Azotirovanie.ru

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

Счетчики с последовательным переносом

Счетчики с последовательным переносом

Счётчиками называются цифровые автоматы, предназначенные для счёта импульсов. Счётчик имеет счётный вход, на который поступает последовательность импульсов, и n выходов, на которые он выдаёт код, соответствующий количеству поступивших на вход импульсов. Если при поступлении импульса на вход выходной код увеличивается на 1, счётчик называется суммирующим. Если же наоборот, код уменьшается на 1, то счётчик называется вычитающим. Число состояний счётчика называется модулем пересчёта K, или ёмкостью счётчика. Для двоичного n-разрядного счётчика K = 2 n .

Счётчики строятся на основе T-триггеров. Для установки в исходное (нулевое) состояние счёт­чик должен иметь вход сброса R.

Асинхронный счетчик с последовательным переносом. Структурная схема и временная диаграмма 3-разрядного суммирующего счётчика показаны на рис. 7.19.

По сигналу на входе R (в данном случае «1») счётчик сбра­сывается, т. е. все выходы Qi устанавливаются в «0». Для 3-разрядного счётчика модуль пересчёта K = 2 3 = 8. Через каждые 8 импульсов состояния счётчика пов­торя­ются. Из временной диаграммы легко видеть, что код на выходе счётчика соответству­ет числу импульсов, поступивших на вход. Например, после переднего фронта 3-го им­пуль­­­са, состояние выходов Q1 = 1, Q2 = 1, Q3 = 0, что соответствует десятичному числу 3 (011).

При поступлении на вход +1 сигнала с частотой f на выходах Q1, Q2, Q3 формируются сигналы с частотами f/2, f/4, f/8, т. е. счётчик можно использовать в качестве делителя частоты.

Структурная схема и временная диаграмма вычитающего двоичного счётчика приведены ниже на рис. 7.20. От схемы суммирующего счетчика эта схема отличается только тем, что на входы триггеров подаётся сигнал с прямого, а не с инверсного выхода предыдущего триггера.

Для двоичного n-разрядного счетчика имеет место соотношение

Поэтому еще один вариант вычитающего двоичного счётчика можно получить, если в схеме суммирующего счетчика в качестве выходов счетчика использовать не прямые, а инверсные выходы разрядных триггеров. Ниже приведено условное изображение двоичного 4-разрядного счетчика (рис. 7.21).

Реверсивные счетчики с последовательным переносом. В некоторых случаях необходимо, чтобы счетчик мог работать как в прямом, так и в обратном направлении счета. Такие счетчики называются реверсивными. Они строятся путем использования логических коммутаторов (мультиплексоров) в цепях связи между триггерами. Так, например, асинхронный реверсивный двоичный счетчик можно построить, если обеспечить подачу сигналов с прямого (при суммировании) или с инверсного (при вычитании) выхода предыдущего JK- или Т-триггера на счетный вход последующего. Схема трехразрядного счетчика с общим входом сброса R, с входом направления счета U, с разрядными выходами Q0, Q1, Q2 приведена на рис. 7.22.

Если на вход U подан сигнал «1», то счетчик работает в режиме суммирования. Мультиплексоры И-ИЛИ (2 в 1) открывают свой верхний канал и пропускают на выход сигнал с прямого выхода предыдущего разрядного триггера. Когда на вход U подан сигнал «0», тогда счетчик работает в режиме вычитания. Мультиплексоры И-ИЛИ (2 в 1) открывают свой нижний канал и пропускают на выход сигнал с инверсного выхода предыдущего разрядного триггера. Если на вход сброса R поступает сигнал «1», то счетчик обнуляется.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Счетчик называется реверсивным если он

Сейчас просматривают эту тему:

а также: 1 гость, 0 скрытых пользователей.

