![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Расчетное задание № 8
Изучение цифровых счетчиков импульсов 8.1. Цель работы
8.1.1. Изучить схему и принцип действия цифровых счетчиков импульсов 8.1.2. Рассчитать количество триггеров схемы исходя из емкости счётчика соответствующей варианту задания. 8.1.3. Разработать схему счётчика исходя из варианта: а) с обратными связями; в) со схемой И. Схемы разработать в трёх вариантах: 1) структурную; 2) электрическую принципиальную счётчиках на ТТЛ; 3) электрическую принципиальную на счётчиках МОП. 8.1.4. Дать описание работы схем и обоснование выбора схемы счётчика на примере двух- трёх счётчиков. 8.2. Содержание расчетного задания 8.2.1. Выполнить расчёт и разработку схемы цифрового счетчика импульсов. Варианты исходных параметров для расчета приведены в таблице 8.1 и указываются преподавателем. 8.3. Методические указания
Счетчик – устройство, выполненное на основе цепочки триггеров, осуществляющее счет импульсов и фиксирующее это число в коде. Счетчики применяются в различных областях цифровой техники, в частности, в электроизмерительной аппаратуре, управляющих системах ЭВМ, датчиках технологических параметров и т.д. Наибольшее распространение получили двоичные и двоично-десятичные счетчики. По выполняемой функции счетчики делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные. В суммирующих счетчиках число увеличивается на одну единицу с приходом каждого нового счетного импульса. Вычитающие счетчики содержащееся в них число уменьшают на одну единицу под воздействием очередного счетного импульса. Реверсивные счетчики в зависимости от поданной команды могут работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания счетных импульсов. Основу счетчиков составляют триггеры, как правило, D- или JK-типов, включаемые в счетном режиме (Т-триггеры). Каждый триггер образует соответствующий разряд счетчика. В дальнейшем символом Q 0 будем обозначать младший, символом Qn-1 – старший разряд счетчика, где n – общее число разрядов. Максимальное количество импульсов суммируемых счётчиком с n разрядов определяется уравнением N=2 n. Таблица 8.1 Ёмкость счётчика по вариантам
Алгебра логических схем отображает двоичное многоразрядное число в виде суммы величины чисел отдельных разрядов Q соответствующих его номеру. Уравнение N=2n можно для n=8 написать так: N=2n=20+21+22+23+24+***+28=1+2+4+8+16+***+256. (8.1.) По принципу построения счетчики подразделяются на асинхронные и синхронные. Асинхронные счетчики представляют собой последовательное включение триггеров, где каждый последующий триггер переключается под действием выходного сигнала предыдущего триггера. В синхронных счетчиках счетный импульс одновременно подается на управляющие входы триггеров всех разрядов. Рассмотрим асинхронный двоичный суммирующий счетчик на основе JK-триггеров, работающих по заднему фронту импульса на входе С (рис. 8.1, а). Вход С каждого последующего триггера подключается к прямому выходу триггера предыдущего разряда. Для организации Т-режима в JK-триггерах на входы J и К подается «1» (рис. 8.1, б). При этом источник счетных импульсов подключается к выходу С триггера младшего разряда. Для триггеров более старших разрядов источником счетных импульсов является информационный сигнал с выхода триггера предыдущего разряда. .
Рис. 8.1. Асинхронный двоичный суммирующий счетчик а, JK-триггер в Т-режиме б, временные диаграммы работы счётчика в.
Считаем, что в начальный момент времени счетчик находится в нулевом состоянии. Триггер младшего разряда изменяет свое состояние синхронно с задним фронтом каждого счетного импульса Хс, поступающего на его вход С (рис.8.1, в). Триггеры второго и последующих разрядов счетчика реагируют на задний фронт выходных импульсов Q 0, Q 1, Q 2, Q 3 с инверсных выходов предыдущих разрядов. В результате уровень сигнала Q 0 изменяется с приходом каждого второго счетного импульса Хс , сигнала Q 1 с приходом каждого четвертого импульса Хс , сигнала Q 2 с приходом каждого восьмого импульса Хс. При этом каждый импульс Хс вызывает увеличение содержимого счетчика на одну единицу до тех пор, пока не произойдет переход всех разрядов в состояние «1» (десятичное число 15)), то есть 15=24. 8.2. Условное обозначение двоичного счётчика Частота импульсов на выходе каждого последующего разряда в два раза меньше частоты выходного сигнала предыдущего разряда. На схемах двоичные счетчики однонаправленного действия (суммирующие или вычитающие) имеют условное графическое обозначение (рис. 8.2). Цифра 2 при символе СТ обозначает, что счетчик работает в двоичном коде, R – вход установки счетчика в состояние 0; S – вход установки счетчика в состояние 1; С – счетный вход; Q 0… Q 3 – выходы соответствующего разряда счетчика, где Q 0 – младший разряд. Для получения счетчика, работающего в другом коде, например десятичном, применяют обратные связи. На рис. 8.3, а приведена функциональная схема десятичного (декадного) счетчика импульсов на четырех триггерах, а на рис. 8.3, б — его условное обозначение при интегральном исполнении.
