Временная диаграмма счетчика по модулю 16

Временная диаграмма счетчика по модулю 16

Цель работы: изучить принцип работы счетчиков.

Ход работы

Почти каждая сложная цифровая система содержит несколько счетчиков. Назначение счетчика очевидно: это подсчет числа некоторых событий или временных интервалов, либо упорядочение событий в хронологической последовательности. Кроме того, счетчики могут выполнять и не столь очевидные функции: их, например, можно использовать для адресации, в качестве делителей частоты и элементов памяти. Цифровую схему, выполняющую функцию счета, можно собрать из триггеров.

Счетчики со сквозным переносом

Процедуры двоичного и десятичного счета иллюстрируются в таблице на рисунке. Используя только 4 двоичных разряда (D,C,B и А), мы можем считать от 0000 до 1111 (от 0 до 15 в десятичной системе). Столбец А таблицы соответ­ствует двоичному разряду единиц или самой младшей зна­чащей цифре. Обычно используется термин «самый млад­ший разряд» (СМР). Столбец D соответствует двоичному разряду восьмерок или старшей значащей цифре. Обычно используется термин «самый старшин разряд» (ССР). В столбце единиц цифры изменяются на­иболее часто. Если нам нужен счетчик, который считает от 0000 до 1111 (в двоичной системе), у него должно быть 16 раз­личных выходных состояний. Такой счетчик называется счетчиком по модулю 16. Модульсчетчика-это число раз­личных состояний, через которые проходит счетчик в про­цессе одного полного цикла счета.

Логическая схема счетчика по модулю 16

Функциональная схема счетчика по модулю 16, соста­влена из четырех JK-триггеров. Каждый JK-триггер работает в режиме переключения (J=К=1). Пусть в начальный момент состояния выходов счетчика соответствуют двоичному числу 0000 (счетчик очи­щен). При поступлении тактового импульса 1 на синхрони­зирующий вход (CLK) триггера Т1 этот триггер переклю­чается (при прохождении среза импульса) и на индикаторе появляется двоичное число 0001. Тактовый импульс 2 воз­вращает триггер Т1 в исходное состояние 0 (Q = 0), что в свою очередь приводит к переключению триггера Т2 в о стояние 1 (Q=1). На индикаторе появляется число 0010. Счет продолжается: срез сигнала на выходе каждого триггера запускает следующий триггер. Возвращаясь к таблице, мы видим, что цифры (1 или 0) в столбце А (единиц) изменяются на каждом этапе счета. Другими словами, триггер Т 1 переключается с приходом каждого но­вого тактового импульса. Как видно из столбца В, триггер Т2 переключается в 2 раза реже триггера Т1. Вообще каждый более старший разряд в таблице «пере­ключается» в 2 раза реже предыдущего.

Счетная последовательность для счетчика по модулю 16

Работу счетчика по модулю 16 в процессе счета до 10 (двоичное число 1010) иллюстрируют временные диа­граммы. Синхронизирующему входу соответ­ствует самая верхняя диаграмма. Диаграммы для выходов Q триггеров TI, Т2, ТЗ, Т4 приведены ниже. Под диаграм­мами указаны двоичные числа, соответствующие раз­личным состояниям счетчика. Обратим особое внимание на вертикальные линии. Они показывают, что тактовые импульсы запускают только триггер Т1, триггер TI запускает триггер Т2, триггер Т2 запускает триггер ТЗ и г.д. Поскольку каждый триггер воздействует только на один (следующий за ним) триггер, то для переключения всех триггеров необходимо некоторое время. Например в точке а на импульсе 8 тактовый импульс запускает триггер Т1, вызывая его переключение в состояние 0. Это в свою очередь приводит к переключению триггера Т2 из состояния 1 в состояние 0. Затем точно так же переклю­чается триггер ТЗ. В момент установки на выходе Q тригге­ра ТЗ уровня логического 0 запускается триггер Т4, который переключается из состояния 0 в состояние I. Мы видим, что изменение состояний последовательно («насквозь») распространяется по цепочке триггеров. Поэтому рассматриваемый счетчик называют счетчиком со сквозным переносом.