Форум Теплопункта » Учет тепла, воды, газа, пара » Реверсивный расходомер- необходимость или

Реверсивный расходомер- необходимость или

Всего сообщений: 51
Ссылка

Дата регистрации на форуме:
5 апр. 2011

Всего сообщений: 936
Ссылка

Дата регистрации на форуме:
24 июня 2008

Да нет, это я знаю, и по каждой трубе — тоже автоматически. Загадка в том — зачем людям понадобилось пускать воду сразу по обеим, им что, одной мало?

Дмитрий Анисимов
Откуда: Верхняя Салда
Всего сообщений: 8033
Ссылка

Дата регистрации на форуме:
1 мар. 2008

Так они ее может и не пускают (исключение — нештатные режимы, о которых говорилось в самом начале темы). Но в теплосчетчике сама возможность учитывать тепло по «двум входящим» образуется сама собою. Поэтому возможность есть, а нужна ли она — да какая разница?

Что касается «летнего режима», когда в открытых системах горячая вода на нужды ГВС подается через обратку тепловой сети, то в наших краях он используется сплошь и рядом.

Откуда: Тольятти
Всего сообщений: 1055
Ссылка

Дата регистрации на форуме:
5 мар. 2008

А вот это просто трактовка текста Правил. Интересно в таком виде она есть в каком-либо разъяснении от официальных инстанций? На мой взгляд здесь возможны варианты, как минимум два:
1. Этот пункт ПУТЭиТ-95 действительно предъявляет только требования к погрешности каждого во отдельности расходомера. Тогда это явная ляпа ПУТЭиТ, т.к. они предъявляют требования к точности измерения параметров, за которые непосредственно оплаты не требуется — а именно только за величину цирк.расхода никто никому деньги не выставляет. И в то же время ПУТЭиТ не выставляют требований к точности измерения величины, которая оплачивается непосредственно, а именно к величине разбора теплоносителя на ГВС, ну и на другие разные утечки.
2. С другой стороны в Правилах не написано, что 2% — это именно требуемая точность измерения расхода теплоносителя одним (или каждым) расходомером. Там написано (по памяти), что «расходомеры должны измерять расход теплоносителя с погрешностью не более 2% в диапазоне расходов 1:25», ну или близкое к этому. А что, расход теплоносителя на ГВС, определенный как разность расходов в подающем и обратном трубопроводе, это не расход теплоносителя, который тоже надо измерять с погрешностью не более 2%? Я считаю, что и его надо тоже определять с точностью не хуже 2% в диапазоне расходов 1:25.

Читайте так же:
Схемы с синхронными счетчиками

На мой взгляд просто первая трактовка этого пункта наиболее отвечает текущему «технико-политическому» моменту, когда в соблюсти в открытой системе требование измерения разницы расходов с точностью 2% не под силу в принципе ни одному теплосчетчику (кроме ДИС). Именно поэтому все и трактуют персловутые 2% соответствующим образом. А что имели в действительности в виду в этом пункте разработчики ПУТЭиТ-95 — не известно. И если они действительно имели в виду, что можно использовать два расходомера с погрешностью 2% на подаче и обратке, то как они вообще рассчитывали получить итоговую погрешность 4% по тепловой энергии? — не слишком ли это откровенный ляп? Или все таки имелась в виду приведенная выше трактовка этого пункта за №2?

Всего сообщений: 582
Ссылка

Дата регистрации на форуме:
22 мар. 2008

Авторы «Правил-95», конечно, звёзд с неба не хватали, и у меня, как и у многих, к ним претензий вагон и немаленькая тележка, что и говорить, но это всё-таки специалисты, и предполагать, что они могли нормировать в документе погрешность разницы расходов — это уж извините, не надо их держать за лохов. Но если всё-таки есть сомнения, можно же задать вопрос Звенигородскому — он, писавший как раз раздел о погрешностях, по-моему, до сих пор работает, где и работал, в отличие от Рябинкина, который, как я понял, от дел отошёл и только консультирует в какой-то фирме, забыл, в какой.

