Меню

Счетчик с параллельным переносом временная диаграмма

Исследование двоичных счетчиков

Лабораторная работа выполняется с помощью учебного лабораторного стенда LESO2.

1 Цель работы

Целью работы является изучение универсального двоичного счётчика и приобретение навыков в построении и экспериментальном исследовании счётчиков.

2 Краткие теоретические сведения

Счётчик – устройство для подсчёта числа входных импульсов.

Параметры счётчика:

  • модуль счёта М – число устойчивых состояний;
  • ёмкость Е – максимальное число, которое может быть записано в счётчик (Е=М-1);
  • быстродействие (скорость перехода из состояния «все 1» в состояние «все 0» и наоборот).

Классификация:

  1. По направлению счёта:
  • суммирующие;
  • вычитающие;
  • реверсивные;
  1. По способу построения цепи переноса:
  • с последовательным переносом;
  • с параллельным переносом;
  • с комбинированным переносом;
  1. По способу переключения триггера:
  • синхронные;
  • асинхронные.

2.1 Простейший суммирующий асинхронный счётчик

Счётчик представляет собой несколько последовательно включенных счётных триггеров. Напомним, что по каждому входному импульсу счётный триггер изменяет своё состояние на противоположное.

Рисунок 2.1 – Простейший суммирующий асинхронный счётчик

Если вход синхроимпульса триггера отмечен как «\», то опрокидывание триггера происходит по заднему фронту, если как «/» — то по переднему.

Рисунок 2.2 – Временная диаграмма работы суммирующего асинхронного счётчика

Для того чтобы разобраться, как работает схема двоичного счётчика, воспользуемся временными диаграммами сигналов на входе и выходах этой схемы, приведёнными на рисунке 2.2.

Пусть первоначальное состояние всех триггеров счётчика будет нулевым. Это состояние мы видим на временных диаграммах. Запишем его в таблицу 2.1. После поступления на вход счётчика тактового импульса (который воспринимается по заднему фронту) первый триггер изменяет своё состояние на противоположное, то есть единицу.

Запишем новое состояние выходов счётчика в ту же самую таблицу. Так как по приходу первого импульса изменилось состояние первого триггера, то этот триггер содержит младший разряд двоичного числа (единицы).

Таблица 2.1 – Изменение уровней на выходе суммирующего двоичного счётчика при поступлении на его вход импульсов

Номер входного импульса Q2 Q1 Q0
1 1
2 1
3 1 1
4 1
5 1 1
6 1 1
7 1 1 1
8

Подадим на вход счётчика ещё один тактовый импульс. Значение первого триггера снова изменится на прямо противоположное. На этот раз на выходе первого триггера, а значит и на входе второго триггера сформируется задний фронт. Это означает, что второй триггер тоже изменит своё состояние на противоположное. Это отчётливо видно на временных диаграммах, приведённых на рисунке 2.2. Запишем новое состояние выходов счётчика в таблицу 2.1. В этой строке таблицы образовалось двоичное число 2. Оно совпадает с номером входного импульса.

Продолжая анализировать временную диаграмму, можно определить, что на выходах приведённой схемы счётчика последовательно появляются цифры от 0 до 7. Эти цифры записаны в двоичном виде. При поступлении на счётный вход счётчика очередного импульса, содержимое его триггеров увеличивается на 1. Поэтому такие счётчики получили название суммирующих двоичных счётчиков. Если информацию снимать с инверсных выходов триггеров, то получится вычитающий счётчик.

Читайте также:  Департамент жкх передача показаний счетчиков

2.2 Простейший вычитающий асинхронный счётчик

Рассмотрим схему счётчика на триггерах, опрокидывающихся по переднему фронту входных импульсов рисунок 2.3

Рисунок 2.3 – Вычитающий счётчик Рисунок 2.4 – Временная диаграмма

Из временной диаграммы видим, что получился вычитающий счётчик. Если информацию снимать с инверсных выходов триггеров, то получится суммирующий счётчик.

2.3 Счётчик с произвольным модулем счёта

Для построения такого счётчика можно использовать двоичный счётчик, у которого модуль счёта М должен быть больше модуля счёта разрабатываемого счётчика с произвольным модулем счёта.

Пусть нужно сделать счётчик с М= 10.

У 4-х разрядного счётчика модуль счёта равен 16 (больше 10).

Схема счётчика представляет собой 4 последовательно включённых счётных триггера, у которых есть вход сброса R.

Число 10 в двоичной системе счисления представляется 1010. Когда на выходах счетчика будет код 1010, на выходе элемента «И» появится логическая единица, которая запустит схему гашения. Длительность импульса на выходе схемы гашения должна быть достаточна для надёжного сброса всех триггеров счётчика в 0. Разряды числа 1010, равные 1 подаются на схему «И» с прямых выходов триггеров, а равные 0 — с инверсных. Таким образом, как только счётчик досчитает до 10, произойдёт обнуление всех триггеров и счёт продолжится с кода 0000.

Рисунок 2.5 – Счётчик с модулем счета М=10

Рассмотрим счётчик с М=11 на основе двоичного счётчика в одной микросхеме (без инверсных выходов).
1110=10112

Рисунок 2.6 – Счётчик с модулем счёта М=11

В качестве схемы гашения может быть RS-триггер.

Рисунок 2.7 – Счётчик с модулем счёта М=17

В этой схеме М=100012 = 1710

Сигнал на входе К счётчика будет действовать в течение одного периода входных импульсов

3 Задание к работе

3.1 Исследовать суммирующий счётчик.

Сконфигурировать ПЛИС в соответствии с рисунком 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема суммирующего счётчика

Элемент 74393 представляет собой суммирующий счётчик.

ВНИМАНИЕ! Для того, что бы выполнить блок Antitinkling, прочтите инструкцию Борьба с дребезгом контактов.

Подавая с помощью кнопки Button на вход счётчика импульсы и наблюдая за выходами Q, заполнить таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Таблица состояний суммирующего счётчика

Номер входного импульса QD QC QB QA
1
.
15

3.2 Исследовать вычитающий счётчик.

Сконфигурировать ПЛИС в соответствии с рисунком 3.2.

Рисунок 3.2 – Схема вычитающего счётчика

Элемент 4 count представляет собой вычитающий 4-х разрядный счётчик.

Подавая с помощью кнопки Button на вход счётчика импульсы и наблюдая за выходами, заполнить таблицу 3.2.

Таблица 3.2 – Таблица состояний вычитающего счётчика

3.3 Исследовать счётчик с произвольным модулем счёта.

В соответствии с вариантом, полученным у преподавателя, разработать схему счётчика с заданным модулем счёта. В соответствии с разработанной схемой сконфигурировать ПЛИС. На рис 3.3 приведён пример схемы счётчика с модулем счёта 8. К выходам счётчика через преобразователь кодов 74247 подключён семисегментный индикатор.

Подавая с помощью кнопки Button на вход счетчика импульсы и наблюдая за выходами QA, QB, QC, QD и цифровым индикатором, заполнить таблицу 3.3.

Таблица 3.3 – Таблица состояний счётчика с произвольным модулем счёта

Источник

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:

  1. по разрядности
    • суммирующие
    • вычитающие
    • реверсивные
    • с произвольным порядком пересчета
    • синхронные
    • асинхронные
  2. 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

Таблица №1 Значение выводов Q
Q3 Q2 Q1 Q
1
1
1 1
1
1 1
1 1
1 1 1
1
1 1
1 1
1 1 1
1 1
1 1 1
1 1 1
1 1 1 1

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.

Читайте также:  Подключение общедомовых счетчиков электроэнергии

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

переключается в 0.

Счетчики с произвольным порядком пересчета

Построенные на основе D-триггеров

Рис.14 Структурная схема

Рис.15 Счетчик с произвольным порядком пересчета и его граф состояний

Рис.16 Граф состояний

Q2 Q1 Q0 f2 f1 f0
1 1 1
1 1
1 1 1
1 1 1
1 1 1

Каждый разряд булевой функции определяет значение счетчика.

Построенные на основе T-триггеров

Рис.17 Структурная схема

Рис.18 Счетчик с произвольным порядком пересчета

Источник



Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

Счётчики построенные на триггерах

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:

  1. по разрядности
    • суммирующие
    • вычитающие
    • реверсивные
    • с произвольным порядком пересчета
    • синхронные
    • асинхронные
  2. 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 <\displaystyle

2^> , где n-число выходов счетчика

Последовательные суммирующие счетчики

Счетчики с последовательным переносом

Т-триггер простейший вид счетчика, который делит все импульсы на четные и нечетные .Если на входе триггера частота F <\displaystyle

F> , то на его выходе F / 2 <\displaystyle

F/2> . Следовательно Т-триггер может использоваться в качестве делителя на 2. Несмотря на то, что скважность входных ипульсов может быть произвольной на выходе скважность равна 2.

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 <\displaystyle

T=\cdot > . Так как нельзя подавать сигнал до того времени, пока не установится счетчик, имеем максимальную частоту: F m a x ⩽ 1 T <\displaystyle F_\leqslant <\frac <1>>> .То есть с повышением разрядов понижаем частоту сигнала.

Счетчики с параллельным переносом

Переключение зависит от того, в каком состоянии находятся предыдущие, то есть Q i <\displaystyle

Q_> меняет состояние в 1, если все Q j , j i <\displaystyle

Q_,j были равны 1. Схема осуществляет переключение одновременно на всех триггерах, следовательно время установки нового значения равно времени установки триггера. Конъюнктурами D 5 , D 6 <\displaystyle

Источник