Временная диаграмма счетчика по модулю 16

Данный счетчик можно назвать не только счетчиком со сквозным переносом, но и счетчиком по модулю 16, 4-разрядным счетчиком или асинхронным счетчиком. Каждое из названий характеризует рассматриваемую схему с какой-то одной стороны. Определения «со сквозным переносом» и «асинхронный» говорят о том, что запуск триггеров в счетчике осуществляется не в одно и го же время. Название «счетчик по модулю 16» отражает число различных состояний, «проходимых» счетчиком и одни полный цикл счета. Определение «4-разрядный» указывает число двоичных разрядов на выходе счетчика.

Задания для самопроверки

1. На рисунке показана схема 2-разрядного асинхронного счетчика;

2. На рисунке показана схема асинхронного счетчика по модулю 4;

3. Каждый JK-триггер в схеме счетчика на рисунке работает в

режиме переключения, так как на входах J и К действует высокий уровень сигнала.

4. На индикаторе (двоичном входе счетчика) после каждого из 6 входных импульсов показанных на рисунке мы увидим: импульс

Вывод: В данной лабораторной работе я изучила принцип работы счетчиков со сквозным переносом.

Счетчики по mod M. Реверсивные счетчики. Синтез последовательных схем

Счётчик числа импульсов — устройство, на выходах которого получается двоичный (двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчики могут строиться на T-триггерах. Основной параметр счётчика — модуль счёта — максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначают через СТ (от англ. counter).

• по числу устойчивых состояний триггеров: на двоичных триггерах, на троичных триггерах, на n-ичных триггерах
• по модулю счёта: двоично-десятичные (декада): двоичные, с произвольным постоянным модулем счёта, с переменным модулем счёта;
• по направлению счёта: суммирующие, вычитающие, реверсивные;
• по способу формирования внутренних связей: с последовательным переносом, с параллельным переносом, с комбинированным переносом; кольцевые;
• по способу переключения триггера: синхронные; асинхронные.

Счетчик (Сч) — последовательностная схема, преобразующая поступающие на вход импульсы в код Q, пропорциональный их количеству. Большинство счетчиков снабжено выходом переноса CR. Для двоичного и двоично-десятичного кода, как впрочем и для других систем счисления, справедливы следующие соотношения:

• Q = (D + SUM(C)) mod M
• CR = (D + SUM(C)) M

В этих формулах: Q — код на выходах счетчика, D — начальное значение записанное в счетчик, SUM(C) — сумма импульсов поступивших на вход в процессе счета и M — модуль счета или число различных состояний счетчика (число импульсов поступивших на счетный вход, после которых счетчик возвращается в исходное состояние), CR — число импульсов переноса, возникающих при возврате счетчика в исходное состояние на одноименном выходе, mod — операция нахождения остатка при делении на M, — операция целочисленного деления . Если D = 0 и SUM(C) < M, то очевидно, что Q = SUM(C) и CR = 0. C приходом каждого M-ного импульса счетчик возвращается в исходное состояние.

Пример: пусть D =17, SUM(C) = 9, M = 8, тогда Q = 26 mod 8 = 2, а CR = 3.

Реверсивный счетчик. Схема двухразрядного счетчика с общим входом сброса R, выходом переноса CR при суммировании и выходом переноса BR при вычитании приведена на рис. внизу.



Предположим, что начальное значение кода равно 2 (Q1 = 1 и Q0 = 0). Рассмотрим режим суммирования, когда на входе "-1" — действует ноль, а на вход "+1" приходит импульс. Отрицательный фронт входного импульса не пройдет через верхний канал мультиплексора "2 в 1", выполненного на элементе И-ИЛИ-НЕ, этому препятствует старое значение Q0=0. На входах нижнего канала действует конъюнкция единицы (

Q0 = 1) и нуля. Поэтому сигнал на выходе мультиплексора равен нулю и триггер T1 сохраняет старое значение.Через время, равное задержке элемента ИЛИ отрицательный фронт поступит на счетный вход триггера T0, и еще через время задержки триггера на его выходах установится новое значение Q0 = 1 (

Q0 = 0). При этом верхний канал открывается для прохождения отрицательного фронта счетного импульса, но т.к. длительность фронта t1,0 значительно меньше суммарного времени задержки tзд = tзд.р.ИЛИ + tзд.р.триггера, на входах "+1" и "-1" к этому времени действуют нули и выходной сигнал мультиплексора по прежнему равен 0. Триггер T1 остается в прежнем состоянии. Новый код на выходах счетчика увеличился на 1 и стал равен Q1Q0 = 11 = 3, до следующего импульса.

Рассмотрим режим вычитания, когда на входе "+1" — действует ноль, а на вход "-1" приходит импульс. Отрицательный фронт входного импульса беспрепятственно пройдет через нижний канал мультиплексора, т.к.

Q0 = 1 и переключит триггер T1. Спустя время tзд новый код появится и на выходах триггера T0, но отрицательный перепад c выхода

Q0 не пройдет на счетный вход триггера T1, по причине того, что сигнал на входе "-1" к этому времени уже равен нулю. Старый код 10 на выходах счетчика сменился кодом 01, т.е. уменьшился на 1.

Примерно так выполнены счетчики типа 1533ИЕ6 и 1533ИЕ7, с дополнительным асинхронным входом

L параллельной записи начального кода. Их обозначения приведены на рисунке.



В некоторых счетчиках предпочтительней иметь один тактовый вход и вход управления направлением счета. Для этого к входам "+1" и "-1" подключают демультиплексор "1 в 2". В этом случае, если управляющий сигнал U/

Down) = 1, тактовые импульсы C поступают на вход суммирования, а если он равен нулю — на вход вычитания. Счетчик такого типа приведен на рисунке внизу.



Основное преимущество счетчиков последовательного типа – простота схемы. Увеличение разрядности достигается подключением дополнительных триггеров к выходу последнего триггера. В суммирующем счетчике каждый входной импульс увеличивает на единицу число, записанное в счетчик. В вычитающем счетчике — каждый входной импульс уменьшает на единицу число, записанное в счетчик.

Счетчики ЭВМ: назначение, логика работы.

Счетчик — устройство для подсчета числа входных импульсов. Счетчик можно реализовать на нескольких триггерах.

по модулю счёта:

с произвольным постоянным модулем счёта;

с переменным модулем счёта;

по направлению счёта:

по способу формирования внутренних связей:

с последовательным переносом;

Символом счетчиков на схемах служат буквы СТ (от англ. counter — счетчик), после символа проставляют число, характеризующее модуль счета (например, 2 или 10 — СТ2, СТ10).

Основными эксплуатационными показателями счетчика являются емкость и быстродействие. Емкость счетчика, численно равная коэффициенту счета, равна числу импульсов за один цикл.

В суммирующих счетчиках каждый входной импульс увеличивает число на его выходе на единицу, в вычитающих счетчиках каждый входной импульс уменьшает это число на единицу. Наиболее простые счетчики — двоичные. Счетчики можно реализовать на триггерах, которые соединяют последовательно. Выход каждого триггера действует на тактовый вход следующего. Для того чтобы реализовать суммирующий счетчик, необходимо счетный вход очередного триггера подключать к инверсному выходу предыдущего. Для того чтобы изменить направление счета (реализовать вычитающий счетчик), используют следующие способы:

а). считывание выходных сигналов счетчика не с прямых, а с инверсных выходов триггеров;

б). изменение структуры связей в счетчике. Подача на счетный вход следующего триггера сигнала не с инверсного, а с прямого выхода предыдущего триггера.

Реверсивный счетчик может работать в качестве суммирующего и вычитающего. Эти счетчики имеют дополнительные входы для задания направления счета. Режим работы определяется управляющими сигналами на этих входах. В программе EWB такие счетчики представлены ИМС 74163 и 74169 (К155ИЕ18, ИЕ17).

Главное достоинство счетчиков с последовательным переносом — простота схемы. Увеличение разрядности осуществляется подключением дополнительных триггеров к выходу последнего триггера. Основной недостаток счетчиков с последовательным переносом — сравнительно низкое быстродействие, поскольку триггеры срабатывают последовательно, один за другим. Счетчики этого класса в библиотеке EWB не представлены.

Счетчики с последовательным переносом представляют собой цепочку триггеров, в которой импульсы, подлежащие счету, поступают на вход первого триггера, а сигнал переноса передается последовательно от одного разряда к другому.

Счетчики с параллельным переносом состоят из синхронных триггеров. Счетные импульсы подаются одновременно на все тактовые входы, а каждый из триггеров цепочки служит по отношению к последующим только источником информационных сигналов. Срабатывание триггеров параллельного счетчика происходит синхронно, и задержка переключения всего счетчика равна задержке одного триггера. В таких счетчиках используются JK- и D-триггеры. В схемном отношении они сложнее счетчиков с последовательным переносом. Число разрядов у этих счетчиков обычно невелико (4. 6), поскольку с повышением числа разрядов число внутренних логических связей быстро растет.

Счетчики с параллельным переносом (их чаще называют синхронными) в библиотеке EWB представлены счетчиками 74160, 74162, 74163 и 74169 (аналоги — К155ИЕ9, ИЕН, ИЕ18, ИЕ17 соответственно).

Счетчики с параллельным переносом применяются в быстродействующих устройствах. Они обладают более высокой помехоустойчивостью, так как в паузах между импульсами триггеры счетчика блокированы. К их недостаткам следует отнести меньшую нагрузочную способность отдельных разрядов из-за дополнительной нагрузки внутренними связями. Каскад, предшествующий счетчику, должен иметь достаточную мощность, чтобы управлять входами нескольких триггеров.

Проектирование счетчика сводится к определению числа триггеров и организации связей между ними и логическими элементами, а также вычислению разрешающей способности счетчика (максимальной частоты счета).

Вопрос №36

Узлы как структурная единица ЭВМ, их типы.

Основные узлы ЭВМ.

Основными узлами ЭВМ являются :

— центральный процессор (ЦП)

— оперативная память (ОЗУ)

— постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

— внешняя память (ВЗУ)

— устройства Ввода (УВв)

— устройства Вывода (УВыв)

Все устройства ЭВМ подсоединены к единой ИНФОРМАЦИОННОЙ

Основные узлы ЭВМ объединены в следующую схему.

УУ

АЛУ

Ц П

Системные программы

ПЗУ

Программа Данные Результаты

ОЗУ

Системная шина

Устройства ВВОДА

ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ

Устройства ВЫВОДА

1. Центральный процессор

Главным элементом любой ЭВМ является ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР . ЦП сосотоит из — Устройства Управления (УУ) — Арифметико-Логического устройства (АЛУ)

Назначение ЦП : 1) Управление узлами компьютера
2) Обработка информации, которая сводится к
выполнению арифметических операций.

УУ — управляет работой ЭВМ, путем исполнения команд ПРОГРАММЫ. Рабочая программа хранится в ОЗУ.

(АЛУ) Арифметико-логичеcкое устройство главный исполнительный орган ЭВМ. Назначение АЛУ — О Б Р А Б О Т К А ИНФОРМАЦИИ. Обработка информации сводится к выполнению арифметических операций. АЛУ выполняет над числами арифметические(+,-,умножить, делить) и логические( > , < , не равно и др.) операции

Оперативная память (ОЗУ)

Назначение ОЗУ ОЗУ предназначена для хранения рабочей программы во время ее выполнения, а также данных, которые эта программа должна обработать и результатов обработки

Вместе с программой в ОЗУ хранятся :

— ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ , которые программа обрабатывает

Пример: Вы рисуете на компьютере с помощью программы PAINT.