Что касается вопроса об алгоритмах для случаев реверсанереверса, я никак не могу понять, какие такие трудности могут быть у авторов резидентных программ для контроллеров тепловычислителей, чтобы учесть все варианты без потери общности — подумаешь, бином Ньютона! Конечно, если в погоне за дешевизной разработки набрать студентов, которым лишний раз оттестировать программу в процессе отладки в лом, то можно и здесь проблему увидеть. Помню, помню, как в одной не самой мелкой фирме меня уверяли, что тут «не всё так просто, как на первый взгляд кажется», а через пару лет признались, что их программеры, юные весьма, просто за нос водили, разводя на немаленькие деньги. Другое дело, что программеры часто не вполне понимают суть процесса, для которого пишут резидентуру, так для этого есть в фирме специалист, который должен им ТЗ изваять, а то и блок-схему, если парни совсем тундровые. Вот АДЛ тут на пальцах в трёх словах рассказал почти всё, что требуется, и даже непрофессионалам понятно, по-моему.
. Иногда, впрочем, программу пишет сам электронщик, который тоже в техникефизике процессов по теплу не догоняет. Короче, нет тут проблемы никакой, давно надо было реализовать во всех ТВ. коли живём в условиях Российской системы теплоснабжения.

Дмитрий Анисимов
Откуда: Верхняя Салда
Всего сообщений: 8033
Ссылка

Дата регистрации на форуме:
1 мар. 2008

Кому именно официальные инстанции должны объяснить смысл слов:

«ТРЕБОВАНИЯ К МЕТРОЛОГИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ПРИБОРОВ УЧЕТА».

Тем, кто не знает русский язык?

А уж понимать слова (цитирую ДОСЛОВНО):

«водосчетчики должны обеспечивать измерение массы (объема) теплоносителя с относительной погрешностью не более 2%»

«водосчетчики должны обеспечивать измерение разности масс (объемов) с относительной погрешностью не более 2%» —

это, извините, или бред, или — надеюсь — шутка.

Что касается вот этого —

Aндрей Чигинев написал:

то в Правилах ни слова не сказано о том, что погрешность «по теплу» в 4% должна обеспечиваться именно при двухпроцентных погрешностях измерений масс. В Правилах есть два отдельных требования. Одно (п.5.2.4) — к метрологическим характеристикам входящих в состав теплосчетчика расходомеров (водосчетчиков). Как уже было сказано выше, водосчетчики должны иметь погрешность НЕ БОЛЕЕ 2%. Специально подчеркиваю — не 2%, а НЕ БОЛЕЕ 2%. Менее — можно. Другое требование (п.5.2.2) — к метрологическим характеристикам теплосчетчика в целом, т.е. к погрешности измерений тепловой энергии. Она должна быть не более 4% при дельта тэ более 20 градусов.

Эти два требования ни в чем не противоречат друг другу. Если расходомер имеет погрешность более 2%, его просто вообще нельзя применять в составе теплосчетчика. Если 2 ИЛИ МЕНЕЕ — можно. Но если при этом «итоговая» погрешность, т.е. погрешность измерений тепловой энергии, превышает 4% — нужно применять еще более точные расходомеры. Общеизвестно, что в закрытой системе при двухпроцентных расходомерах погрешность в 4% «по теплу» обеспечивается. В открытой — нет, там нужно применять однопроцентные расходомеры. Или полупроцентные. Т.е. любые, погрешность которых по расходу НЕ ПРЕВЫШАЕТ 2%, и ПРИ ЭТОМ обеспечивается погрешность 4% «по теплу».

Читайте так же:
Счетчик каскад 200 инструкция

Дмитрий Анисимов
Откуда: Верхняя Салда
Всего сообщений: 8033
Ссылка

Дата регистрации на форуме:
1 мар. 2008

Сижу вот и помню ,что все это было, было, было. Точно, нашел — 13 февраля 2010 года:

Дмитрий Анисимов написал:

«Правила устанавливают требования к метрологическим характеристикам приборов учета для условий эксплуатации, определенных Договором. Измерение тепловой энергии горячей воды должно осуществляться теплосчетчиками с относительной погрешностью не более 5% при разности температур от 10 до 20 гр.С и не более 4% — при разности температур более 20 гр.С. Измерение массы (объема) теплоносителя должно осуществляться теплосчетчиками с относительной погрешностью не более 2% в диапазоне расходов 1:25.

Что это означает? Это означает, что приборы подбираются для данных конкретных условий эксплуатации. Расходомер, который в составе теплосчетчика при данных условиях не обеспечит погрешность измерения массы 2% и менее, я применить не могу никак, с ходу, по умолчанию. Расходомер, который в составе теплосчетчика обеспечит погрешность 2% и менее, но при этом теплосчетчик не обеспечит погрешность измерения тепловой энергии 4% и менее, я применить также не могу. Т.е. в закрытой системе я могу применять в составе теплосчетчика двухпроцентные расходомеры, в открытой должен использовать однопроцентные. И Правила в этом нам абсолютно никак не противоречат. .

И еще. В сфере теплоучета я начал работать в 1996 году. Работал с теплорегистратором КАРАТ — универсальным вычислителем, к которому можно было подключать практически любые преобразователи расхода, температуры, давления. НО существовала Методика выполнения измерений, в которой было четко расписано, в какой системе какие преобразователи можно использовать, и какие погрешности при этом будут обеспечены. Никаких «2 и 4 по Правилам» — только «не более 2 и не более 4″ в любой из реализуемых схем учета за счет использования преобразователей с подходящими для этого (а не с предельными по Правилам) характеристиками.»

Назначение и типы счетчиков

Счетчик — цифровое устройство, предназначенное для подсчета входных импульсов, в интервале между которыми счетчик должен хранить информацию об их количестве. Счетчик состоит из триггеров. Между собой триггеры соединяются таким образом, что каждому числу импульсов соответствует единичное состояние определенного триггера. При этом совокупность нулей и единиц на выходах n-ячеек счетчика представляет собой n-разрядное число, которое определяет количество прошедших на входе импульсов. Поэтому ячейки счетчика называют его разрядами. Каждый разряд счетчика может находиться в двух состояниях. Число устойчивых состояний, которое может принимать данный счетчик, называют емкостью счетчика, модулем счета или коэффициентом пересчета.

Если с каждым входным импульсом зарегистрированное в счетчике число увеличивается, то такой счетчик является суммирующим, если же это число уменьшается, то вычитающим. Счетчик, работающий как на сложение, так и на вычитание, называется реверсивным счетчиком.

Счетчик, у которого под воздействием входного импульса состояния переключающихся разрядов изменяются последовательно друг за другом, называется счетчиком с последовательным переносом. Если же переключение происходит одновременно (или почти одновременно) — счетчиком с параллельным переносом.

Счетчики имеют внутреннюю память и представляют собой более высокий уровень сложности цифровых микросхем, чем, например, регистры. 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.

Как следует из самого названия, счетчики предназначены для счета входных импульсов. С приходом каждого нового входного импульса двоичный код на выходе увеличивается или уменьшается на единицу. Срабатывать счетчик может по спаду входного тактового сигнала. Режим счета обеспечивается использованием внутренних триггеров. Каждый выход счетчика представляет собой разряд двоичного кода, причем разряд, переключающийся чаще других (по каждому входному импульсу), будет младшим, а разряд, переключающийся реже других — старшим.

Счетчик работает на увеличение входного кода по каждому входному импульсу, это основной режим, имеющийся во всех счетчиках, он называется режимом прямого счета. Счетчик может также работать на уменьшение выходного кода по каждому входному импульсу, это режим обратного или инверсного счета, предусмотренный в инверсных счетчиках. Инверсный счет бывает довольно удобен в схемах, где необходимо отсчитывать заданное количество входных импульсов.

По быстродействию все счетчики делятся на три большие группы:

1. Асинхронные или последовательные счетчики

2. Синхронные счетчики с последовательным переносом

. Синхронные или параллельные счетчики

Принципиальные различия между этими группами проявляются только на втором уровне представления, на уровне модели с временными задержками. Больше всего различия эти проявляются при каскадировании счетчиков. Наибольшим быстродействием обладают синхронные счетчики, наименьшим — асинхронные счетчики, наиболее просто управляемые среди других. Каждая группа счетчиков имеет свои области применения.

Читайте так же:
Счетчик от 1 до миллиона

Проектирование цифрового устройства для реализации типовых микроопераций
Разработать функциональную и принципиальную схему операционного устройства исходя из основных параметров по вариантам. Также требуется предоставить блок схемы алгоритмов выполнения опе .

Проект цифровой радиорелейной линии г. Волгоград – г. Астрахань
Связь всегда имела большое значение в жизни людей. Особенную важность связь приобрела в последние годы, поскольку многие сферы деятельности человека, например бизнес, напрямую зависят от .

Проектирование систем автоматизации электрических железных дорог
Последнее десятилетие характеризуется существенным совершенствованием систем телемеханики и расширением областей их применения. Это обусловлено новейшими достижениями микроэлектроники и .

4. интегральные счетчики и регистры интегральные счетчики

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 Kсч.. Это количество поступивших входных сигналов, которое возвращает счетчик в исходное состояние.

Количество триггеров, необходимое для реализации счетчика, равно m = log2 Kсч., где m – ближайшее большее целое число.

Классификация счетчиков

  • 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.

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 Kсч..

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.

Последовательные счетчики

Рассмотрим работу суммирующего двоичного счетчика (K сч. = 2 m ) с естественным порядком счета и с K сч. = 8. Для его построения необходимо m = log2 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, Q3 n – старший разряд, Q1 n – младший разряд.

Таблица 1

x nQ3 nQ2 nQ1 nQ3 n +1Q2 n +1Q1 n +1
1

  • триггер младшего разряда Q1 переключается от каждого входного сигнала;
  • второй разряд Q2 переключается через два входных сигнала;
  • третий разряд Q3 переключается через четыре входных сигнала.

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.

  1. Определяется необходимое количество разрядов m. В данном случае m = log2 8 = 3.
  2. Строится таблица состояний счетчика. Для рассматриваемого примера возьмем таблицу 1.
  3. Составляются карты переходов триггеров каждого разряда. Карта переходов размечается также как карта Карно, строится по таблице состояний и отображает переход триггера QinQin +1 в каждом такте в зависимости от состояний остальных триггеров в такте n (рис. 4.2).
101010100101101000111001
  1. 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).

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.

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

  1. 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:

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 mK 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 mK 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

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) появляется на выходе Q 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), так и парафазным (с Q 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 Tс. прав. , либо по шине Tс. 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.

Изучение различных схем счетчиков и их функционирования

Изучение различных схем счетчиков и их функционирования, приобретение навыков в определении характеристик счетчиков.

Основные теоретические положения

Счетчик предназначен для подсчета числа поступающих на вход импульсов в произвольной системе счисления.

В данной работе используются двоичные счетчики. Они строятся на основе Т-триггеров, которые получаются из синхронного D-триггера путем соединения его инверсного выхода с входом D.

Файлы для моделирования счетчиков расположены в папке Lab_4_2Модели.

1 Суммирующий асинхронный двоичный счетчик

На рисунке 1 представлен асинхронный суммирующий счетчик. Подсчитываемые сигналы подаются на вход D. Переключение триггеров происходит по переднему фронту входного сигнала. Для сброса триггеров используется асинхронный приоритетный вход R(инверсное значение). Выходным сигналом счетчика является двоичный код Q2Q1Q, его возможные наборы записаны в таблице 1.

Рис. 1 Трехразрядный асинхронный суммирующий двоичный счетчик

Состояния трехразрядного счетчика Таблица 1

Каждый поступающий на вход счетчика импульс переводит триггер D1 в противоположное состояние. Сигнал с инверсного выхода предыдущего триггера является входным сигналом для последующего.

Триггеры переключаются в разные моменты времени, поэтому счетчик называется асинхронным.

Характеристикой счетчика является коэффициент пересчета KСЧ =2 3 . Максимальное число импульсов, которое может подчитать счетчик N = 2 3 -1. После поступления восьмого импульса D, счетчик возвращается в исходное состояние.

Счетчик является преобразователем импульсного кода в некоторый двоичный код.

2 Вычитающий асинхронный двоичный счетчик

Если на счетный вход каждого последующего триггера счетчика подавать сигнал с прямого выхода предыдущего триггера, то счетчик будет производить операцию вычитания (табл. 1, рис.2).

Рис. 2 Трехразрядный асинхронный вычитающий двоичный счетчик

Инверсия выходных данных счетчика позволяет изменять операцию суммирования на вычитание и обратно (рис. 3).

Рис. 3 Трехразрядный асинхронный

суммирующий-вычитающий двоичный счетчик

3 Реверсивные двоичные счетчики

Счетчики, способные выполнять операции сложения и вычитания согласно сигналу управления, называются реверсивными (рис. 4).

По сигналу U1 =0, U2 =1 счетчик работает, как суммирующий. При U1 =1, U2 =0 схема выполняет функцию вычитающего счетчика. Переключение через комбинацию управляющих сигналов U1 =1, U2 =1. Вход R для сброса.

Рис. 4 Трехразрядный реверсивный двоичный счетчик

4 Счетчики по модулю n

Для построения счетчика с требуемым коэффициентом пересчета, отличным от величины 2 n (n — число двоичных разрядов счетчика), используется принудительный сброс счетчика в исходное состояние при достижении счетчиком запрещенного кода.

Модель суммирующего асинхронного счетчика с KСЧ= 5 представлена на рисунке 5. После формирования последнего числа из ряда целых чисел 0, 1,…, 4, осуществляется переход к 0 (а не к 5). Двоичные коды чисел 5, 6, 7 являются запрещенными, и их появление приводит к сбросу данных во всех разрядах счетчика. Выявление запрещенных комбинаций осуществляют логические элементы 2И-НЕ. Недостатком схемы является кратковременное появление запрещенного состояния перед сбросом.

Рис. 5 Счетчик по модулю 4

В представленной на рисунке 6 схеме счетчика выявляется факт попадания в состояние, которое предшествует запрещенному состоянию (код 100). С приходом очередного входного сигнала происходит сброс данных. Поэтому запрещенное состояние на выходах не появляется.

Рис. 6 Счетчик по модулю 4

5 Счетчик Джонсона

Данное устройство является также циклическим регистром, но часто применяется в качестве счетчика или делителя частоты. На рис. 7 счетчик реализован на D-триггерах, на рис. 8 – на JK-триггерах. Разница заключается в выборе момента переключения тактовым сигналом.

Рис. 7 Счетчик Джонсона на D-триггерах

Рис. 8 Счетчик Джонсона на JK-триггерах

Счетчики используются в цифровых устройствах управления, обработки и преобразования информации. Помимо указанных функций счетчики иногда также могут выполнять функции приема и выдачи кода.

Изучить работу двоичных счетчиков (рисунки 1…8), определить логические сигналы на их выходах.

Определить назначение счетчика, модель которого в файле: L4_C_04.ewb. Ответ указать в таблице 2, удалив лишнее.

Таблица к заданию 2 Таблица 2

Назначение триггера

Суммирующий асинхронный двоичный счетчик

Вычитающий асинхронный двоичный счетчик

Реверсивные двоичные счетчики

Счетчики по модулю n

С помощью реверсивного счетчика (рис. 4) провести подсчет импульсов от 0 до 4 в режиме суммирования (файл L4_C_05.ewb). Затем переключиться в режим вычитания (через комбинацию управляющих сигналов U1 =1, U2 =1) и считать от 4 до 0.

Перед повторением моделирования рекомендуется осуществлять сброс. В процессе подачи входного сигнала не оставлять выключатель D в замкнутом состоянии. Результаты занести в таблицу 3.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector