Счетчики

Черноморское Высшее Военно-Морское училище имени П.С. Нахимова ДИСЦИПЛИНА «ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ» ЛЕКЦИЯ № 17 ТЕМА : СЧЕТЧИКИ 1 ТЕМА : СЧЕТЧИКИ Цель: получить знания по принципам построения и применения цифровых счетчиков. Вопросы: 1.Общая характеристика счетчиков. Суммирующий счетчик. 2.Вычитающий и реверсивный счетчик. 3.Двоично-десятичные счетчики и счетчики с произвольным модулем счета. Литература: 1. Курс лекций по дисциплине «Информационноуправляющие технологии», Севастополь, ЧВВМУ, 2016 г, лекция № 17. 2 1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЧЕТЧИКОВ. СУММИРУЮЩИЙ СЧЕТЧИК. Счетчиком называют устройство, сигналы на выходе которого в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на его вход. Примером простейшего счетчика, считающего до 2 является Т - триггер. Счетчик, образованный из Т - триггеров сможет подсчитать в двоичном коде импульсов Ксч = 2m. Число m представляет число разрядов двоичного числа, которое может быть записано в счетчик. Число Ксч называют коэффициентом (модулем) счета. Информация снимается с прямых или инверсных выходов всех триггеров счетчика. В паузах между входными импульсами триггеры сохраняют свои состояния, т.e. счетчик запоминает число сосчитанных импульсов. 3 1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЧЕТЧИКОВ. СУММИРУЮЩИЙ СЧЕТЧИК. Основные эксплуатационные показатели счетчика: Емкость счетчика численно равна коэффициенту счета, характеризует число импульсов, доступное счету за один цикл. Быстродействие счетчика определяется двумя параметрами: разрешающая способность- минимальное время между двумя входными сигналами, в течение которого еще не возникают сбои в работе. Обратная величина - называется максимальной частотой счета. время установки кода fуст равно времени между моментом поступления входного сигнала и переходом счета в новое состояние (устойчивое). 4 КЛАССИФИКАЦИЯ СЧЕТЧИКОВ. По коэффициенту (модулю) счета: 1.двоичные (бинарные); 2.двоично-десятичные (декадные); 3.с произвольным постоянным модулем счета; 4.с переменным модулем. По направлению счета: 1.суммирующие; 2.вычитающие; 3.реверсивные. По способу организации внутренних связей: 1.с последовательным переносом; 2.с параллельным переносом; 3.с комбинированным переносом; 4.кольцевые. По режиму работы: 1. асинхронные; 2. синхронные. 5 СУММИРУЮЩИЙ СЧЕТЧИК. Трехразрядний суммирующий асинхронный двухтактный счетчик и осциллограмма его работы. Условное графическое обозначение двоичного четырехразрядного счетчика Назначении входов: +1- счетный вход; Е - управляющий вход (Е=1 – счет импульсов, Е = 0 - запись параллельного кода по сигналу на входе С с входов D, в соответствующие разряды счетчика); R - сброс, установка счетчика в 0. 6 СУММИРУЮЩИЙ СЧЕТЧИК С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПЕРЕНОСОМ НА JK ТРИГГЕРАХ Данные счетчики состоят из синхронных JK триггеров. Счетные импульсы подаются одновременно на все тактовые входы, а переключение разрядов в нужной последовательности обеспечиваются логическими цепями, которую при поступлении входного импульса одни триггеры удерживают от переключения, а другим разрешают переключиться. Схема cуммирующий синхронный счетчик строится в соответствии с логикой работы суммирующего счетчика – очередной разряд счетчика должен переключаться входным импульсом в 1, когда все предыдущие разряды уже находятся в этом состоянии. Достоинство: повышенное быстродействие; более высокая помехоустойчивость, т. к. в паузах между импульсами триггеры блокированы. Недостаток: Меньшая нагрузочная способность отдельных разрядов из – за дополнительной нагрузки 7 внутренними связями. 2. ВЫЧИТАЮЩИЕ И РЕВЕРСИВНЫЕ СЧЕТЧИКИ. Вычитающий двоичный счетчик. Вычитающий двоичный счетчик (со счетом в обратном направлении) - это счетчик, содержание которого уменьшается на единицу по каждому счетному импульсу . Трехразрядный вычитающий асинхронный двоичный счетчик и осциллограмма его работы. 8 РЕВЕРСИВНЫЕ СЧЕТЧИКИ. Реверсивный счетчик работает как на сложение, так и на вычитание. Для изменения направления счета, т. е. для перехода от сложения к вычитанию и обратно необходимо изменять подключения входа последующего триггера к выходам предыдущего. Функциональная схема реверсивного двоичного счетчика со сквозным переносом Для этого на объединенные входы J и K каждого триггера подается конъюнкция сигналов с выходов предыдущих триггеров, а через схему ИЛИ они могут подключаться либо к прямому, либо к инверсному выходу в зависимости от логического уровня на входе +/-. При единичном уровне осуществляется сложение входных импульсов, а при нулевом сигнале происходит вычитание. В отличии от рассмотренных выше , у этих счетчиков имеется два входа: Т –счетный вход и К – вход знака (направления счета) (у некоторых счетчиков входы +1 и -1) которые обеспечивают работу счетчика на сложение и вычитание соответственно. Схема данного счетчика построена таким образом, что последующие входы триггеров могут подключаться то к прямым то к инверсным выходам предыдущих разрядов, в зависимости от того, на какой вход поступают входные счетные импульсы. 9 3. ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ И СЧЕТЧИКИ С ПРОИЗВОЛЬНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ СЧЕТА Счетчик с принудительной установкой разрядов в 1. Для построения например делителя частоты с Ксч = 5 необходимо взять три триггера 5 < 23 = 8. При этом количество избыточных состояний 8 – 5 = 3. Функциональная схема имеет вид: Счетчик с коэффициентом счета 5 (пример с принудительной установки 1). Первоначально счетчик обнуляется и по входам S1 и S2 записываются “1” в 1 и 2 разряды, т. е. записывается число 3. Поэтому после 4 входных импульсов во всех разрядах оказываются единицы, а пятым импульсом счетчик обнуляется. При этом на выходе Т3 формируется перепад 1/0, этот перепад через схемы ИЛИ записывает 1 в 1 и 2 разряд, т. е. в счетчик автоматически заносится число 3. Элемент задержки необходим для того, чтобы и Т2 завершили переключение в 0 после поступления 10 пятого импульса. ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ И СЧЕТЧИКИ С ПРОИЗВОЛЬНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ СЧЕТА Счетчик с принудительным обнулением. Принцип действия такого счетчика состоит в том, что по достижении определенного состояния, соответствующего выбранному , он принудительно обнуляется, чем исключаются избыточные состояния. Счетчик с коэффициентом счета 6 (пример). В приведенной схеме после поступления на вход Т шести импульсов на выходах триггеров и устанавливаются единицы, благодаря чему единицей с выхода схемы И все триггеры сбрасываются в ноль. 11 ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ И СЧЕТЧИКИ С ПРОИЗВОЛЬНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ СЧЕТА Десятичные (декадные) счетчики Особое место среди недвоичных счетчиков занимают десятичные (декадные) счетчики, имеющие коэффициент пересчета = 10. Десятичный счетчик позволяет индицировать число поступающих импульсов в привычном десятичном коде. При последовательно соединенных десятичных счетчиков образуют трехразрядный счетчик. Структурная схема трехразрядного десятичного счетчика. 101 102 103 Декада 1 обнуляется каждым десятым, декада 2 – каждым сотым импульсом, а декаде 3 – каждый тысячным. 12 ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ Функциональная схема двоично-десятичного счетчика. Десятичный счетчик содержит четыре триггера, избыточные состояние которого устраняются тем или иным образом. В момент действия отрицательного фронта десятого импульса, поступающего на вход данной декады, а на выходе T4 возникает изменения логического уровня 1/0. Это вызывает переход следующей декады в состояние, соответствующее двоичному числу, на единицу большему. . 13 СЧЕТЧИКИ С УСТАНАВЛИВАЕМЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ДЕЛЕНИЯ Пример. ИС К561ИЕ11, выполненных по КМОП технологии. D1….D4 входы предварительной установки. Запись с D входов во все триггеры происходит одновременно (параллельно) с поступлением на вход WR(write) импульса WR= 1. Эта информация появляется на выходах В ходе счета происходит сложение числа импульсов, поступивших на вход Т с числом, записанным по входам D (при единичном условии на входе +/-1). При нулевом уровне происходит вычитание. 14