счетчики. Счетчики. Счетчики Счетчики
 Скачать 1.08 Mb.
|
|
Счетчики Счетчики - это цифровое устройство, основанное на триггерах, предназначенное для подсчета импульсов, поступающих на его вход синхронизации С. Основным элементом внутренней структуры счетчика является Т-триггер, который может работать в счетном режиме Счетчики применяются в электронных приборах для выполнения счетных операций, например, счета частоты вращения двигателя, количества потребленной электроэнергии, объема вода и пр., а также используются в часах. Кроме того, счетчики входят в структуру микроконтроллеров и используются для организации временных пауз при их программировании. На принципиальных схемах функция, выполняемая счетчиком, обозначается –CT2 или CT10. Условное графическое обозначение (УГО) одного из счетчиков, применяемое на принципиальных схемах, имеет следующий вид:  У счетчиков имеются управляющий вход – вход синхронизации C (CLK), также могут быть асинхронные входы сброса (R) или установки (S) и выходы (  ). Типы входов и их назначение Вход синхронизации или тактовый вход предназначен для определения момента времени, в который число, находящееся на выходе счетчика, может измениться. Асинхронные входы сброса или установки предназначены для задания исходного состояния выходов счетчика. По мере поступления считаемых импульсов на вход С, счетчик последовательно перебирает на выходах состояния в определенном для конкретной схемы порядке, при этом на выходах счетчика формируются двоичные числа. Классификация счетчиков По направлению счета Суммирующие (прямого счета, инкрементирующие счетчики) Особенностью работы суммирующего счетчика является увеличение числа, находящегося на его выходах, на 1 при поступлении импульса на вход синхронизации С. Вычитающие (обратного счета, декрементирующие счетчики) Вычитающий счетчик уменьшает число, находящееся на его выходах, на 1 при поступлении импульса на вход синхронизации С. Реверсивные Данные счетчики способны выполнять как прямой, так и обратный счет По модулю счета Двоичные Десятичные Недвоичные (с произвольным модулем счета) По способу синхронизации Асинхронные Синхронные Данные счетчики отличаются схемотехнически. У синхронных счетчиков, все триггеры из которых состоит счетчик, переключается одновременно (синхронно) под управлением импульса на входе синхронизации С. По способу передачи информации между триггерами внутри счетчика Счетчики с последовательным переносом информации Счетчики с параллельным переносом информации Данные счетчики отличаются схемотехнически. У счетчика с последовательным переносом информации состояние следующего триггера в схеме зависит от состояния предыдущего. В схеме счетчика с параллельным переносом информации состояние следующего триггера зависит от состояние всех предыдущих. Такие счетчики отличает стабильность работы на высокой частоте. Основные характеристики счетчиков Разрядность счетчика – показывать числа какой разрядности могут храниться счетчиком. Разрядность совпадает с количеством выходов счетчика. Модуль счета (коэффициент деления) – количество возможных неповторяющихся комбинаций 0 и1 (чисел) на выходах счетчика. Модуль счета двоичного счетчика определяется по формуле:  где n- разрядность счетчика Модуль счета десятичного счетчика равен:  Максимальное хранимое число – это максимальное значение, которое может храниться в счетчике. Максимальное хранимое число вычисляется по формуле:  Таким образом, максимальное хранимое число на единицу меньше модуля счета В целях увеличения модуля счета счетчиков ИМС счетчиков можно соединять последовательно:  В этом случае общий модуль счета схемы рассчитывается по следующей формуле:  Рассмотрим схемы и принцип работы следующих счетчиков: Асинхронный двоичный счетчик с последовательным переносом информации  Назначение выводов: C – вход синхронизации Q1-Q2 – выходы (Q1 – младший разряд числа, Q2-старший разряд числа) Основные характеристики: Разрядность – 2 M=4 N=3 Синхронизация по спаду синхроимпульса на входе С Особенностью схемы является несинхронная работа триггеров, т.к. их входы синхронизации не объединены. Синхронизация последующего триггера осуществляется предыдущим вследствие чего возникают задержки распространения сигналов между триггерами. Асинхронные триггеры не рекомендуется применять в устройствах управления из-за из их нестабильной работы, особенно на высокой частоте.  Синхронный двоичный счетчик с последовательным переносом информации  Назначение выводов: C – вход синхронизации Q1-Q2 – выходы (Q1 – младший разряд числа, Q2-старший разряд числа) Основные характеристики: Разрядность – 2 M=4 N=3 Синхронизация по спаду синхроимпульса на входе С Особенностью схемы является синхронная работа триггеров, т.к. их входы синхронизации объединены. Режим работы последующего триггера задается предыдущим. Синхронные триггеры обладают большей стабильностью при работе на высоких частотах.  Синхронный двоичный суммирующий счетчик с параллельным переносом информации  Назначение выводов: C – вход синхронизации Q1-Q3 – выходы (Q1 – младший разряд числа, Q3-старший разряд числа) Основные характеристики: Разрядность – 3 M=8 N=7 Синхронизация по спаду синхроимпульса на входе С К особенностям работы схемы следует отнести то, что для управления последующим триггером в схеме используется сигнал, который формируется из сигналов, появляющихся на всех предыдущих выходах триггера. Такой схемотехнический подход позволяет значительно повысить стабильность работы и надежность счетчика. Логический элемент И повышает стабильность работы счетчика, предотвращает переключение 3-го триггера до тех по пока на выходах предыдущих триггеров не появятся все возможные неповторяющиеся числа: 00, 01, 10, 11. Переключение 3-го триггера происходит только в том случае, когда на выходах Q1 и Q2 будут единицы.  Асинхронный двоичный вычитающий счетчик с последовательным переносом информации  Назначение выводов: C – вход синхронизации Q1-Q2 – выходы (Q1 – младший разряд числа, Q2-старший разряд числа) Основные характеристики: Разрядность – 2 M=4 N=3 Синхронизация по спаду синхроимпульса на входе С Вычитающий счетчик в отличие от суммирующего уменьшает число на выходе при поступлении импульса на вход синхронизации С. Особенностью схемы является то, что для управления последующими триггерами в схеме используется не прямой, а инверсный выход триггера.  Синхронный двоичный вычитающий счетчик с параллельным переносом информации  Назначение выводов: C – вход синхронизации Q1-Q3 – выходы (Q1 – младший разряд числа, Q3-старший разряд числа) Основные характеристики: Разрядность – 3 M=8 N=7 Синхронизация по спаду синхроимпульса на входе С  Задание: В среде моделирования Proteus постройте схему пятиразрядного двоичного синхронного суммирующего счетчика с параллельным переносом информации. Используя временные диаграммы, определите его модуль счета и максимальное хранимое им число. Для построения схемы используйте ИМС К555ТВ6 (74LS107) и К555ЛИ1 (74LS08). ИМС К555ИЕ5 (74LS93), КР1533ИЕ5 (74ALS93) Микросхема представляет собой четырехразрядный двоичный суммирующий счетчик. Содержит четыре триггера, переключающихся по спаду импульса синхронизации. Особенностью ИМС является то, что фактически в одном ее корпусе находятся два независимых счетчика. Один из них одноразрядный, второй – трехразрядный.
Назначение выводов: C1, CKA– тактовый вход первого счетчика C2, CKВ– тактовый вход второго счетчика R0, R1 – объединенные логикой И входы сброса. Сброс происходит при условии R0=R1=1 D0-D3 – параллельные информационные входы Q0 – выход первого счетчика (триггера) Q1-Q3 – выходы второго счетчика (Q3 – старший разряд числа, Q1-младший разряд числа) Основные характеристики: Разрядность – 1 (первый счетчик), 3 (второй счетчик) Модуль счета - 2 (первый счетчик), 8 (второй счетчик) Максимальное хранимое число - 1 (первый счетчик), 7 (второй счетчик) Синхронизация по спаду синхроимпульса на входе С Десятичный (двоично-десятичный) счетчик  Десятичный счет счетчик строится из двоичного счетчика. Особенностью ИМС десятичного счетчика является модуль счета равный М=10. Таким образом, на четырех выходах счетчика может быть десять неповторяющихся чисел (0…..9). Счетчик работает циклически, т.е. после значения 9 на выходе появляется 0 и счет повторяется. Для построения десятичного счетчика из двоичного воспользуемся таблицей состояний счетчика:
Из таблицы следует, что сброс регистра должен происходить при комбинации 1010, а комбинации, которые могут быть на выходах счетчика, находятся в диапазоне 0000-1001. Построим десятичный счетчик на ИМС КР1533ИЕ5:  Недвоичный счетчик К недвоичным счетчикам относят схемы, у которых модуль счета не равен 10 и не кратен 2n (n-разрядность счетчика). Для построения таких схем используются двоичные счетчики, модуль которых больше, но близкий по значению с требуемым. Для формирования необходимого модуля счета к двоичному счетчику подключается схема сброса. Рассмотрим пример построения схемы недвоичного счетчика с модулем счета М=13 на ИМС К555ИЕ5 Для построения счетчика воспользуемся таблицей его состояний:
Из таблицы следует, что сброс регистра должен происходить при комбинации 1101, а комбинации, которые могут быть на выходах счетчика, находятся в диапазоне 0000-1100. Построим счетчик на ИМС КР1533ИЕ5:  К555ИЕ6 (74LS192), КР1533ИЕ6 (74ALS192) Микросхема представляет собой четырехразрядный синхронный десятичный реверсивный счетчик.
Назначение выводов: D0-D3 (1-8) – информационные входы, предназначены для загрузки в регистр числа (параллельного кода) PL (L) – вход, управляющий загрузкой числа, находящегося на информационных входах D0-D3 (1-8). Активный сигнал - 0 UP (+1) – тактовый вход суммирующего счетчика DN (-1) – тактовый вход вычитающего счетчика MR (R) – асинхронный вход сброса. Активный сигнал - 1 TCU (>=9) – выход, признак переполнения счетчика формируемый при прямом счете TCD (>=0) – выход, признак переполнения счетчика формируемый при обратном счете Q0-Q3 (Q1-Q8) – выходы счетчика (Q3 (Q8) – старший разряд числа, Q0 (Q1) -младший разряд числа) Основные характеристики: Разрядность – 4 Модуль счета - 10 Максимальное хранимое число - 9 Синхронизация по фронту синхроимпульса на входе С  К555ИЕ7 (74LS193), КР1533ИЕ7 (74ALS193) Микросхема представляет собой четырехразрядный синхронный двоичный реверсивный счетчик.
Назначение выводов: D0-D3 (1-8) – информационные входы, предназначены для загрузки в регистр числа (параллельного кода) PL (L) – вход, управляющий загрузкой числа, находящегося на информационных входах D0-D3 (1-8). Активный сигнал - 0 UP (+1) – тактовый вход суммирующего счетчика DN (-1) – тактовый вход вычитающего счетчика MR (R) – асинхронный вход сброса. Активный сигнал - 1 TCU (>=15) – выход, признак переполнения счетчика формируемый при прямом счете TCD (>=0) – выход, признак переполнения счетчика формируемый при обратном счете Q0-Q3 (Q1-Q8) – выходы счетчика (Q3 (Q8) – старший разряд числа, Q0 (Q1) -младший разряд числа) Основные характеристики: Разрядность – 4 Модуль счета - 16 Максимальное хранимое число - 15 Синхронизация по фронту синхроимпульса на входе С  Задание №1: В среде моделирования Proteus постройте схему двоичного суммирующего счетчика с модулем счета М=3248. Для построения схемы используйте ИМС счетчиков К555ИЕ5 и иные дополнительные элементы. Убедитесь в правильности построения схемы с помощью временных диаграмм. Определите, полученный счетчик является синхронным или асинхронным. Задание №2: В среде моделирования Proteus постройте схему десятичного суммирующего счетчика с модулем счета М=1000. Для построения схемы используйте ИМС счетчиков К555ИЕ6 и иные дополнительные элементы. Убедитесь в правильности построения схемы с помощью временных диаграмм. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
