Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
В.В. Беспалов
В.М. Машков
В.Я. Тойбич
Счетчики. Исследование и решение задач в оболочке MULTISIM
Екатеринбург 2004
Счетчиком называют устройство, сигналы на выходе которого отображают число импульсов, поступивших на счетный вход. По мере поступления входных сигналов счетчик последовательно перебирает свои состояния в определенном для данной схемы порядке. Длину списка используемых состояний называют модулем пересчета или емкостью счетчика.
Различные схемы счетчиков могут перебирать свои состояния в различном порядке. Различают: двоичное кодирование, когда порядок смены состояний триггеров соответствует последовательности двоичных чисел, одинарное кодирование, когда состояние счетчика представлено местом расположения единственной единицы (например, сдвигающий регистр с одной двигающейся единицей), унитарное кодирование, когда состояние представлено числом единиц (например, счетчик Джонсона) и более сложные виды кодирования.
По направлению счета известны суммирующие, вычитающие и реверсивные, а по способу организации внутренних связей – с непосредственной связью, с трактом последовательного переноса, с параллельным переносом, комбинированные и кольцевые.
К классификационным признакам счетчиков относятся также следующие временные показатели: Траз.сч. разрешающая способность – минимальное время между двумя входными сигналами, в течение которого не возникают сбои в работе (обратная величина Fмакс.= 1\Траз.сч. называется максимальной частотой счета), время установки кода Туст. - равное времени между моментом поступления входного сигнала и переходом счетчика в новое устойчивое состояние. Эти параметры зависят от быстродействия триггеров и способа их соединения между собой.
Классификационные признаки независимы и могут встречаться в различных сочетаниях.
Микросхемы счетчиков выпускают в составе целого ряда серий, как правило, в корпусах с 14 или 16 выводами, по четыре триггера в корпусе и хорошо приспособлены к наращиванию разрядности.
Варьируя связи между триггерами, предприятия изготавливают микросхемы счетчиков с различными модулями пересчета, например, 6,10,12. В некоторых ТТЛ сериях счетчик разбивается на две части: триггер (т.е. счетчик на 2), с выведенными входом и выходом и счетчик на 8,6 или 5, также с собственными входом и выходом. В результате одну и ту же микросхему можно использовать как счетчик с несколькими коэффициентами счета. Типичным представителем этого семейства является счетчик К155ИЕ2 (SN 7490) – четырехразрядный десятичный асинхронный счетчик пульсаций, приведенный на рис.1. Он состоит из делителей на 2 и на 5, выполненных на тактируемых JK-триггерах. Для обоих тактовых входов запускающим перепадом является переход от 0 к 1.
Рис.1 Структура счетчика К155ИЕ2
R9(1) , R9(2) – входы предварительной загрузки в счетчик кода 10012=910
R0(1), R0(2) - входы синхронного сброса
A – тактовый вход первой ступени Ксч.=2
B – тактовый вход второй ступени Ксч.=5
QA – выход триггера первой ступени счетчика
QB, QC, QD – выходы триггеров второй ступени счетчика
На рис.2 приведены условное обозначение микросхемы и таблица функционирования.
а б
Рис.2 Микросхема К155ИЕ2 (SN 7490)
а – таблица выбора режима работы
б - цоколевка микросхемы
На рис.3 показаны возможные способы изменения коэффициента счета микросхемы К155ИЕ2 без применения внешних дополнительных логических элементов.
а б
в г
д е
Рис.3 Схемы внешних соединений при изменении коэффициента счета
а – Ксч.=3
б - Ксч.=4
в - Ксч.=6
г - Ксч.=7
д - Ксч.=8
е - Ксч.=9
Образование недостающих коэффициентов: 2, 5 и 10 очевидно и не требует пояснений.
В табл. 1 приведены функциональное назначение и соответствие между наиболее популярными отечественными и зарубежными сериями ТТЛ и КМОП микросхем счетчиков.
Таблица 1
Соответствие наименований зарубежных и отечественных микросхем
|
К155 |
SN 74 |
Функциональное назначение |
К561 |
CD 4000 |
Функциональное назначение |
|
ИЕ2 |
90 |
Четырехразрядный асинхронный дво- ично-десятичный счетчик |
ИЕ8 |
4017 |
Десятичный счетчик-делитель Джонсона |
|
ИЕ4 |
92 |
Четырехразрядный асинхронный счетчик-делитель на 12 |
К176 ИЕ1 |
4024 |
Семиразрядный счетчик-делитель |
|
ИЕ5 |
93 |
Четырехразрядный асинхронный двоичный счетчик |
1561 ИЕ20 |
4040 |
12-ти разрядный двоичный счетчик |
|
ИЕ6 |
192 |
Четырехразрядный реверсивный двоично-десятичный счетчик |
Нет аналога |
4510 |
Реверсивный счетчик с предустановкой |
|
ИЕ7 |
193 |
Четырехразрядный реверсивный двоичный счетчик |
ИЕ11 |
4516 |
Реверсивный счетчик с предустановкой |
|
ИЕ9 |
160 |
Четырехразрядный синхронный двоично-десятичный счетчик |
ИЕ10 |
4520 |
Двойной четырехразрядный двоичный счетчик |
Счетные микросхемы выпускают в виде как счетчиков-делителей, имеющих лишь счетный вход и выход переноса, без выводов состояний триггеров, так и собственно счетчиков, у которых выведены выходы всех триггеров, а иногда и их входы Di для параллельной загрузки начального состояния. Большинство счетчиков имеет вход гашения R. Загрузку и гашение обычно делают по приоритетным S и R входам триггеров, а J и K входы используют только для счета. Как правило, вход управления параллельной загрузкой PL имеет приоритет по отношению к счетному входу, т.е. при одновременной подаче активного счетного фронта и активного уровня загрузки операция счета игнорируется, а выполняется операция параллельной загрузки кода со входов Di. Вход гашения R практически всегда имеет наивысший приоритет по отношению как к счету, так и к загрузке.
Изменить коэффициент счета готового счетчика на желаемое значение можно двумя основными способами: со сбросом счетчика в 0 и с загрузкой дополнения. На рис.4 приведены схемы реализации этих способов.
а б
Рис.4 Структурные схемы счетчиков по произвольному основанию
а – со сбросом счетчика в 0
б – с загрузкой дополнения
Идея работы схемы по рис.4а заключается в обнаружении кода конца счета, для чего двоичный счетчик разрядности n (причем чтобы 2n было больше Ксч.), дополняется элементом И, который по состояниям выходов Qi обнаруживает ситуацию Ксч.-1, после чего по цепи CLR (сброс) происходит принудительная очистка триггеров счетчика. Путем коммутации проводников № 2,3,4 и 6 на рис.4а, можно получить желаемый коэффициент деления как в виде числа импульсов (OUT1), так и в виде параллельного кода (OUT2). По второму способу (рис.4б) двоичный счетчик перед началом счета загружается кодом дополнения числа Ксч. до 2n. Кодом конца счета в этом случае является естественное переполнение счетчика, т.е. код 1111 на выходе OUT2, обнаруживаемый штатным трактом переноса RCO, в результате чего вырабатывается сигнал OUT1, который воздействуя на вход LOAD, управляющий параллельной загрузкой, снова устанавливает в счетчике дополнение Ксч. до 2n.
Задачи
а. определить на каких выходах Q1-Q3 и - появляются коды увеличения и уменьшения содержимого счетчика?
б. чему равен Ксч. этих схем?
в. построить циклограммы работы счетчиков а и б.
а
б
3. Спроектировать и построить счетчик с Ксч.=123. Использовать микросхемы К155ИЕ5 (SN7493) и логические элементы ТТЛ.
а – D-триггерах;
б – JK-триггерах
Построить циклограммы работы счетчиков
6. Разработать схему устройства на сдвиговом регистре, которое имело бы цикл из восьми тактов и выдавало на выходе последовательность импульсов A при значении управляющего сигнала Z=1 и B при Z=0. Устройство построить на триггерах и логических элементах из библиотеки MISC.
|
Такт |
В а р и а н т ы |
|||||||||||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|||||||||||
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
|
|
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
2 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
3 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
4 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
5 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
6 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
7 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
7. На триггерах типа К155ТМ2 построить делитель входной частоты на:
|
В А Р И А Н Т Ы |
|||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
Коэффициент деления |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
8. Спроектировать, построить и исследовать схемы преобразователей четырехразрядных кодов: 2 в 2\10 и 2\10 в 2. Использовать счетчики К155ИЕ6 (74192) и К155ИЕ7 (74193).
9. Разработать схему электронного цифрового секундомера у которого запуск, остановка счета и сброс осуществляются одной кнопкой.
10. Разработать схему устройства, которое на четырехразрядном выходе формирует двоичные коды, возрастающие от 0 до 9, затем убывающие от 9 до 0 и т.д. Использовать счетчик К155ИЕ6 (74192).
11. Разработать схему «дозатора» импульсов, выдающего по сигналу «Пуск» одиночную пачку импульсов, содержащую заданное число импульсов, вырезанных из непрерывной последовательности входных.
|
В а р и а н т |
||||||||||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
|||
|
Число импульсов в пачке |
3 |
5 |
7 |
9 |
13 |
17 |
20 |
27 |
30 |
33 |
39 |
45 |
62 |
66 |
100 |
125 |
12. Разработать схему устройства суммирующее входные импульсы по принципу:
а – каждый четный;
б – каждый нечетный;
в – каждый третий;
г – каждый девятый