Рис. 8.3. Схема (а) и условное обозначение (б) десятичного счетчика
С выхода триггера Т4 сигналы обратной связи поступают на входы триггеров T 2, Т 3. Благодаря этому после поступления на вход счетчика восьмого импульса на выходе триггера Т4 появляется сигнал < ↓ >, который переводит триггеры Т3, Т2 из состояния «0» в состояние «1» (табл. 8.3). Девятый импульс переводит триггер Т4 в состояние «1», и все триггеры оказываются в состоянии «1». Десятый импульс переводит все триггеры в состояние «0», и счет начинается снова. Используя обратные связи, можно построить счетчик, работающий в системе счисления с любым основанием. Это свойство обратных связей необходимо использовать для разработки схемы с ёмкостью счётчика указанной в задании. Рассмотренные счетчики выполняют операцию суммирования числа импульсов, поступивших на вход, поэтому их называют суммирующими. Таблица 8.3 Таблица переходов десятичного счетчика
Счетчики, выполняющие операции сложения и вычитания, называют реверсивными. Обычно они имеют два входа: сложения и вычитания. Описанные счетчики относятся к последовательным (асинхронным), у которых импульсы поступают только на вход триггера первого разряда, а каждый последующий триггер управляется выходным сигналом предыдущего. Для повышения быстродействия применяют параллельные (синхронные) счетчики, в которых входной сигнал воздействует параллельно на входы синхронизации всех разрядов счетчика, построенного на jk-триггерах. Использованием D-входов добиваются необходимой последовательности переключения триггеров. Для выполнения задания необходимо взять счётчик с числом триггеров обеспечивающим суммирование указанных в задании чисел. Количество триггеров или разрядов можно сосчитать по формуле N=2 n, где n это число разрядов то есть триггеров. Для разработки схемы счётчика, работающей по принципу суммирования чисел разрядов заданного числа, необходимо ввести в схему логический элемент И с числом входов n, которые подключаются к выходам триггеров Q 1- Q n.Если для разработки схемы такой схемы взять за основу схему рисунка 8.1, а, то суммируя сигналы с выходов триггеров Т: Q 0, Q 1, Q 3, Q 4 с помощью логической схемы И, имеющей четыри входа на её выходе Q, получим сигнал, когда на всех входах будет логическая 1. Как рассматривалось ранее в этой схеме N=15. Если в задании число меньше 32, то нужен счётчик из пяти триггеров, а если задано число меньше 64, то в счётчике должно быть 6 триггеров и т. Д.. Счетчики, выпускаемые промышленностью, выполняют в виде интегральных микросхем, например К176ИЕ1 (шестиразрядный двоичный счетчик), К176ИЕ2 (пятиразрядный счетчик), К155ИЕ4 (счетчик-делитель на 12). Микросхемы К176ИЕ8и К561ИЕ8 (рис. 8.4)—десятичные счетчики-делители. Микросхемы К176ИЕ8 и К561ИЕ8 имеют 10 дешифрированных выходов Q 0... Q 9. Если на входе разрешения счета СE микросхемы К561ИЕ8 присутствует низкий уровень, счетчик выполняет свои операции синхронно с положительным перепадом на тактовом входе С. При высоком уровне на входе СE действие тактового входа запрещается и счет останавливается. При высоком уровне на входе сброса R счетчик очищается до нулевого отсчета. На рис. 8.4 показана схема применения счетчика К561ИЕ8 с укороченным циклом. Здесь от выхода N (где 2< N< 9) импульс подается на сброс RS-триггера (используются ключи DD2.3 и DD2.4 дополнительной микросхемы K561JIE5). Если N -6, то счетчик ИЕ8 будет работать как делитель на шесть, что необходимо для устройств отсчета секунд и минут для часов. Выходной сигнал с частотой Рис. 8.4. Работа счетчика К561ИЕ8 с укороченным циклом
Цифровые счетчики импульсов применяют для счета числа импульсов либо для деления числа импульсов. Счет числа импульсов, поступающих на вход с высокой частотой, необходим в вычислительной технике, автоматике, информационно-измерительной технике (цифровые измерительные приборы), ядерной физике (счетчики элементарных частиц). Выпускаемые промышленностью счётчики имеют максимальный коэффициент деления (КД) 64. В задании во всех вариантах КД больше, поэтому потребуется несколько счётчиков включенных последовательно. При этом заданный КД получают умножением коэффициентов деления счётчиков с подходящими значениями КД. Эти параметры счётчиков можно подобрать просмотрев параметры счётчиков ТТЛ приведённых в справочниках [4, 8] или учебниках[11-12]. . Например: задан КД=120. Это число можно получить из двух чисел 10 и12, или трёх: 10. 3, и 4. Схема структурная и схема электрическая принципиальная. разработанные в соответствии с заданием. должны быть выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ. Условные обозначения элементов схем даны в справочниках [4, 8] или учебниках[11-12]. В работе, в дополнение к схемам необходимо привести необходимые расчёты, описание работы разработанных схем, описание параметров счётчиков и принципа их работы.
|