Счетчики

Адрес

http://90.189.213.191:4422/temp/nkpsis/tema_wt_tc23/lek11/ инд: 2-124-3-11 Примеры_ПЗ

Содержание

• D-триггер - разряд счетчика;
• Назначение, классификация, характеристики счетчиков.
• Суммирующие и вычитающие счетчики.   
• Генераторы чисел на основе счетчиков

Если соединить выход ~Q у D-триггера со входом D, то при каждом изменении фронта на входе С, состояние триггера будет меняться на противоположное. Почему? Потому, что подключен противоположный выход на вход загрузки данных. Таким способом и получают единичный разряд счетчика двоичных чисел. Ниже на рисунке показан счетчик на D-триггере.

Другой тип счетчика получается, если соединить D-тригеры по кольцу, это уже известный изученный ране «кольцевой регистр». Ниже на рисунке.

Основные типы счетчиков

Счетчиком называется функциональный узел ЭВМ, предназначенный для подсчета числа входных сигналов и хранения результата счета в двоичном коде.

Счетчики выполняются на элементах памяти (триггерах), образующих двоичные разряды, и элементах комбинационной логики.

Счетчики могут быть с естественным и произвольным порядком счета.

При естественном порядке счета результат счета изменяется на единицу при поступлении на вход счетчика каждого сигнала (импульса).

В счетчиках с произвольным порядком счета, называемых также пересчетными устройствами, при поступлении входных сигналов результат счета может изменяться произвольно в соответствии с заданным законом.

Основными параметрами счетчиков являются модуль счета (коэффициент пересчета, емкость счетчика) Ксч и быстродействие.

Модулем счета называют число состояний, которые он приобретает под действием входных сигналов. Если счетчик начал считать с начального состояния, то через каждые Кcч входных сигналов он снова возвращается в начальное состояние, а на его выходе появляется сигнал Ксч-ичного переноса.

Быстродействие счетчика определяется разрешающей способностью и временем установки.

Разрешающая способность t Р характеризуется периодом входных импульсов ТСЧ, при котором счетчик еще работает без сбоев, а время установки tУСТ — интервалом времени от момента поступления сигнала на вход счетчика до завершения перехода счетчика в новое состояние.

По значению модуля счета счетчики делятся на двоичные (Ксч =2n, где n число разрядов), двоично-кодированные (имеют произвольный модуль счета, но все состояния кодируются двоичными кодами), счетчики с одинарным кодированием (состояние счетчика определяется местом расположения единственной единицы), счетчики с унитарным кодированием (состояние счетчика представлено числом единиц) и др.

По направлению счета счетчики могут быть суммирующими (прямого счета), вычитающими (обратного счета) и реверсивными, т.е. способными работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания.

По структурной организации счетчики делятся на последовательные (асинхронные), параллельные (синхронные) и параллельно-последовательные.

Помимо входа для приема подсчитываемых сигналов счетчик может иметь вход общего сброса R и входы данных Di для параллельной загрузки произвольного кода. В последнем случае для осуществления загрузки предусматривается еще один вход — вход разрешения параллельной загрузки PL (parallel 1оаd).

Суммирующие и вычитающие счетчики.   

Счетчик суммирующий, на ТТ триггерах.

Счетчик вычитающий

• Принципиальное отличие - это значение разрядов меняется на увеличение для суммирующего счетчика и на уменьшение для вычитающего.

Генераторы чисел на основе счетчиков

Такие последовательностные устройства называют также кольцевыми распределителями сигналов. Последовательность двоичных чисел, образуемая на их выходах, часто используется в цифровых системах как последовательность сигналов. управляющих работой других узлов.

Число состояний, которое может принимать генератор, называется длиной последовательности чисел L. С этой точки зрения любой счетчик можно рассматривать как генератор определенной последовательности чисел, у которого L = Ксч.

Например, счетчик с модулем счета Ксч=8 является генератором последовательности чисел 0-1 -2-3-4-5-6-7.

В качестве примера рассмотрим генератор чисел 5-3-11-7.

Так как L=4, то в качестве основы генератора используется 2-разрядный суммирующий счетчик с модулем счета Ксч=4.

К выходам Q1 и Q0 подключим комбинационную схему, преобразующую состояния счетчика 0-1-2-3 в последовательность чисел 5-3-11-7. Поскольку наибольшее число последовательности 11 представляется четырехразрядным двоичным кодом, то комбинационная схема должна содержать четыре выхода А,В,С,D.

Считая выход А младшим разрядом, а выход D- старшим, составим таблицу истинности комбинационной схемы (табл. 12.4), на основании которой, используя известные методы минимизации булевых функций, получим уравнения выходов:

Q1	Q0	D	C	B	A	Код=hex
0 0 1 1	0 1 0 1	0 0 1 0	1 0 0 1	0 1 1 1	1 1 1 1	0x5 0x3 0xB 0x7

=Структура генератора последовательности чисел 5-3-11-7 с комбинационной схемой в базисе И-НЕ, синтезированного с использованием уравнений (12.2), показана на рис. 12.15.

Рассмотрим работу счетчика на D-триггерах на модели в Протеус-7 файл 4511_v10.DSN На рисунке gif ниже показано функционирование счетчика. Это вычитающий счетчик, т.к. с каждым тактом значение разрядов уменьшается.

Этапы отображения:

• Сигнал , через переключатель выбора режимов, поступает или от генератора или от кнопки такта.
• Каждое нажатие кнопки, выдает один сигнал такта и счетчик изменяет свое состояние.
• Схема 4И-НЕ U4-A выполняет индикацию кода 9hex=1001bin. Данный код на входе 4И-НЕ включает светодиод D6 cигналом 0 на выходе.
• Для получения кода совпадения используются выходы Q для сигнала 1 и выходы ~Q для сигнала 0. Счетчик на D-триггерах, удобен тем, что содержи и прямой и обратный сигнал выхода своих разрядов.

Практическое задание ПЗ=9 тема в заголовке отчета «Исследование счетчиков»

1. Выполнить построение схемы 4х разрядного счетчика на D-триггерах, используя схему 4511_v10.DSN
2. Снять скриншоты диаграмм счетчика. Вход D осцилографа подключить на выход микросхемы 4И-НЕ сигнала индикации кода.
3. Отчет в формате WORD документа должен содержать титульный лист, скан схемы счетчика с оцилографом с кодом индикации и включенным светодиодом индикации кода.
4. Название файла DSN должно содержать номер группы и номер отображения, например ts23_pz9-n1.dsn. Итого 2а файла.
5. Для получения скриншотов экрана рекомендуется использовать Л8

Оценка на 3= повторение схемы примера и снятие скриншота:

· Для кода числа 4 (десятичное) для четных номеров по списку ( 2.4.8 ..)

· Для кода числа 5 (десятичное) для нечетных номеров по списку ( 1.3.5..)

Оценка на 4= дополнительно изменить схему и выполнить построение 4 разрядов, так что бы общее количество было 8 разрядов. Снять скриншоты, аналогично предыдущему заданию со схемой индикацией кода на 8разрядов. Внимание. Схема контроля кода измениться. Разрешается использовать элементы любых других логических функций совпадения.

Оценка на 5= дополнительно выполнить построение 8 разрядного счетчика на отдельной микросхеме 555ие(2,5,10)19. Выбрать из базы Протеус-7. Снять скриншоты, аналогично предыдущему заданию.

Электронные источники:

1. Микушин А.В., Сажнев А.М., Сединин В.И. Цифровые устройства и микропроцессоры. СПб, БХВ-Петербург, 2015.
2. Цифровые устройства последовательностного типа
3. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. СПб, БХВ-Петербург, 2010.
4. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. М, Радио и связь, 1987.
5. Цифровые счетчики импульсов.
6. Логический симулятор Atanua Адрес2
7. Счетчики и регистры сдвига, их схемы.
8. Программа IcecreamScreenRecorderPortable для записи содержимого экрана портабельная скачать.

Подготовил Шабронов А.А.  тс +7-913-905-8839 shabronov@ngs.ru

Ред.2018-10-29