Общие сведения о счетчиках

Счетчиком называется функциональный узел устройства обработки информации предназначенный для подсчета числа импульсов, поступающих на его вход.

Счет числа поступающих импульсов производится в двоичной системе счисления. Обычно простые счетчики разделяются на: суммирующие, вычитающие и реверсивные.

Суммирующий счетчик предназначен для выполнения счета в прямом направлении, т.е. для сложения. С поступлением очередного импульса на вход счетчика его показание увеличивается на единицу.

Вычитающий счетчик служит для осуществления счета в обратном направлении, т.е. для вычитания. Каждый импульс, поступающий на вход вычитающего счетчика, уменьшает его показание на единицу.

Реверсивный счетчик предназначен для операции счета, как в прямом, так и в обратном направлении, т.е. он может работать в режиме сложения и вычитания.

Основными показателями счетчиков являются коэффициент счета и быстродействие.

Коэффициент счета К_сч определяет число импульсов, которое может быть сосчитано счетчиком. К_сч определяется числом разрядов двоичного числа n: К_сч =2ⁿ.

Быстродействие счетчика характеризуется максимальной частотой следования счетных импульсов и связанным с ней временем установки счетчика. Время установки определяется максимальным временем протекания переходных процессов во всех разрядах счетчика при поступлении на вход очередного счетного импульса.

Для хранения одного разряда двоичного числа применяется один триггер. Поэтому счетчик можно рассматривать как «связанную цепочку» n триггеров. Связи определяются типом применяемых триггеров.

1.2. Модель схемы 4-х разрядного счетчика на JK – триггерах

Принцип моделирования 4-х разрядного счетчика на JK – триггерах рассмотрим на примере схемы, приведенной на рисунке 1.

Заметим, что в модели каждого триггера имеется 3 входа J1, J2, J3 и 3 входа К1, К2, К3 объединяются через два элемента (находящихся в микросхеме), реализующих логическую операцию 3И. Поэтому на схеме (рис. 1) входы J1, J2, J3 и входы К1, К2, К3 объединены. Информация передается на входы J и входы К при перепаде тактового импульса с высокого уровня напряжения на низкий (при отрицательном фронте тактового импульса).

Перед поступлением счетных импульсов JK – триггеры U1, U2, U3, U4 должны быть установлены в состояние ‘0’. Для этого после вычерчивания схемы и задания профиля моделирования Transient с основным параметром Run to Time: 72us следует открыть страницу с вкладкой Options. В разделе Category выбрать пункт Gate-level Simulation (Уровень узла моделирования), а затем в пункте Initialize all flip-flops to (Установить все переключения в) установить ‘0’.

При поступлении 1-го тактового импульса на вход CLK триггера U1, по его заднему фронту (по отрицательному фронту) триггер U1 переходит в состояние ‘1’. Задний фронт 2-го тактового импульса переводит U1 в состояние ‘0’, а отрицательный фронт на его выходе Q переводит триггер U2 в состояние ‘1’. Задний фронт 3-го тактового импульса переводит U1 в состояние ‘1’ и т.д.

Временные диаграммы, характеризующие работу счетчика, приведены на рисунке 2, получены для профиля моделирования Transient с параметрами Run to Time: 72us, Maximum step size: 0.07us.

Задание 1. Создайте папку с именем Lab_rab4, имеющую путь доступа C: \Ivanov\Lab_rab4, а в ней создайте папки Zadanie1, Zadanie2 и запустите редактор Capture.

Начертите схему, представленную на рисунке 1, зная что:

- JK – триггер хранится в библиотеке 7400;

- размещение портов связи HI приведено в лабораторной работе №3.

Отредактируйте свойства источников сигналов V1 и DSTM1, которые приведены на рисунке 1.

Создайте профиль моделирования Transient со следующими параметрами: Run to time: 72us, Start saving data after: 0, Maximum step size: 0.07us и сохраните его.

Запустите процесс моделирования, по окончанию которого отобразите временные диаграммы сигналов DSTM: 1, U1: Q, U2: Q, U3: Q, U4: Q.

Занесите в отчет схему модели, приведенной на рисунке1, и полученные временные диаграммы.

Рисунок 1 - Модель 4-х разрядного счетчика на JK – триггерах

Рисунок 2 - Временные диаграммы, характеризующие работу схемы, приведенной на рисунке 1