Где в этот момент хранится программа Paint и рисунок ? >

В оперативной памяти. Работающая программа и результат ее работы
находится в ОЗУ!

Рабочая программа находится в ОЗУ .

Недостатки ОЗУ ОЗУ современных ЭВМ является ЭНЕРГОЗАВИСИМОЙ. При выключении питания содержимое ОЗУ теряется.

Главное достоинство ОЗУ ВЫСОКОЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЕ . ОЗУ выполнена из электронных элементов, поэтому быстродействие ОЗУ сопоставимо с быстродействием ЦП. Это значит, что время чтения (записи) двоичного числа из (в) ОЗУ примерно равно времени , за которое ЦП выполняет одну операцию над парой чисел.

Вопрос: <Можно ли в качестве ОЗУ использовать другой вид памяти? >

< Например, магнитную память (винчестер) >

Ответ : В принципе можно, но при этом резко упадет быстродействие ЭВМ (в 10 000 раз). Операции чтения записи с диска выполняются примерно в 10 000 раз медленнее, чем из электронных ячеек.

Магнитная память обладает низким быстродействием (по сравнению с электронной памятью). Операции чтения записи с диска выполняются примерно в 10 000 раз медленнее, чем из электронных ячеек.
Если бы рабочая программа располагалась на диске, то ЦП большую часть времени пришлось бы простаивать в ожидании, пока будет прочитана очередная команда.

Работа компьютера сводится к чтению и исполнению команд программы. Поэтому быстродействие ЭВМ не может превысить, скорость чтения команд программы.

Чарльз Бэбидж — первый конструктор автоматической вычислительной машины, предполагал хранить программу на картонных картах.

1) До запуска все программы хранятся в .exe файлах на магнитном диске (винчестере). 2)После запуска программа копируются из .exe файла в ОЗУ. Зачем это делается? Для поддержки высокого быстродействия ЭВМ. (Что бы быстродействие ЭВМ было высоким, рабочая программа должна храниться в быстрой памяти, т.е. в ОЗУ) 3)После завершения выполнения очередной программы она удаляется из ОЗУ, тем самым освобождая место для запуска других программ. (программа удаляется только из ОЗУ, но остается в файле на диске)

<< Как в ОЗУ попадает первая программа? >>

Ведь после выключения питания или перезагрузки ОЗУ очищается и не содержит никакой информации.

Первой в ОЗУ попадает ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА. Она копируется из файлов на магнитном диске в ОЗУ.

Но чтобы выполнить это копирование, нужно запустить программу, специально для этого предназначенную. Ведь на компьютере все делается только с помощью программ.

Таковой программой является начальный загрузчик. ОН хранится в ПЗУ. НАЧАЛЬНЫЙ ЗАГРУЗЧИК стартует первым сразу при включении компьютера и копирует в ОЗУ ОС. Далее ОС включается в работу и управляет компьютером.

Синтез счетчика на 7 на JК–триггерах

Синтез счетчика на 10 на JК–триггерах
необходимо спроектировать на JК – триггерах серии К561 реверсивный синхронный счетчик, считающий до.

Синтез счетчика на 10 на JК–триггерах
Здравствуйте! Помогите решить задачу: Синтезировать счетчик с использованием синхронных JK.

Синтез схемы на трех синхронных JK-триггерах
Есть задание, ни как не могу понять как сделать это с заданным алгоритмом, изучил уже вдоль и в.

Определить конечное состояние выходов счетчика на T-триггерах
Имеется схема цифрового счетчика реализованного с помощью T-триггеров. Заданы начальные состояния.

Сообщение от Robin Bobin

(С Q1 с краю немного ошибся на диаграмме, но на таблице видно как оно должно быть)

Добавлено через 7 минут
Сейчас ещё раз поглядел на сигнал на счётчик — там тоже криво, ведь не может одновременно и по восходящему, и по нисходящему фронтам работать. Щас переделаю.

Сообщение от Robin Bobin
Сообщение от Robin Bobin

Я ничего не понимаю

Возвращаемся к заданию.
Надо спроектировать ЧЯ так, чтобы триггер после 17 тактов реагировал на следующие 7.
На время работы триггера счет в ЧЯ прекращается, после 7 возобновляется до 17.

Попробуйте также написать и Вы, если я не прав.

Сообщение от OldFedor

Я ничего не понимаю

Возвращаемся к заданию.
Надо спроектировать ЧЯ так, чтобы триггер после 17 тактов реагировал на следующие 7.
На время работы триггера счет в ЧЯ прекращается, после 7 возобновляется до 17.

Попробуйте также написать и Вы, если я не прав.

Сообщение от Robin Bobin

На выходе должна получится последовательность 7 имп. с периодом 17.

Похоже? Конечно это в черне.

Сообщение от Robin Bobin

Чрез пару часов выложу еще один рис. строго по состоянию счетчика.

Сообщение от Robin Bobin

Наверное селекция пачек импульсов и не нужна.

А я понял ваше задание так по поступлению на вход тактовых сигналов счетчик принимает значения
0_______________________0
1________________________7
2_______________________14
3_________________________4
4________________________11
5_________________________1
6_________________________8
7_________________________15
8_________________________5
9_________________________12
10________________________2
т.е. последовательность чисел (0,7,14,4,11,1,8,15,5,12,2,9,16,6,13,3,10,0. )
Я вижу два способа реализации без дополнительных тактов.
1. Делается линейный счетчик от 0 до 16 и его выхода перекодируются по таблице
0-0,1-7,2-14,3-4,4-11,5-1,6-8,7-15,8-5,9-12,10-2,11-9,12-16,13-6,14-13,15-3,16-10)

2. Берется паралельный регистр загружаемый по такту. Сигналы на входа подаюся с выходов через перекодировщик
0-7,7-14,14-4,4-11,11-1,1-8,8-15,15-5,5-12,12-2,2-9,9-16,16-6,6-13,13-3,3-10,10-0,
Этот перекодировщик можно выполнить в виде сумматора числа с выхода регистра и модуля счета в вашем случае числом (0111В)

Сообщение от MaslovVG

Ну да, именно так.
Проблему решил, забив попытки переделать готовую схему счётчика с шагом 1 и запилил синтез с новой таблицей истинности для состояний 0-7-14-4-11. (всего 17 в одном цикле). Далее идёт минимизация 10 таблиц (5 для D-триггеров) и на их основе составляется нужный счётчик)
Теперь возникла проблема с прогой в которой я собирался это делать.
На лабах у нас древние компы в которых мы запускаем XlinX project manajer с 98й винды. В интернете рабочую версию этого чуда я не нашёл.
Может есть аналогичные программы, чтоб клепать схемы из D и JK триггеров и элементов ИИли?

А вот так выглядит моя минимизация для счётчика на JK-триггерах:
Построенный по ней счётчик должен давать нужную временную диаграмму. Теоретически.

Меню пользователя raxp

Читать блог

Синтез 4-х разрядного счетчика
Доброго времени суток, озадачили тем что необходимо спроектировать схему 4х разрядного счетчика на.

Синтез счетчика (обратная задача)
сегодня влетела мне в голову задачка синтезировать счетчик который будет выводить число на жк.

Синтез схемы синхронного реверсивного счетчика Ксч=8
Скажите пожалуйста, подходит ли схема под описание: &quot;Используя необходимое количество любых.

Построить схему 4х-разрядного счетчика на ЖК-триггерах
как будет выглядеть схема и сколько входных импульсов максимум может быть?

голоса
Рейтинг статьи