Azotirovanie.ru

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

Синхронные счётчики

Синхронные счётчики

04351_show.png

Теперь возникает вопрос того, что делать со входами J и K? Мы знаем, что нам необходимо поддерживать принцип деления частоты на два для каждого последующего разряда, и что такое деление частоты легче всего создать с помощью триггеров, работающих в режима переключения между двумя устойчивыми состояниями, следовательно, на входы J и K должен подаваться сигнал высокого уровня. Однако, если мы просто соединим все входы J и K с положительной шиной питания (как в случае асинхронного счётчика), то такая схема не будет работать, поскольку изменение состояний триггеров будет происходить одновременно: по каждому новому синхроимпульсу.

04352_show.png

Давайте ещё раз посмотрим на последовательность двоичных чисел и попробуем выявить ещё одну закономерность, с помощью которой можно было бы предсказать момент изменения состояния битов. Принцип действия асинхронных счётчиков основан на том факте, что смена состояния триггеров происходит в тот момент, когда предыдущий триггер переходит с высокого уровня на низкий (с 1 на 0). Поскольку в схеме синхронного счётчика невозможно тактировать триггер, исходя из перемены состояния предыдущего триггера, нам следует найти другую закономерность в последовательности двоичных чисел:

При изучении последовательности четырёхразрядных двоичных чисел, можно обнаружить ещё одну закономерность. Обратите внимание, что непосредственно перед сменой состояния триггера, все предыдущие триггеры находятся в состоянии высокого логического уровня:

14059.png

Эту закономерность можно использовать при разработке схемы счётчика. Если сделать так, чтобы каждый J-K-триггер менял своё состояние исходя из того, находятся ли выходы (Q) предыдущих триггеров в состоянии единицы, то мы сможем получить схему, в которой все триггеры будут тактироваться одновременно:

04353_show.png

Первый триггер (слева) меняет состояние по каждому синхроимпульсу; второй триггер меняет состояние, только когда на Q – сигнал высокого логического уровня; третий триггер меняет состояние, только если на Q и Q1 – сигнал высокого логического уровня; последний триггер меняет состояние, только если на Q и Q1 и Q2 – сигнал высокого логического уровня.

Такова схема четырёхразрядного синхронного счётчика. Каждый из триггеров старшего разряда готов к изменению состояния (на входах J и K высокий уровень), если выходы Q всех предыдущих также находятся на высоком уровне. В противном случае, на входах J и K будет сигнал низкого уровня, что переведёт их в режим «защёлки», и они будут сохранять текущее состояние до следующего синхроимпульса. Поскольку триггер, соответствующий самому младшему разряду должен изменять состояние по каждому синхроимпульсу, его входы J и K соединены с Vcc или Vdd, благодаря чему на них всегда будет подаваться логическая единица. Для изменения своего состояния следующий триггер должен лишь «распознать», что на выходе Q первого триггера высокий логический уровень, поэтому здесь не требуется логический элемент И. Тем не менее, остальные триггеры должны быть готовы к перемене состояния только в тот момент, когда на всех предыдущих триггерах высокий логический уровень, и здесь необходимо использовать логические элементы И.

Для того чтобы собрать синхронный счётчик, осуществляющий обратный счёт, необходимо сделать схему, которая бы опознавала соответствующие последовательности битов, которые предсказывают моменты переключения при обратном счёте. Не удивительно, что при изучении последовательности двоичных чисел, мы видим, что все предыдущие разряды находятся на низком логическом уровне перед переменой состояния (если смотреть на последовательность в обратном порядке):

14060.png

На каждом триггере имеется выход Q', который можно использовать для разрешения переключения состояния каждого следующего триггера, когда на этих выходах будет сигнал высокого логического уровня (что происходит каждый раз, когда на соответствующих выходах Q присутствует сигнал низкого логического уровня).

04354_show.png

Первый триггер (слева) меняет состояние по каждому синхроимпульсу; второй триггер меняет состояние, только когда на Q' – сигнал высокого логического уровня; третий триггер меняет состояние, только если на Q' и Q'1 – сигнал высокого логического уровня; последний триггер меняет состояние, только если на Q' и Q'1 и Q'2 – сигнал высокого логического уровня.

Эту схему можно улучшить и собрать счётчик с возможностью выбора между счётом в прямом и обратном направлении. Для этого необходимо собрать две линии из элементов И, которые будут обнаруживать соответствующие состояния триггеров, а затем используем элементы ИЛИ для объединения и подачи сигналов с выходов элементов И на входы J и K каждого следующего триггера:

04355_show.png

Эта схема не так сложна, как это может показаться на первый взгляд. Управляющая линия прямого/обратного счёта включает либо верхнюю либо нижнюю цепь элементов И, вследствие чего на следующие триггеры поступают сигналы с выходов Q/Q'. Если на линии управления прямого/обратного счёта сигнал высокого уровня, то будут включены верхние элементы И, а схема будет работать также как и первая схема, показанная в этой статье. Если на линии управления прямого/обратного счёта сигнал низкого уровня, то будут включены нижние элементы И, — схема будет работать также как и вторая схема, показанная в этой статье (обратный счёт).

Для наглядной иллюстрации на схеме ниже (счёт в прямом направлении) отключённая часть схемы изображена серым цветом:

04356_show.png

На этой схеме показан режим обратного счёта (отключённая часть схемы также изображена серым цветом):

04357_show.png

Счётчики прямого/обратного счёта — очень полезные устройства. Такие счётчики часто применяются в системах управления перемещением машин, в которых устройство под названием кодер или круговой датчик положения вала преобразует механическое вращение в серию электрических импульсов, которые применяются в качестве синхроимпульсов для отслеживания суммарного перемещения:

Читайте так же:
Счетчики лабораторные для подсчета лейкоцитарной формулы

04358_show.png

При передвижении машины происходит вращение вала кодера, в ходе чего образуется или прерывается луч света между светодиодом и фототранзистором, что позволяет генерировать синхроимпульсы, используемые для тактирования счётчика. Таким образом, счётчик накапливает значение суммарного перемещения вала, выступая электронным указателем значения смещения машины. Если нам требуется лишь отследить суммарное значение перемещения и нет необходимости принимать во внимание изменение направления движения, то мы можем воспользоваться показанной выше . Однако, если мы желаем, чтобы счётчик увеличивал значение при движении в одном направлении и уменьшал его при движении в противоположном направлении, то необходимо использовать счётчик прямого/обратного счёта, а также схему кодер/декодер с возможностью различения направлений движения.

Если мы будем использовать кодеры с двумя наборами пар светодиодов/фототранзисторов, так чтобы их прямоугольные импульсные сигналы были сдвинуты по отношению друг к другу на 90 o , то мы получим кодер с квадратурным выходом (квадратурными сигналами называются два сигнала со сдвинутыми по отношению друг к другу на 90° прямоугольными импульсами). Схема определения последовательности фаз может быть собрана с помощью D-триггера, что необходимо для различения последовательности импульсов при вращении в ту или иную сторону:

04359_show.png

Когда кодер вращается по часовой стрелке, прямоугольный сигнал входа «D» будет опережать сигнал входа «C», то есть он будет находиться на высоком логическом уровне при переходе кривой сигнала «С» с низкого уровня на высокий, при этом D-триггер будет находиться в состоянии SET (выход Q будет в состоянии логической единицы) при каждом новом синхроимпульсе. При логической единице на выходе Q счётчик будет переведён в режим счёта в прямом направлении, и при каждом синхроимпульсе, получаемом с кодера (с двух светодиодов) выходное значение будет увеличиваться. И наоборот, когда направление вращения кодера меняется на противоположное, сигнал входа «D» будет отставать от формы кривой «C», то есть он будет находиться на низком логическом уровне при переходе кривой «С» с низкого уровня на высокий, при этом D-триггер будет сброшен в исходное состояние (выход Q будет в состоянии логического нуля) при каждом новом синхроимпульсе. Этот сигнал низкого уровня отдаёт команду на уменьшение значения при каждом синхроимпульсе с кодера.

Эта схема, или очень похожая на неё, является главной частью любой системы для определения местоположения на импульсном датчике-кодере. Подобные схемы широко распространены в робототехнике, станках с ЧПУ, и других системах, где необходимо измерение двустороннего механического перемещения.

РУССКАЯ ВЕРОЯТНОСТНАЯ ЛОГИКА

Существует несколько методов синтеза счётчиков. Рассмотрим два из них.

4.1 Синтез счётчиков с использованием установочных входов.

Суть этого метода заключается в том, что для построения счётчика с коэффициентом деления К используется n-разрядный двоичный счётчик (n=Ilog 2 KC), охваченный обратной связью, которая формируется с помощью сборки двоичного кода К и подаётся на установочные входы обнуления. Например, для построения счётчика с К=10 необходимо использовать 4-х разрядный двоичный счётчик, а на установочные R-входы подать набор (сборку) — Q 4 Q 3 ’Q 2 Q 1 ’. Реализация этого счётчика изображена на рисунке.

Синхронный двоичный счётчик.

На схеме этого рисунка и в дальнейшем на все незадействованные входы микросхем подавать постоянный потенциал логической 1.

Реализация асинхронного счётчика с К=10 на базе ИС 133ИЕ5 представлена на следующем рисунке. В этой схеме кроме сборки используется так называемый триггер-защёлка. Рекомендуется использовать его для надёжного обнуления и для повышения помехозащищённости счётчика. В силу того, что при данном методе синтеза используется лишь часть состояний двоичного счётчика, сборка может быть отминимизирована. Например, для счётчика с К=10 сборка соответствует Q 4 Q 2 , для счётчика с К=9 — Q 4 Q 1, с К=12 — Q 4 Q 3 , с К=11 — Q 4 Q 2 Q 1 .

Схема десятичного счётчика на базе двоичного.

Синтез многоразрядных счётчиков на базе стандартных ИС имеет некоторую специфику. При использовании 533ИЕ2(133ИЕ2) коэффициент деления представляется в двоично-десятичном коде и на его основе формируются обратные связи. Например, для К = 125 получаем 2/10 – код, равный 100100101. Это соответствует установочной функции Q 1 Q 3 Q 6 Q 9 . Для счётчика 533ИЕ4(133ИЕ4) необходимо представить коэффициент деления в 2/12 – коде с учётом специфики реализации архитектуры этой ИС. Синтез счётчика на базе ИС 533ИЕ5(133ИЕ5) наиболее прост: достаточно представить коэффициент деления в двоичном коде, чтобы получить установочную функцию.

Выводы и рекомендации

Счётчики, реализованные с использованием установочных входов, обладают следующими недостатками:

1) низкая помехозащищённость по цепи обратной связи: если помеха вызовет сбой в этой цепи, то счётчик преждевременно обнулится;

2) при синхронной реализации из-за разброса параметров отдельных триггеров возможно появление ложных комбинаций, которые приведут к преждевременному обнулению счётчика (например, при переходе от кода 0111 к коду 1000 возможно кратковременное появление кода 1010, что приводит к обнулению счётчика с К=10).

Неоспоримым преимуществом таких счётчиков является их простота. Рекомендуется применение их при построении счётчиков с переменным К, а также при синтезе синхронизаторов без жёсткой привязки фронтов импульсных последовательностей.

а) Построить асинхронные делители частоты с использованием установочных входов :

5-1) К=12 на 533ИЕ5

5-2) К=8 на 533ИЕ2

5-3) К=80 на 533ИЕ2

б) Построить синхронные делители частоты с использованием установочных входов :

5-4) К=80 на JK-триггерах 533ТВ1

5-5) К=24 на JK-триггерах 134ТВ3.

4.2 Синтез счётчиков с использованием управляющих входов.

Этот метод основан на использовании таблицы входов элементов памяти, которая может быть получена из таблицы переходов. По таблице входов можно определить, какие сигналы необходимо подать на управляющие входы, чтобы перевести элемент памяти из одного состояния в другое. Построим таблицу входов для JK-триггера.

Читайте так же:
Как собрать бокс для счетчика

Из таблицы переходов следует, что для перевода триггера из состояния 0 в состояние 0 на JK-входы необходимо подать JK=00 или JK=01, т.е. для осуществления этого перехода состояние управляющего входа К безразлично. Условно операцию определения функций возбуждения для реализации перехода триггера из состояния 0 в состояние 0 можно записать так :

Для перевода JK-триггера из состояния 0 в состояние 1 на JK-входы необходимо подать комбинацию

Счетчики (суммирующие, вычитающие и реверсивные): принципы построения и работа счетчиков, счетчики с произвольным коэффициентом пересчета

Счетчик — это устройство, которое служит для отслеживания количества каких-либо событий .
Счетчик — это автомат, служащий для учета количества событий .

Содержание

Классификация

Счетчики классифицируются по следующим параметрам:

  • суммирующие
  • вычитающие
  • реверсивные
  • с произвольным порядком пересчета
  • синхронные
  • асинхронные

по типу формирования переноса внутри счетчика

  • с последовательным
  • с параллельным
  • с комбинированным
  • с функцией установки произвольного числа
  • с установкой в ноль

Счетчик называют полным, если количество устойчивых состояний на выходе равно 2 n , где n-число выходов счетчика

Последовательные суммирующие счетчики

Счетчики с последовательным переносом

Рис.2 Временные диаграммы

Т-триггер простейший вид счетчика, который делит все импульсы на четные и нечетные .Если на входе триггера частота F, то на его выходе F/2. Следовательно Т-триггер может использоваться в качестве делителя на 2. Несмотря на то, что скважность входных импульсов может быть произвольной на выходе скважность равна 2.

Рис.3 Суммирующий счетчик с последовательным переносом

Последовательный суммирующий счетчик — такой счетчик, у которого переключение каждого разряда осуществляется в тот момент времени, когда все предыдущие разряда равны 1. Каждый разряд, подключенный последовательно приводит к увеличению значения в 2 раза. Время установки счетчика: T=N⋅t. Так как нельзя подавать сигнал до того времени, пока не установится счетчик, имеем максимальную частоту: Fmax⩽1/T.То есть с повышением разрядов понижаем частоту сигнала.

Счетчики с параллельным переносом

Рис.4 Суммирующий счетчик с параллельным переносом

Переключение зависит от того, в каком состоянии находятся предыдущие, то есть Qi меняет состояние в 1, если все Qj,j<i были равны 1. Схема осуществляет переключение одновременно на всех триггерах, следовательно время установки нового значения равно времени установки триггера. Конъюнктурами D5,D6 задаем условие переключения соответствующих триггеров.Максимальная частота: Fmax⩽1tk+t. На время установки конъюнктор не влияет, но влияет на частоту , так как должно пройти время после установки триггера на переключение в новое состояние. Счетчик работает быстрее, и все значения на выходе изменяются одновременно — синхронный счетчик

Счетчики с комбинированным переносом

Последовательные вычитающие счетчики

Рис.5 Вычитающий счетчик

Рис.6 Временные диаграммы вычитающего счетчика

Переключение i-ого разряда осуществляется тогда, когда все разряды от 0-ого до (i-1)-ого равны нулю.

Рис.7 Вычитающий счетчик

Сигнал снимается с инверсного выхода.

Реверсивные счетчики

Реверсивный счетчик складывает(по фронту) и вычитает(по спаду) одновременно. Для сброса в нулевое состояние используется универсальный триггер.

Рис.8 Реверсивный счетчик

Схема счетчика с предустановкой

Рис.9 Счетчик с сигналом предустановки

Построение счетчиков с произвольным модулем пересчета

Основа — 4-х разрядный суммирующий счетчик. Когда на выходе счетчика значение "10", то на выходе & логическая "1", которая устанавливает счетчик в нулевое(начальное) состояние.

Рис.10 Счетчик, считающий по mod10

Рис.11 Временные диаграммы

Кольцевые счетчики

Рис.12 Кольцевой счетчик, считающий по mod3

Счетчики на JK-триггерах

Добавление дополнительных состояний

Рис. 13 Добавление нового состояния

С приходом n-ого импульса счетчик переключается в 0, а добавленный триггер в 1. С приходом следующего импульса счетчик не переключается, а добавленный триггер

Цифровая электроника

Цифровая электроника

Счетчики представляют собой последовательностые цифровые устройства и предназначены для выполнения операций счета и хранения кода числа подсчитанных импульсов. Существуют различные схемы счетчиков, отличающихся назначением, типом используемых триггеров, организацией связи между ними, порядком смены состояний. По порядку изменения состояний счетчики бывают с естественным и произвольным порядком счета. В первых значение кода каждого последующего состояния счетчика отличается на единицу от кода предыдущего состояния. В счетчиках с произвольным порядком счета значения кодов соседних состояний могут отличаться более чем на единицу. Счетчики также подразделяются на простые и реверсивные. Простые счетчики делятся на суммирующие и вычитающие. В суммирующих счетчиках код последующего состояния имеет большее значение, чем код предыдущего состояния, а в вычитающих – меньшее значение. Реверсивные счетчики могут работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания.

Основными параметрами счетчика являются:

  • модуль счета или коэффициент пересчета Ксч;
  • быстродействие счетчика.

Модуль счета Ксч характеризует число устойчивых состояний счетчика, т. е. предельное число импульсов, которое может быть им сосчитано. После поступления Ксч входных импульсов счетчик возвращается в исходное состояние. Такие счетчики называются также делителями на число, равное Ксч.. По модулю счета счетчики подразделяются на двоичные, у которых Ксч=2 m , и недвоичные, у которых Ксч?2 m , где m – положительное целое число.

Быстродействие счетчика в свою очередь определяется двумя величинами:

  • разрешающей способностью , т.е. минимальным допустимым интервалом времени между подачей двух входных импульсов, при котором не происходит потеря счета;
  • временем установки tуст кода счетчика, т.е. интервалом времени между моментом поступления входного сигнала и моментом завершения перехода счетчика в новое устойчивое состояние.

Поскольку счетчики представляют собой класс ПЦУ, то и синтез их целесообразно выполнять на основе базовых элементов ПЦУ, т.е. триггерах. Количество триггеров для двоичных счетчиков определяется формулой

Читайте так же:
Что будет если истек срок поверки счетчика

Для недвоичных счетчиков количество триггеров следует выбирать из условия

где [log2Kсч]- двоичный логарифм заданного коэффициента пересчета, округленный до ближайшего (большего) целого числа.

Двоичные счетчики. Начнем с двоичных счетчиков. Для их построения можно использовать различные типы триггеров. Наиболее удобным является триггер Т-типа (счетный триггер), который осуществляет подсчет импульсов по модулю 2. Такой триггер по сути дела является простейшим счетчиком с Ксч=2. Соединив несколько счетных триггеров определенным образом, можно получить схему многоразрядного счетчика. Если в качестве базовых используются Т-триггеры с прямым динамическим счетным входом, то для построения трехразрядного суммирующего двоичного счетчика, их необходимо объединить так, как это показано на рис. 5.14,а . Срабатывание всех триггеров происходит по переднему фронту счетного импульса. Поэтому, чтобы реализовать операцию суммирования, необходимо на триггеры Т2 и Т3 информацию подавать с инверсных выходовпредыдущих триггеров. Временная диаграмма работы счетчика показана на рис. 5.14,б .

Состояния выходов Q1, Q2 и Q3 сгруппируем в зависимости от номера счетного импульса в таблице 5.1 . Из таблицы очевидно, что двоичный код, задаваемый логическими состояниями выходов счетчика соответствует порядковому номеру входного счетного импульса С. При подаче последнего восьмого импульса счетчик возвращается в исходное состояние, после чего процесс повторяется. Модуль счета, таким образом, Ксч=2 3 =8.

Рис. 5.14.Структурная схема и временная диаграмма работы трехразрядного двоичного суммирующего счетчика на основе Т-триггеров с прямым динамическим счетным входом.

Суммирующий счетчик можно построить и на базе Т-триггеров с инверсным динамическим счетным входом. При этом, поскольку срабатывание триггеров происходит по заднему фронту счетного импульса, нет необходимости задействовать инверсные выходы этих триггеров. Сигнал на вход каждого последующего триггера необходимо подавать с прямого выхода предыдущего триггера ( рис. 5.15,а ). При этом необходимо учитывать, что срабатывание всего счетчика будет происходить по заднему фронту счетного импульса С, как это показано на временной диаграмме рис. 5.15,б .

Рис. 5.15. Структурная схема и временная диаграмма работы трехразрядного двоичного суммирующего счетчика на основе Т-триггеров с инверсным динамическим счетным входом.

Для выполнения операции вычитания достаточно изменить в электрических связях соответствующих схем используемые выходы триггеров на выходы с обратными логическими уровнями, либо использовать триггеры с входами обратного типа динамического управления. Если вычитающий счетчик реализуется на базе Т-триггеров с прямым динамическим входом, то сигналы на входы последующих триггеров, в противоположность схемы рис. 5.14,а , необходимо подавать с прямых выходов предыдущих триггеров ( рис. 5.16,а ). Временная диаграмма работы счетчика с такой структурой приведена на рис. 5.16,б . Из временной диаграммы видно, что с каждым последующим счетным импульсом выходной код уменьшается на единицу (декрементируется). С последним восьмым импульсом счетчик возвращается в исходное состояние.

Рис. 5.16. Структурная схема и временная диаграмма работы трехразрядного двоичного вычитающего счетчика на основе Т-триггеров с прямым динамическим счетным входом.

Таким образом, путем переключения выходов с инверсных на не инверсные и обратно, можно получить как суммирующие, так и вычитающие счетчики. Это свойство положено в основу построения реверсных счетчиков. Для этих целей используются коммутаторы выходов на базе логических элементов 2И-ИЛИ-НЕ ( рис. 5.17 ). Элементы ЛЭ1 и ЛЭ2 выполняют роль коммутаторов выходных сигналов с триггеров Т1 и Т2. При подаче логического нуля на вход «-1» и логической единицы на вход «+1», на выходе верхней структуры И элементов ЛЭ1 и ЛЭ2 формируется результат с выходов Q1 и Q2 соответствующих триггеров. На выходе нижней структуры И присутствует логический нуль, в результате чего выходы и не влияют на работу схемы. Структура ИЛИ-НЕ элементов ЛЭ1 и ЛЭ2 инвертирует значения соответствующих коммутируемых выходов. Таким образом, осуществляется инверсия сигналов Q1 и Q2, которые подаются на прямые динамические тактовые входы триггеров Т2 и Т3. Счетчик работает в режиме суммирования. При подаче логического нуля на вход «+1» и логической единицы на вход «-1» картина меняется. Закрытыми оказываются прямые выходы Q1, Q2, а открываются инверсные выходы и . При этом, их значения инвертируются элементами ИЛИ-НЕ ЛЭ1 и ЛЭ2, в результате чего они становятся прямыми. Счетчик начинает работать в режиме вычитания. На практике, с целью упрощения процесса управления, обычно вместо двух входов «+1» и «-1» используется только один из этих входов. Сигнал второго входа формируется через инвертор.

Рис. 5.17.Структурная схема трехразрядного двоичного реверсивного счетчика.

В рассмотренных счетчиках срабатывание триггеров происходит поочередно друг за другом, т.е. последовательно. Такие счетчики называются асинхронными. Их недостаток состоит в том, что увеличивается общее время установления tуст с увеличением числа триггеров. Кроме того, появление промежуточных комбинаций может привести к ложному срабатыванию дешифратора, если такой есть в структуре ПЦУ. Для устранения этого недостатка используются счетчики, у которых все триггеры срабатывают одновременно. Такие счетчики получили название синхронных счетчиков. Идея синхронного счетчика заключается в построении внешней комбинационной схемы, формирующей сигналы, согласно которым будет происходить одновременное переключение только части триггеров в зависимости от текущего выходного кода. Причем эти сигналы должны быть сформированы до поступления очередного счетного импульса. Счетный импульс должен поступать на все триггеры одновременно. Для этих целей необходимо использовать тактируемые Т-триггеры, входы синхронизации которых объединяются в общую шину. На тактовые Т-входы каждого триггера подаются заранее сформированные сигналы переноса с комбинационной схемы.

Читайте так же:
Счетчик моточасов сч 102

Анализ смены состояний суммирующего счетчика показывает, что если значение младшего разряда меняется каждый раз с приходом входного сигнала, то в остальных разрядах значение будет меняться на противоположное только в тех случаях, когда до этого во всех предыдущих разрядах были единицы. Для этого единичный входной сигнал должен поступать на вход триггера только в том случае, если триггеры во всех предыдущих разрядах находятся в единичном состоянии. Задачу формирования входного сигнала для каждого последующего триггера выполняет логический элемент И ЛЭ1 (ЛЭ2), на входы которого подаются сигналы со всех выходов предыдущих триггеров ( рис. 5.18 ). Срабатывание всех триггеров происходит одновременно по общему сигналу синхронизации С, который является счетным импульсом для всего счетчика. Изображенная на рисунке структура называется счетчиком с параллельным переносом, поскольку сигналы на все элементы И, формирующие единичные переносы, подаются с выходов триггеров одновременно в параллельном виде. В исходном состоянии на выходах всех триггеров присутствуют логические нули. С поступлением каждого счетного импульса выходные коды начинают увеличиваться на единицу (инкрементироваться). Задержка в такой схеме равна времени срабатывания одного триггера.

Рис. 5.18. Структурная схема четырехразрядного суммирующего счетчика с параллельным переносом.

Чтобы синтезировать схему вычитающего счетчика, необходимо использовать не прямые, а инверсные выходы триггеров. Таким образом, в исходном состоянии все триггеры будут иметь на инверсных выходах логические единицы. С началом счета выходные коды будут уменьшаться (декрементироваться). Используя принцип коммутации прямых или инверсных выходов триггеров, можно также реализовать реверсивный счетчик с параллельным переносом.

Недостатком счетчиков с параллельным переносом является необходимость использования в случае увеличения разрядности счетчика элементов И с большим числом входов. При этом выходы триггеров должны обладать высокой нагрузочной способностью. Поэтому многоразрядные счетчики строят по групповому принципу. Согласно этому принципу, весь счетчик структурно реализуется путем соединения отдельных групп небольшой разрядности с параллельным переносом внутри этих групп. Сигнал переноса из очередной группы формируется элементом И, объединяющим выходы всех триггеров данной группы. Сформированный сигнал переноса предыдущей группы подается на счетный вход последующей группы. Общая задержка такого счетчика определяется суммой задержек каждой группы.

Другой вариант структуры синхронного счетчика – это структура со сквозным переносом. Согласно этой структуре, перенос формируется только из единичных результатов соседних разрядов. Для этих целей достаточно использовать только двухвходовые элементы И при любой разрядности счетчика ( рис. 5.19 ). Перенос между разрядами осуществляется через каждый элемент И (ЛЭ1 и ЛЭ2) в их последовательной структуре. Отсюда следует, что общее время срабатывания всего счетчика определяется временем срабатывания одного триггера и суммарным временем задержки последовательной цепи логических элементов И. Выигрыш по быстродействию в такой структуре осуществляется за счет меньшего времени срабатывания одного логического элемента по сравнению со временем срабатывания одного триггера. При достаточно большой разрядности счетчика, время задержки во всех элементах И может оказаться значительным и сравняться с временем срабатывания одного триггера.

Рис. 5.19. Структурная схема четырехразрядного суммирующего счетчика со сквозным переносом.

Недвоичные счетчики. Недвоичные счетчики имеют Ксч ? 2 m . Принцип их построения заключается в исключении некоторых устойчивых состояний обычного двоичного счетчика. Избыточные состояния исключаются с помощью обратных связей внутри счетчика. Как было показано ранее, количество триггеров в недвоичном счетчике есть округленное до большего целого числа значение mнедв=[log2Kсч]. Поэтому, если задействовать все возможные состояния m триггеров, то счетчик окажется двоичным. Организуя обратные связи в двоичном счетчике таким образом, чтобы определенными выходными кодовыми комбинациями осуществлять либо его обнуление, либо установку в состояние, отличное от очередного, реализуется недвоичный счетчик с произвольным Ксч. Часть состояний двоичного счетчика, таким образом, пропускаются.

Наибольший интерес среди недвоичных счетчиков представляют двоично-десятичные счетчики с Ксч=10, которые строятся на основе четырех счетных триггеров. Важность этого класса счетчиков заключается в том, что с их помощью легко может быть осуществлен вывод содержимого счетчика в десятичном коде. Действительно каждый двоично-десятичный счетчик имеет десять устойчивых состояний и соответствует одному разряду десятичной системы счисления.

В условном графическом обозначении функция двоичного счетчика определяется символами «СТ». В случае, если счетчик не двоичный, то рядом с этими символами проставляется цифра, соответствующая модулю счета. В маркировке микросхем функция счетчика кодируются символами «ИЕ».

Счётчик (электроника)

Счётчик числа импульсов — устройство, на выходах которого получается двоичный (двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчики могут строиться на двухступенчатых D-триггерах, T-триггерах и JK-триггерах.

Основной параметр счётчика — модуль счёта — максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначают через СТ (от англ. counter).

Содержание

Классификация

  • по числу устойчивых состояний триггеров
    • на двоичных триггерах
    • на троичных триггерах [1]
    • на n-ичных триггерах
    • двоично-десятичные (декада);
    • двоичные;
    • с произвольным постоянным модулем счёта;
    • с переменным модулем счёта;
    • суммирующие;
    • вычитающие;
    • реверсивные;
    • с последовательным переносом;
    • с ускоренным переносом;
      • с параллельным ускоренным переносом;
      • со сквозным ускоренным переносом;
      • синхронные;
      • асинхронные;

      Двоичные счетчики

      2^n-1

      Схему двоичного счетчика можно получить с помощью формального синтеза, однако более наглядным путем представляется эвристический. Таблица истинности двоичного счетчика — последовательность двоичных чисел от нуля до , где n — разрядность счётчика. Наблюдение за разрядами чисел, составляющих таблицу, приводит к пониманию структурной схемы двоичного счетчика. Состояния младшего разряда при его просмотре по соответствующему столбцу таблицы показывают чередование нулей и единиц вида 01010101. что естественно, т. к. младший разряд принимает входной сигнал и переключается от каждого входного воздействия. В следующем разряде наблюдается последовательность пар нулей и единиц вида 00110011. . В третьем разряде образуется последовательность из четверок нулей и единиц 00001111. и т.д. Из этого наблюдения видно, что следующий по старшинству разряд переключается с частотой, в два раза меньшей, чем данный.

      Известно, что счетный триггер делит частоту входных импульсов на два. Сопоставив этот факт с указанной выше закономерностью, видим, что счетчик может быть построен в виде цепочки последовательно включенных счетных триггеров. Заметим, кстати, что согласно ГОСТу входы элементов изображаются слева, а выходы справа. Соблюдение этого правила ведет к тому, что в числе, содержащемся в счетчике, младшие разряды расположены левее старших.

      Двоичные счетчики с параллельным переносом

      Выше рассмотрены схемы двоичных последовательных счетчиков, то есть таких счетчиков, в которых при изменении состояния определенного триггера возбуждается последующий триггер, причем триггеры меняют свои состояния не одновременно, а последовательно. Если в данной ситуации должны изменить свои состояния n триггеров, то для завершения этого процесса потребуется n интервалов времени, соответствующих времени изменения состояния каждого из триггеров. Такой последовательный характер работы является причиной двух недостатков последовательного счетчика: меньшая скорость счета по сравнению с параллельными счетчиками и возможность появления ложных сигналов на выходе схемы. В параллельных счетчиках синхронизирующие сигналы поступают на все триггеры одновременно.

      Последовательный характер переходов триггеров счетчика является источником мощных сигналов на его выходах. Например, в счетчике, ведущем счет в четырехразрядном двоичном коде с “весами” 8-4-2-1, при переходе от числа 7_<10 data-lazy-src=

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector