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
Отчет по Лабораторной работе №4. Исследование работы счетчиков.
Цель работы: Исследовать принцип работы счетчиков. Знать назначение и особенности применения.
Выполнение работы:
1 Ознакомился с краткими сведениями о счетчиках.
2 Ознакомился с краткими сведениями об осциллографе.
Счетчиком называется цифровой автомат, предназначенный для подсчета числа входных импульсов. К счетчикам относят автоматы, которые под действием входных импульсов переходят из одного состояния в другое, фиксируя тем самым число поступивших на их вход импульсов в том или ином коде. Счетчики принято подразделять на суммирующие, вычитающие и реверсивные.
Специфической для счетчиков операцией является изменение их содержимого на единицу - прибавление единицы соответствует операции инкрементации, вычитание - операции декрементации. Счетчиками выполняются и другие операции - сброс, установка, параллельная загрузка и др. Счетчики
используются в ЭВМ для образования последовательностей адресов команд, для подсчета числа циклов выполнения операций и т. п.
Счетчик характеризуется модулем счета М (емкостью). Модуль определяет число возможных состояний счетчика. После поступления на счетчик М входных сигналов начинается новый цикл, повторяющий предыдущий.
Классификация счетчиков. По способу кодирования внутренних состояний различают двоичные, двоично - десятичные счетчики, счетчики с кодом «1 из N» и др.
По направлению счета счетчики делятся на суммирующие (прямого счета), вычитающие (обратного счета) и реверсивные (с изменением направления счета).
По принадлежности к тому или иному классу автоматов говорят о синхронных или асинхронных счетчиках.
Счетчики строятся из разрядных схем, имеющих межразрядные связи. Соответственно организации этих связей различают счетчики с последовательным, параллельным и комбинированным переносами.
Возможные режимы работы счетчика:
В первом режиме результат - содержимое счетчика, во втором режиме выходными сигналами являются импульсы переполнения счетчика.
Быстродействие счетчика характеризуется временем установления в нем нового состояния (первый режим), а также максимальной частотой входных сигналов.
Как и любой автомат счетчик можно строить на триггерах любого типа, однако удобнее всего использовать для этого триггеры типа Т (счетные) и JK, имеющие при J=K=1 счетный режим, при использовании D-триггеров на D-вход подают сигнал с инверсного выхода. Состояние счетчика читается по выходам разрядных схем как слово Qn-1,Qn-2,…,Q0, входной сигнал поступает на младший разряд счетчика.
Двоичным счетчиком называется счетчик, имеющий модуль M=2n, где n - целое число, и естественную последовательность кодов состояний (его состояния отображаются последовательностью двоичных чисел, десятичными эквивалентами которых будут числа 0, 1, 2, 3, ..., M-1). Схему двоичного счетчика можно получить с помощью формального синтеза, однако более наглядным путем представляется эвристический. Таблица истинности двоичного счетчика - последовательность двоичных чисел от нуля до М-1. Наблюдение за разрядами чисел, составляющих таблицу, приводит к пониманию структурной схемы двоичного счетчика. Состояние младшего разряда переключается от каждого
входного воздействия и имеет следующую последовательность: 0101010101... . В следующем разряде наблюдается последовательность пар нулей и пар единиц вида 001100110011. В третьем разряде образуется последовательность из четверок нулей и четверок единиц: 0000111100001111 и т.д. Из этого наблюдения видно, что следующий по старшинству разряд переключается с частотой, в два раза меньше, чем данный.
Счетчик может быть построен в виде цепочки последовательно включенных счетных триггеров. Согласно ГОСТу входы элементов отображаются слева, а выходы справа. Соблюдение этого правила ведет к тому, что в числе, содержащемся в счетчике, младшие разряды расположены левее старших. Представление счетчика цепочкой Т-триггеров справедливо как для суммирующего, так и для вычитающего вариантов, поскольку закономерность по соотношению частот переключения разрядов сохраняется как при прямом счете, так и при обратном. Различия при этом состоят в направлении переключения предыдущего разряда, вызывающего переключение следующие. При прямом счете следующий разряд переключается при переходе предыдущего в направлении 1-0, а при обратно - при переключении 0-1.
Из различия вариантов прямого и обратного счета следует также и способ построения реверсивного счетчика, путем переноса точки съема сигнала с триггера на противоположный выход под действием управляющего сигнала и с помощью элемента И-ИЛИ-НЕ либо элемента И-ИЛИ. Полученные структуры относятся к асинхронным счетчикам, т.к. в них каждый триггер переключается выходным сигналом предыдущего, и эти переключения происходят не одновременно. Переключение одного триггера за другим есть не что иное, как распространение переноса по разрядам числа при изменении содержимого счетчика. Другим названием асинхронного счетчика является название «последовательный счетчик».
Максимальная частота входных импульсов в режиме деления частоты ограничивается возможностями триггера младшего разряда, т.к. все последующие разряды переключаются с более низкими частотами.
Двоично-кодированные счетчики с произвольным модулем. Счетчики с модулем, не равным целой степени числа 2, т.е. с произвольным модулем, реализуются на основе нескольких методов. Для построения счетчика с произвольным модулем М берется разрядность n=round(log!M), где round - знак округления до ближайшего справа целого числа. Т.е. исходной структурой служит двоичный счетчик с модулем 2n. Такой двоичный счетчик имеет 2n-M=L лишних (неиспользуемых) состояний, подлежащих исключению.
Способы исключения лишних состояний многочисленны, и для любого М можно предложить множество реализаций счетчика. Исключая некоторое число первых состояний, получается ненулевое начальное состояние счетчика, это приводит к отсутствию естественного порядка счета и регистрации в счетчике кода с избытком. Исключение последних состояний позволяет хранить естественный порядок счета. Состояние счетчиков во всех случаях кодируется двоичными числами, поэтому счетчики иногда называются двоично-кодированными.
Основными методами построения счетчиков с произвольным модулем являются модификация межразрядных связей и управление сбросом. При построении счетчика с модифицированными межразрядными связями последние, лишние, состояния исключаются непосредственно из таблицы функционирования счетчика. При этом после построения схемы обычным для синтеза способом получается счетчик, специфика которого состоит в нестандартных функциях возбуждения триггеров и, следовательно, в нестандартных связях между триггерами. Изменение модуля счета требует изменения самой схемы. При управлении сбросом выявляется момент достижения содержимым счетчика значения М-1. Это является сигналом сброса счетчика в следующем такте, после чего начинается новый цикл. Этот вариант обеспечивает легкость перестройки счетчика на другие значения модуля. Построение счетчика методом модификации межразрядных связей. Принцип построение счетчика таким методом заключается в том, что происходит принудительный переход через лишние (неиспользуемые) состояния. Переход осуществляется с переходом старшего триггера в состояние единицы. При этом необходимо перевести счетчик в состояние «текущее+лишние», путем перевода триггеров в соответствующее состояние (значение триггера должно быть равно значению соответствующего разряда в модифицированной комбинации).
Построение счетчика методом управления сбросом. В схему вводится дополнительный элемент, связанный с входами принудительного сброса в ноль всех триггеров. Входы этого элемента связаны с выходами всех триггеров. Сброс осуществляется при достижении необходимого значения счетчика.
Соответственно, элемент должен реагировать только на эту комбинацию, для этого можно воспользоваться правилом получения СДНФ или СКНФ.
3 Собрал указанные схемы. Варианты для модуля схемы пересчета 147, 204, 170, 141, 240. 4 Проверил по таблице истинности, диаграмме и осциллографу работу каждой схемы.
Рисунок 4.1 Схема 8 разрядного двоичного суммирующего счетчика.
|
№ |
Q7 |
Q6 |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Q0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
250 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
251 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
252 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
253 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
Рисунок 4.2 Диаграмма состояний 8 |
254 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
разрядного суммирующего счетчика. |
255 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
256 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
257 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
258 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
Таблица 4.1 Таблица переходов 8 разрядного сум-мирующего счетчика.
Построение пересчетной схемы для суммирующего счетчика с М=150 (0-149). Ближайшее значение степени двойки, большее чем заданное число - 8 (2 -256), значит понадобится 8 разрядный двоичный суммирующий счетчик
После подачи 150-го синхроимпульса значение на счетчике будет 150, нам же нужно, чтобы счетчик обнулился, значит, нужна дополнительная логика, которая при числе 150 (100101102) на выходе счетчика, будет принудительно устанавливать число 0, т.е. надо на входы R всех триггеров подать логические «1».
Рисунок 4.3 Схема пересчетной схемы для суммирующего счетчика с М-150
Рисунок 4.4 Диаграмма состояний пересчетной схемы для суммирующего счетчика с М-150
|
№ |
Q7 |
Q6 |
Q5 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Q0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
147 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
148 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
149 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
150 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
151 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
152 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
153 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
154 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
155 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Таблица 4.2 Таблица переходов пересчетной схемы для суммирующего счетчика с М-150
5 Временная диаграмма работы на осциллографе
Список использованных источников.
6. Пополнил список использованных источников.
1) BiblioFond.ru›view.aspx?id=2787
2) podelise.ru›docs/index-510628-12.html