Счетчики

5. Счетчики.

5.1 Основные параметры и классификация счетчиков.

Счетчиком называют устройство, которое производит подсчет поступающих на его вход импульсов.

Основным параметром счетчика является модуль счета М, который характеризует максимальное число импульсов, после прихода которого, счетчик устанавливается в исходное положение.

Основным динамическим параметром, определяющим быстродействие счетчика, является время установления выходного кода t_k , характеризующее временный интервал между моментом подачи входного сигнала и моментом установления нового кода на выходе.

По значению модуля счетчики делятся на:

Двоичные, модуль счета которых равен целой степени числа 2 (М=2ⁿ)

Двоично-кодированные, в которых модуль счета может принимать любое, не равное целой степени числа 2, значение

По направлению счета делятся на:

Рекомендуемые материалы

Суммирующие, выполняющие микрооперацию инкремента над хранящимся кодовым словом;

Вычитающие, выполняющие микрооперацию декремента над хранящимся кодовым словом;

Реверсивные, выполняющие в зависимости от значения управляющего сигнала над хранящимся кодовым словом либо микрооперацию декремента или инкремента.

По способу организации межразрядных связей счетчика делятся на:

Счетчики с последовательным переносом, в котором переключение триггеров разрядных схем осуществляется последовательно один за другим;

Счетчики с параллельным переносом, в котором переключение всех триггеров разрядных схем осуществляется одновременно по сигналу синхронизации;

Счетчики с комбинированным последовательно-параллельным переносом, при котором используется различные комбинации способов переноса.

5.2 Суммирующий счетчик по модулю 16.

                                                         Рис.5.1

2⁰                                                      

2¹

2²

2³

Рис. 5.2                                            Рис. 5.3 

5.3 Суммирующий счетчик по модулю 10

Рис. 5.4

Рис. 5.5

5.4 Вычитающий счетчик по модулю 8

Рис. 5.6

предустановка

Рис. 5.7

5.5 Реверсивный счетчик

Рис. 5.8

                          

сложение

вычитание

Рис. 5.9

5.6 Кольцевой счетчик

Рис. 5.10

        

                                         Рис.5.11

 5.7 Домашнеее задание по последовательностным             устройствам.

DD1-К155ЛИ1

DD2- K155TB15

DD3-К155ЛП5

2. Спроектировать последовательностное устройство – счётчик с произвольным порядком счёта на D-триггерах.

Десятичные коды последовательности выходных сигналов Q равны: 1, 3, 2, 6, 7, 5, 4, 0.

Характерестическое уравнение D-триггера:

   

                                                                 Выход счётчика                                        Рис.5.14

                            

                                                  Таблица переходов D-триггера.

(при С^t=1, Q^t=0, Q^t+1=D^t)

                                               

                                                               Таблица состояний.

                                           

Таблица переходов и управляющих сигналов триггера.

  

                                                                                                       

                                                                                   

Минимизированные уравнения счётчика.

            

             

Принципиальная электрическая схема счётчика.     Рис. 5.15

Рис. 5.16

5.8Семинар №4. Проектирование последовательностных устройств.

Тема: Проектирование последовательностных устройств.

Большинство последовательностных устройств: счётчики с естественным порядком счёта, регистры хранения и сдвига являются стандартными устройствами и выпускаются промышленностью в виде ИС средней степени интеграции. Однако, в практике построения автоматов управления технологическими процессами встречается необходимость выполнить счётчик с произвольным порядком счёта. Такой счётчик должен отвечать потребностям выдачи последовательности сигналов включения и отключения отдельных органов автомата. Проектирование такого счётчика является темой данного семинара.

Существуют различные способы схемотехнического проектирования таких счётчиков, которые реализуются как на ЭВМ, так и при ручном проектировании. Широко применяется табличный способ проектирования, при котором совместное решение уравнений счётчика и применяемых для его построения триггеров осуществляется на уровне табличного представления.

Задача 4.1

Выполнить построение электрической принципиальной схемы счётчика с произвольным порядком счёта рис.5.17. Для построения использовать JK-триггеры. Счётчик должен обеспечить последовательность выходных сигналов Q₃, Q₂ Q₁: 000, 001,

0011, 010, 11  0, 111.

К решению задачи.

1. Построить таблицы последовательности вывыходных сигналов и решение задачи выбора необходимого количества триггеров.

      

  Таблица является упорядоченной записью последовательности сигналов.

Заданная последовательность является восемью неповторяющихся 3-х разрядных двоичных чисел. Такая последовательность может быть реализована счётчиком, имеющим восемь устойчивых состояний.

При h=2 – количество применяемых –счётчик будет иметь 2^h=4 состояний это недостаточно.

При h=3 –счётчик будет иметь 2^h=8 состояний, что достаточно. Будем проектировать счётчик на 3-х JK-триггерах, а их выходные сигналы будут выходными сигналами счётчика.

2. построение таблицы переходов счётчика Q^t               Q^t+1. Аргументами в таблице являются значения исходных сигналов Q₃^t, Q₂^t,

5.9 Лабораторная работа “Исследование двоичного реверсивного счетчика”

Авторы: Буянкин В.М.,Васюков С.А., Шамгулов Р.О.

ЗАДАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Ознакомьтесь с лабораторной установкой ЛОЭ-2 и схемой исследуемого счётчика. Определите функциональнок назначение ключей и галетных переключателей, управляющих подачей выходных сигналов счётчика. Выясните, какие из них подают сигналы высокого, а какие-низкого уровня. Получив разрешение преподавателя, начните выполнять работу. Рис 5.18

А. Исследование счётчика в режиме записи информации.

1. Исходное состояние: ключ S1 в положении 1 (на входе сброса R-низкий логический уровень R=0), ключ S2- в положении 3 (на инверсном входе РЕ - высокий логический уровень. РЕ=1 - запись не разрешена). Положение S4  и ГП2 - произволь­ное, ГЛ1 находится в положении II. Подготовьте временные диаграм­мы в соответствии с рис.5.19

рис.5.19

Включите питание стенда. На входах D3 – D0 установлен сигнал 1101₂ (13₁₀), на выходах Q3 - Q0- исходное содержание счетчика 0000₂ .

2. Подачей сигнала записи РE= 0 (ключ S2 кратковременно переведите из положения 3 в положение 4) осуществите запись ин­формации. На временной диаграмме отобразите изменение выходных разрядов Q3 - Q0 . Отметьте, по какому фронту: от I к 0 или от 0 к I сигнала РЕ происходит занесение информации в счетчик.

3 Сотрите информацию с выхода счетчика (ключ S1 кратковременно переведите в положение 2). Отобразите изменение выходных  разрядов Q3 -Q0 на временной диаграмме, обращая внимание на  то, по какому фронту сигнала R происходит стирание информации.

Б. Исследование счетчика без обратной связи в режиме суммирования и вычитания.

I. Исходное положение переключателей: ГП1 - II, ГП2 - 12,  S1 –1 , S2 - 3, S4-8. Подготовьте временную диаграмму (рис.5.20). Очистите содержимое счетчика (кратковременно переведите ключ S1 в положение 2). При выполнении действий, описанных в пунктах задания ниже, отобразите на диаграмме изменение на каждом этапе состояния выходных разрядов Q3 – Q0 и сигналов переноса >15 и < 0.

рис.5.20

2. Запишите число 1101₂(13₁₀), переведя ключ S2 кратковременно в положение 4.

3. Осуществите прямой счёт пяти импульсов последовательным нажатием кнопки SA1. Определите, в какой момент перехода сигнала на входе (+1): от 0 к 1 или от 1 к 0 происходит изменение содержания счётчика как по сигналам Q, так и по выходу переноса >15.

4. Переведите ключ S4 в положение7 и осуществите обратный счёт пяти импульсов по входу (-1). Сделайте выводы (как в п.3) относительно выходов Q и переноса <0.

В.ИССЛЕДОВАНИЕ СЧЁТЧИКА ПРИ НАЛИЧИИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ.

1. Для проведения опыта переключателем ГП2 введите обратную связь, обнуляющую содержимое счётчика при наличии на его выходе сигнала 0101₂(5₁₀) (переключатель ГП2 в положение 13). Подайте на входы счётчика число 0011₂(3₁₀), переведя ГП1 в положение 9. Выполните последовательно действия, описанные в разделе Б: сброс счётчика, запись числа 3₁₀, прямой счёт пяти импульсов, обратный счёт пяти импульсов. Результаты исследований отобразите на временных диаграммах, аналогичных рис.8.

2. Введите обратную связь по сигналу 1010₂(10₁₀) (переключатель ГП2-в положение 14). Подайте на входы  D3-D0 сигнал 0101₂(5₁₀) (переключатель ГП1 в положении 10). Выполните сброс, запись 5₁₀, прямой и обратный счёт пяти импульсов, отобразив изменение информации на соответствующих временных диаграммах.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ 2

    Цель работы: Изучить принцип работы, назначение выводов и функциональные возможности  десятичного счетчика типа К155ИЕ6 и дешифратора К155ИД1 рис.5.21

Рис.5.21. Лабораторный стенд.

Подготовка к работе.

     1. Изучить принцип работы, назначение выводов и функциональные возможности счетчика типа К155ИЕ6 и дешифратора

К155ИД1.

     2. Изобразить временные диаграммы, поясняющие работу

счетчика в режиме суммирования и вычитания.

     3. Составить таблицу состояний для дешифратора К155ИД1 (зависимость выходного кода от кода на входе).

     4. Нарисовать исследуемые схемы.

     5. Ознакомиться с порядком сборки и исследования схемы

на стенде.

               

   Рис.5.22. Дешифратор К155ИД1

 Задание 1. Исследование работы счетчика в режиме стирания.

1.1. Собрать на лабораторном стенде схему изображенную на рис.5.24. (Перемычку объединяющую вход С и общий провод не устанавливать.) Включить питание стенда и зафиксировать состояние выходных сигналов Q0....,Q1.... , Q2.... , Q3..... .на рис. 6

1.2.  Очистить счетчик, нажав на кнопку S3. Зафиксировать состояние выходных  сигналов Q0.... , Q1.... , Q2.... , Q3.... .

1.3. Выключить питание стенда и вновь включить. Повторить п.п. 1.1 и 1.2.

    Задание 2. Исследование работы счетчика в режиме параллельной записи информации.

2.1. Установить на входах счетчика D0-D3 двоичный код десятичного числа, заданного преподавателем ( ………..). Для подачи на вход счетчика уровня логической «1» убирается перемычка, соединяющая соответствующий вход D0-D3 с общим проводом (Рис.1.).

2.2. Произведите запись информации кратковременно соединив перемычкой вход С и общий провод. На временной диаграмме отобразите изменения выходных сигналов Q0-Q3. Отметьте, по какому фронту : от 1 к 0 или от 0 к 1 сигнала С происходит занесение информации в счетчик.

2.3. Сотрите информацию с выхода счетчика (кратковременным нажатием на ключ S3). Отобразите изменение выходных  разрядов Q3 -Q0 на временной диаграмме, обращая внимание на  то, по какому фронту сигнала R происходит стирание информации.

Рис. 5.23. Временная диаграмма

                                  

                Рис.5.24. Схема счетчика для записи информации

Задание 3. Исследование работы счетчика в режиме суммирования и вычитания.

3.1. Собрать схему, изображенную на рис.5.25,  (Перемычки, соединяющие входы D0,D1,D2 и C не устанавливать.).

3.2 . Запишите в счетчик число 01112 (710)  используя режим параллельной записи информации, и осуществите прямой счет (суммирование) пяти импульсов последовательным нажатием кнопки S2. Отобразите на временной диаграмме (рис.5.23) изменения состояния выходных сигналов Q0 – Q3 и сигнала 

переноса >9  на каждом этапе счета.

3.3. В режиме вычитания при помощи перемычки вход (-) счетчика соединить с выходом микросхемы D2-2 , а вход (+) соединить с резистором R81. Не изменяя состояния счетчика, осуществите обратный счет (вычитание) пяти импульсов последовательным нажатием кнопки S2. Отобразите на временной диаграмме изменения выходных сигналов Q0-Q3 и сигнала <0 на каждом этапе счета.

3.4. Результаты опытов п.п.3.2 и3.3  занести в таблицу 1. Сделайте выводы  относительно длительности сигналов переноса >9 и <0.

Рис. 5.25. Схема счетчика для суммирования и вычитания

.

                                

Рис.5.26. Осциллограмма работы счетчика

.

 Задание 4. Изучить работу дешифратора.

4.1. Заполнить таблицу 2  истинности семисегментного дешифратора, осуществляя прямой счет с нулевого состояния счетчика. Входной код фиксируем по индикаторам Н4-Н7, выходной определяем по индикатору Н12. Светящиеся сегменты соответствуют единичному уровню выходного кода.

 4.2. Записать логическое уравнение для одного сегмента, заданного преподавателем. Минимизировать уравнение по карте Карно, разработать логическую схему

в базисе «И-НЕ».

   Таблица 2

          Логическое уравнение для одного сегмента дешифратора

              Минимизация по карте Карно.

              

             Логическая схема в базисе «И-НЕ»

                                                                                

                                                                                                                      

                                                                               

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

Отчёт должен начинаться с указания названия работы. Затем следует написать фамилию и инициалы исполнителя, номер группы и дату выполнения работы.

Лекция "Возникновение психологии как науки " также может быть Вам полезна.

В отчёте должна быть представлена схема исследуемого блока. Дальнейшие записи, таблицы и графические построения определяются выполнением соответствующих пунктов задания. Записи по каждому разделу (А-В) необходимо начинать с его наименования.

Отчёт необходимо выполнять аккуратно, графические построения делать с использованием чертёжных инструментов.

.

                            5.10   Счётчики ТТЛ

.

                                         5.11 Счётчики КМОП