счетчика, исключая N = 2 m – K сч. = 2 4 – 10 = 6 избыточных состояний. Так как исключить можно любые 6 из 16 состояний, то общее число возможных схем построения таких счетчиков достигает приблизительно 76  10 6 . В разных вариантах схем одному и тому же десятичному числу могут соответствовать различные кодовые комбинации, т. е. различные варианты счетчиков работают в различных двоично-десятичных кодах.

4.2. ЦИФРОВЫЕ РЕГИСТРЫ

Цифровыми регистрами называют устройства, функцией которых является хранение и преобразование многоразрядных двоичных чисел. Запоминающими элементами регистра являются триггеры, число которых равно разрядности хранимых чисел. Кроме триггеров регистры содержат также комбинационные схемы, предназначенные для ввода и вывода хранимых чисел, преобразования их кодов, сдвига кодов на то или иное число разрядов. Информация в регистрах хранится, как правило, в течение некоторого количества тактов.

Различают параллельные регистры (регистры памяти), последовательные регистры (регистры сдвига), параллельно-последовательные регистры (например, ввод в параллельном коде, вывод – в последовательном и наоборот).

В регистрах памяти число вводится (выводится) за один такт, а в регистрах сдвига – за m тактов, где m – разрядность чисел.

По способу ввода-вывода информации регистры подразделяются на однофазные и парафазные . В однофазных ввод (и вывод) производится только в прямом или только в обратном коде, в парафазных возможен ввод и вывод как в прямом, так и в обратном кодах.

В параллельных регистрах можно производить поразрядные логические операции с хранимым числом и вновь вводимым. Вид логических операций зависит от типа триггеров, составляющих регистр, и комбинации сигналов управления.

Регистры сдвига применяются для преобразования последова-

тельного кода в параллельный (и обратно), для умножения и деления многоразрядных чисел и т. д.

Параллельные регистры

Структура регистров этого типа представлена на рис. 4.6.

Рис.4.6. Структура параллельного регистра

Изменение хранящейся информации (ввод новой информации) происходит после соответствующего изменения сигналов на входах A при поступлении определенного уровня ( С = 0 или С = 1) или фронта синхросигналов. В качестве разрядов регистра памяти используются синхронизируемые D -триггеры, если информация поступает в виде однофазных сигналов, или RS -триггеры, если информация поступает в виде парафазных сигналов.

Последовательные регистры

В регистре с последовательным вводом (выводом) производится последовательный сдвиг поступающей на вход информации на один разряд вправо в каждом такте синхросигналов (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Структура сдвигового регистра

После поступления m синхроимпульсов весь регистр оказывается заполненным разрядами числа А , и первый разряд числа ( A 0 ) появляется на выходе Q 0 регистра. В течение последующих m синхроимпульсов производится последовательный поразрядный вывод из регистра записанного числа, после чего регистр оказывается полностью очищенным.

Сдвиговые регистры обычно реализуются на синхронных
D -триггерах (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Сдвиговый регистр на D -триггерах со сдвигом вправо

Ввод информации в таком регистре осуществляется только в прямом коде, подаваемом на вход D , и связь между регистрами будет только с прямых выходов предыдущих триггеров на D -входы последующих. Выход может быть как однофазным (с Q 0 ), так и парафазным (с Q 0 и ).

При синтезе последовательного регистра достаточно рассмотреть процесс передачи информации между i -м триггером и либо ( i + 1)-м (при сдвиге вправо), либо ( i – 1)-м триггером (при сдвиге влево).

При построении последовательных регистров со сдвигом влево требуется произвести переключение входов триггеров таким образом, чтобы состояние i -го триггера изменялось в соответствии с состоянием ( i – 1)-го триггера.

Для построения реверсивного сдвигового регистра необходимо между его триггерами включать устройства управления направлением сдвига. Эти устройства в зависимости от единичного сигнала, поступившего либо по шине T с. прав. , либо по шине T с. лев. , должны подключать входы каждого триггера регистра к выходам предыдущего или к выходам последующего триггеров.

При построении сдвиговых регистров обязательным является применение триггеров, синхронизируемых фронтом. В противном случае за время действия одного синхросигнала информация в регистре продвигается более чем на один разряд, т. е. нормальное функционирование регистра – сдвиг на один разряд за один такт – нарушается.

Функциональные возможности сдвигового регистра можно расширить, если его дополнить входами параллельной загрузки и выходами всех разрядов регистра для параллельной выдачи информации.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector