Sibprompost.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Параллельный двоичный счетчик

Параллельный двоичный счетчик

В счетчиках с параллельным переносом (синхронных счетчиках) тактовые импульсы подаются одновременно на все разряды, однако из-за наличия специальной логики срабатывают только те триггеры, состояния которых соответствуют коду числа импульсов, поступивших на его вход. Схема трехразрядного синхронного счетчика на RS-триггерах приведена на рис. 13.41.

Исходное состояние соответствует коду 000. После подачи первого импульса выход Q1 будет соответствовать уровню логической 1, при этом будет подготовлен к срабатыванию первый логический элемент «И». В счетчике будет записан код 001. Второй счетный импульс переведет первый триггер в нулевое состояние, а Q2 – в единичное. В счетчике запишется код 010. Теперь первый и второй логический элемент будут закрыты, а после подачи третьего импульса первый триггер перейдет в единичное состояние и в счетчике запишется состояние 011. Оба логических элемента перейдут в состояние пропускания счетных импульсов. После подачи четвертого импульса все триггеры срабатывают, что соответствует коду 100. Пятый импульс переведет счетчик в состояние 101 и т.д.

Быстродействие определяется выражением:

, (13.44)

где tЗД.И – время задержки схемы «И».

Счетчик с параллельным переносом можно построить и на многовходовых J-K-триггерах без использования дополнительных логических элементов.

На рис. 13.52 изображена схема двоично-десятичного счетчика, работающего в коде 8-4-2-1, а состояния его разрядов приведено в табл. 4.1.

Принцип работы счетчика примерно такой же, как и счетчика на R-S-триггерах, роль логических элементов выполняют дополнительные J-K- входы.

Счетчики с некратным коэффициентом делениятакже часто используется на практике . В этом случае требуемый коэффициент деления счета отличается от или 10. В этом случае используются счетчики с необходимым коэффициентом деления. Если используется n триггеров на возможных состояний, то за счет введения обратных связей, можно часть лишних состояний исключить и получить численный коэффициент .

Схема с коэффициентом счета М = 5 имеет следующий вид (рис. 13.44).

Разработка счетчиков направлена в основном на увеличение их быстродействия. У современных счетчиков максимальная частота переключения достигает десяти гигагерц и выше.

Цифровые регистры

Цифровые регистры— это устройства, предназначенные для хранения и преобразования многоразрядных двоичных чисел. Запоминающими элементами регистра являются триггеры, число которых равно разрядности хранимых чисел.

Кроме триггеров регистры содержат также комбинационные схемы, предназначенные для ввода и вывода хранимых чисел, преобразования их кодов, сдвига кодов на то или иное число разрядов. Информация в регистрах хранится, как правило, в течение некоторого количества тактов.

· параллельные регистры (регистры памяти или хранения ),

· последовательные регистры (регистры сдвига),

· параллельно-последовательные регистры (например, ввод в параллельном коде, вывод – в последовательном и наоборот).

В регистрах памяти число вводится (выводится) за один такт, а в регистрах сдвига – за n тактов, где n – разрядность чисел.

По способу ввода-вывода регистры подразделяются на однофазные и парафазные. В однофазных ввод (и вывод) производится только в прямом или только в обратном коде, в парафазных возможен ввод и вывод как в прямом, так и в обратном кодах.

Читайте так же:
Счетчик страниц hp 4250

В параллельных регистрах можно производить поразрядные логические операции с хранимым числом и вновь вводимым. Вид логических операций зависит от типа триггеров, составляющих регистр, и комбинации сигналов управления.

Регистры сдвига применяются для преобразования последовательного кода в параллельный (и обратно), для умножения и деления многоразрядных чисел и т. д.

Общая структурная схема регистра памяти представлена на рис. 13.45.

Рис. 13.45. Структура параллельного регистра (памяти)

Изменение хранящейся информации (ввод новой информации) происходит после соответствующего изменения сигналов на входах A при поступлении определенного уровня (С = 0 или С = 1) или фронта синхросигналов. В качестве разрядов регистра памяти используются синхронизируемые D-триггеры, если информация поступает в виде однофазных сигналов, или RS-триггеры, если информация поступает в виде парафазных сигналов (рис. 13.26)

Рис. 13.46. Регистры памяти: а – однофазный; б – парафазный

Предварительная очистка регистра производится с помощью асинхронных входов Rа установки триггеров в нулевое состояние.

В ряде случаев регистр хранения содержит устройства, выполняющие также операцию сдвига, образуя таким образом регистр хранения и сдвига. Можно осуществлять сдвиг в сторону старших (влево) и в сторону младших (вправо) разрядов. Причем можно осуществлять сдвиг как двоичных чисел, так и двоичных кодов на один или несколько разрядов.

Каждый элемент регистра хранения должен сначала передать хранимую информацию, а затем изменить свое состояние за счет приема информации от предыдущего элемента. Естественно, что передача и прием информации не могут происходить одновременно, поэтому необходимо разделить указанные операции во времени.

Эту трудность можно обойти, используя синхронные двухступенчатые триггеры или синхронные триггеры с динамическим управлением записью. В этих триггерах по переднему фронту синхроимпульса

Временная диаграмма построена для случая, когда до сдвига на регистре зафиксирован код …101010… .

l di54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAA+QUAAAAA » stroked=»f»>

Рис. 13.47

В исходном состоянии промежуточным разрядам регистра соответствует код …101… . После подачи сигнала по шине сдвига “C” через время устанавливается код 010 и т. д.

Важным параметром регистра является время сдвига, которое равно отрезку времени от момента поступления импульса на шину “C” до момента установления сдвинутого кода в регистре. Для данного случая .

Последовательный ввод информации и сдвиг вправо несложно можно построить на основе D-триггеров (рис. 13.48). Здесь используется однофазный входной сигнал.

Рассмотрим запись числа 001. При подаче “1” на вход триггер Т3 подготовлен к срабатыванию и после первого тактового импульса перейдет в состояние “1”.

Перед вторым тактовым импульсом на вход подается “0”, а на вход – “1”. После окончания второго тактового импульса единица записывается в триггер Т2 и состояние триггеров запишется кодом 010.

При реализации регистра на JK-триггерах информация от разряда к разряду передается одновременно по входам J и K (рис. 13.49). Рассмотрим функционирование этой схемы более подробно (табл. 5.1). Первый JK- триггер преобразован в D- триггер, через который передается входной код. Подадим на вход первого триггера информацию , т.е. , а на вход С –единичный импульс. Таким образом, после первого импульса .

Читайте так же:
Счетчики посещений для сайта wordpress

При подаче на вход новой информации и второго тактового импульса на вход С триггер принимает информацию с выхода , т.е. , а триггер примет новую информацию: = . После третьего синхроимпульса ; ; , после четвертого – : ; ; .

Данный регистр состоит из четырех триггеров и может хранить четыре бита информации. После четвертого такта на выходе хранится код . С выходов можно сделать параллельный вывод последовательно введенной информации. Однако возможен и последовательный вывод с триггера при подаче тактовых импульсов под номером 4…7. При этом по этим тактовым импульсам можно ввести и новую информацию.

Дата добавления: 2019-09-30 ; просмотров: 530 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Двоичный счет

Одной из наиболее важных функций цифровой электроники является счет. За исключением только что рассмотренного кольцевого счетчика, счет, как правило, выполняется в двоичной системе, поскольку мы всегда имеем дело со схемами, имеющими два состояния. Преобразование двоичного представления числа в десятичное легко осуществляется всего одной ИС дешифратора.

Основным элементом большинства двоичных счетчиков является триггер типа ведущий—ведомый или триггер, срабатывающий по фронту, используемые в режиме переключения (смены состояния) при поступлении каждого тактового импульса. На рис. 13.28 показан 4-разрядный двоичный счетчик, образованный включенными последовательно /^-триггерами. На все входы J и К подана логическая 1, так что триггеры работают в режиме переключения. Выходы всех триггеров первоначально можно установить в нулевое состояние, подавая на короткое время логическую 1 на общий вход сброса. После этого схема готова считать входные импульсы. Результат двоичного счета получается на выходах с А по D, и важно отметить, что выход А, хотя и расположен слева, в действительности является младшим значащим разрядом (МЗР). Поэтому число следует читать в следующем порядке: DCBA, и таблица на рис. 13.29 подтверждает это.

ИС 74LS93 (аналог 555ИЕ5. — Примеч. перев.) является 4-разрядным двоичным счетчиком; на рис. 13.30 показаны цоколевка этой ИС и ее внутреннее устройство. Отметим, что триггер А не соединен с тремя другими для того, чтобы иметь возможность независимого счета до 2 и до 8. Триггер А считает импульсы, поступающие на его вход по модулю 2, тогда как на выходах триггеров В, Си D присутствует результат счета импульсов, поступающих на вход триггера В, по модулю 8. Все триггеры имеют общую шину сброса. Для создания обычного 4-разрядного счетчика выход триггера А соединяется с входом триггера В.

Рис. 13.28. 4-разрядный двоичный счетчик, образованный последовательно включенными JK- триггерами.

Рис. 13.29. Значения сигналов на выходах 4-разрядного двоичного счетчика.

Рис. 13.30. 4-разрядный двоичный ТТЛ-счетчик 74LS93: цоколевка и внутреннее устройство. NC означает не используемые выводы. GND — вывод заземления.

Рис. 13.31. Сигналы на входе и выходах 4-разрядного двоичного счетчика.

На рис. 13.31 показаны сигналы на входе и выходах 4-разрядного двоичного счетчика, где видно, что все выходные сигналы имеют коэффициент заполнения, равный единице, а частота их следования понижается каждым триггером вдвое. Стоит заметить, между прочим, что если для различных целей при проведении экспериментов требуется прямоугольный сигнал с коэффициентом заполнения, равным единице, то простейший путь достичь полной симметрии состоит в следующем: генерируются периодические импульсы с удвоенной частотой, а затем применяется триггер для деления на два, гарантирующий точное равенство единице коэффициента заполнения.

Читайте так же:
Внешний тарификатор для счетчика

Входы сброса и модуль счета

Все четыре триггера в ИС 74LS93 можно перевести в нулевое состояние с помощью входов сброса и RQ . Чтобы сбросить триггеры в нулевое состояние, на оба входа сброса необходимо подать логическую 1 одновременно. Чтобы разрешить счет, следует хотя бы один вход сброса заземлить (установить уровень логического 0).

Наличие двух входов сброса делает ИС 74LS93 очень гибким устройством. Подавая на входы сброса различные комбинации выходных сигналов, можно получить множество различных последовательностей состояний счетчика. Обращаясь к таблице истинности на рис. 13.29, нетрудно убедиться, что счетчик может автоматически сбрасываться при достижении определенного числа. Например, если соединить вход R0<1) с выходом D, а вход RQ(2) с выходом В, то счетчик нормально работает до того момента, пока на выходах не появится комбинация 1010, когда он сбрасывается в ноль. На рис. 13.32 представлена таблица подключения входов сброса для получения различных модулей счета. Применяя такие схемы с «обратной связью для сброса», разработчик должен иметь в виду, что процедура сброса занимает конечное время (приблизительно 40 не), так что непосредственно перед установкой в ноль на выходах будут появляться кратковременные «выбросы» или «глюки». Это не имеет значения в таких случаях, как подключение счетчика к индикатору напрямую, но могут возникнуть некоторые проблемы, если какой-либо из выходов используется другой схемой в качестве источника тактовых импульсов.

Такие выбросы являются причиной непредсказуемой или неустойчивой работы цифровых устройств; часто они возникают из-за различного времени срабатывания, что приводит к временным «гонкам» импульсов по раз-

Рис. 13.32. Счет с помощью 4-разрядного двоичного счетчика 74LS93 по различному модулю.

личным участкам схемы. Поэтому разные экземпляры серийных образцов могут приводить к совершенно непохожим результатам в зависимости от того, какой импульс «выиграет гонку».

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Двоичные счетчики

Двоичные счетчики – это последовательностные устройства, отображающие в выходном двоичном коде число поступивших на его вход импульсов. Двоичные счетчики строятся на n последовательно соединенных Т-триггерах, поэтому число всевозможных сочетаний состояний триггеров составит K=2 n . Это значит, что счетчик может «сосчитать»
2 n – 1 входных сигналов. Число K отражает информационную емкость двоичного счетчика и называется модулем счета. Первый импульс, пришедший после «заполнения» счетчика (когда исчерпаны все возможные состояния), автоматически сбрасывает счетчик в исходное нулевое состояние. Рассмотрим работу трехразрядного двоичного счетчика с помощью временных диаграмм (рис. 5.15).

Рис. 5.15. Схема трехразрядного асинхронного суммирующего двоичного счетчика: а, б – условное обозначение; в – временные диаграммы

При рассмотрении диаграммы необходимо обратить внимание на то, что счетный вход каждого последующего триггера подключен к инвертирующему выходу предыдущего. Это означает, что положительный перепад на входе триггера, по которому он срабатывает, происходит при отрицательном перепаде по основному выходу предыдущего триггера. В диаграммах учтены задержки t3 (для простоты принятые одинаковыми), вызванные конечным временем переходного процесса триггера. По диаграммам легко убедиться, что значение двоичного кода на основных выходах триггеров соответствует числу пришедших импульсов (см. на диаграммном состоянии после 5-го и 7-го импульсов). С приходом 7-го импульса информационная емкость счетчика исчерпывается и 8-й импульс приводит к последовательному сбросу в нулевое состояние всех триггеров, который заканчивается через время , равное сумме времен задержки каждого триггера. Это обстоятельство ограничивает частоту импульсов, т. е. скорость счета, т. к. необходимо выполнить условие

Читайте так же:
Воздействие постоянным магнитным полем счетчик

.

Такой счетчик называется асинхронным. С приходом каждого импульса число, отображаемое двоичным кодом, увеличивается на единицу, поэтому такой счетчик называется суммирующим.

Хорошо видно, что период следования импульсов с прямого выхода каждого последующего триггера в 2 раза больше, чем у предыдущего. Если снимать информацию, например, с выхода второго триггера, то частота следования импульса здесь будет в 4 раза ниже, чем у входных импульсов, т. е. счетчик может выполнять роль делителя частоты входных импульсов.

Ограничение скорости счета, вызванного у асинхронного счетчика последовательным переключением триггеров, можно устранить, если осуществлять одновременное переключение триггеров, которое реализуется в счетчиках с параллельным переносом (рис. 5.16).

Рис. 5.16. Счетчик с параллельным переносом

В этой схеме входы J и K объединены, и когда J=K=1, JK-триггер работает, как Т-триггер, а когда J=K=0, находится в режиме хранения. С помощью элемента И осуществляется перенос информации в старший разряд. Быстродействие повышается за счет того, чтос приходом входного импульса одновременно срабатывают все триггеры.

Если вход последующего триггера (см. рис. 5.15) соединить с прямым выходом предыдущего, то такой счетчик становится вычитающим: число, записанное в виде исходного кода, будет с приходом каждого входного импульса уменьшаться на 1. Возможна реализация реверсивного счетчика, работающего по внешней команде, или в режиме суммирования, или в режиме вычитания.

Дата добавления: 2015-09-13 ; просмотров: 14 ; Нарушение авторских прав

Двоичный счетчик

Тамбовский государственный технический университет

Зав. Кафедрой Э и А

«Информационно – измерительная техника и электроника»

Тема №3 ИМПУЛЬСНЫЕ И ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА

Тема лекции:

ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА

Цель лекции: изучить конструкцию и принцип действия транзисторного ключа, мультивибратора и триггера.

(Программные вопросы лекции)

1. Двоичный счетчик.

Регистры.

3. Преобразователи двоичных кодов.

Учебно-материальное обеспечение

Литература для самостоятельной работы: .

1. В.П.Попов Основы теории цепей. –М.: Высшая школа.2000, (с.6-7).

2. Г.И. Атабеков. Теоретические основы электротехники. Ч.1. – М.: Энергия, 1978, (с.14-18).

Тема лекции: ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА

Введение.

В данной лекции мы рассмотрим основные типы цифровых устройств: двоичные счетчики,

Двоичный счетчик.

Счетчик — такое устройство, на выходах которого получается двоичный (двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счетчики строятся на Т-триггерах, причем вход первого триггера является входом счетчика. Номер состояния счетчика, как и регистра, определяется значением на выходах триггеров, образующих двоичный код числа , причем .

Читайте так же:
Прошел срок годности счетчика

.

Текущее состояние СТ (количество импульсов, поступивших на вход СТ) определяется двоичным кодом, в качестве разрядных цифр которого служат сигналы с выходов соответствующих триггеров. Оно может быть определено также номером состояния, т.е. десятичным эквивалентом двоичного кода.

Классификация.

Счетчики могут быть синхронными и асинхронными.

По реализуемым функциональным возможностям возможно построение суммирующих, вычитающих, реверсивных счетчиков. По способу организации внутрикаскадных связей, определяющих быстродействие, счетчики различают с последовательным, параллельным и сквозным переносом.

Основными характеристиками счета являются:

2. Коэффициент счета.

Классификационные признаки независимы и могут встречаться в различных комбинациях.

А®10011 + 1 10100®А+1

В суммирующем счетчике состояние счетчика (двоичный код на его выходах) с каждым импульсом увеличивается на единицу. На примере сложения числа с единицей проанализируем изменение кода после сложения

1. Триггер нулевого разряда переключается в противоположное состояние независимо от состояния других триггеров, т.к. входной импульс имеет и фронт и срез.

2. Переключение триггеров в счетчике происходит в противоположное состояние

3. Переключение происходит от младшего разряда к старшему по срезу, т.е. прямой выход предыдущего триггера соединяется с инверсным входом (срабатывает по срезу).

Принцип построения и таблица истинности суммирующего счетчика отражены на рис. 1 и табл. 1.

Таблица истинности суммирующего счетчика

NимпQ2Q1Q
1

Каждый триггер счетчика делит частоту на 2, а коэффициент деления счетчика , где n – число разрядов в счетчике. В пределах коэффициента счета количество поступивших импульсов однозначно отражается двоичным кодом на выходах счетчика. Максимальное число, которое может быть записано в счетчик , очередной импульс обнуляет счетчик и счет начинается сначала.

В вычитающем счетчике при поступлении очередного импульса число, записанное в нем, уменьшается на единицу, соответственно особенности построения вычитающего счетчика можно проанализировать на примере

_ 11000 (24)(10)

Отсюда очевидно, что разница между вычитающим и суммирующим счетчиками заключается в способе соединения триггеров. Для вычитающего счетчика необходимо, чтобы прямой вход старшего триггера был соединен с прямым выходом младшего (или реально инверсный выход с инверсным входом).

Таблица истинности вычитающего счетчика

NимпQ2Q1Q

Реверсивные счетчики могут работать как в режиме сложения, так и в режиме вычитания. Как следует из рис. 1, 2, для изменения режима работы необходимо подключать или прямой, или инверсный выход предыдущего триггера, входящего в счетчик, к Т входу последующего.

Если за период времени T поступит К импульсов при работе счетчика в режиме суммирования и N импульсов при работе счетчика в режиме вычитания, то состояние счетчика будет равно KN (при условии, что число импульсов K и N может однозначно подсчитываться счетчиком, т.е. разрядность счетчика и ).

Интегральные микросхемы, в которых реализованы счетчики, обозначаются буквенным кодом ИЕ (ИЕ6, ИЕ7,ИЕ12, ИЕ13, и т.п.)

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector