По направлению счета счетчики делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные.

Дата: 2025-06-14; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Основой счетчика является Т-триггер. Если количество триггеров счетчика равно m, то число подсчитанных входных сигналов, или модуль счета К_сч = 2^m.

По модулю счета К_сч счетчики подразделяются на двоичные (К_сч = 2^m) и недвоичные (К_сч ≠ 2^m).

Двоичные счетчики. В основе синтеза любого счетчика лежит способ его функционирования, задаваемый обычно таблицей, в которую заносятся двоичные коды всех предыдущих и последующих состояний счетчика. Для суммирующего двоичного счетчика при К_сч = 8 (m = 3) – это табл. 4.1. Из таблицы видно, что триггер младшего разряда переключается от каждого входного сигнала (нули и единицы в столбце Q₁ такта n + 1 чередуются один за другим). В следующем разряде (Q₂) нули и единицы чередуются парами, а затем (Q₃) – четверками.

Таблица 4.1

Таким образом, частота переключений каждого следующего триггера уменьшается вдвое по сравнению с частотой переключения предыдущего. Следовательно, счетчик можно построить как цепочку последовательно включенных счетных триггеров. Функциональная схема такого счетчика, выполненного на D-триггерах К155ТМ2, работающих в режиме счетных триггеров, приведена рис. 4.1, а его идеализированная временная диаграмма – на рис. 4.2.

Рис. 4.1

Рис. 4.2

Данный счетчик относится к асинхронным счетчикам с последовательным переносом, так как информация в нем переносится последовательно от младшего к старшему разряду, что снижает быстродействие счетчика.

Для повышения быстродействия счетчики выполняют синхронными с параллельным переносом. Особенность таких счетчиков состоит в том, что выходы всех предшествующих разрядов подаются на входы триггера последующего (старшего) разряда, поэтому время установки кода определяется только длительностью переходного процесса одного разряда и не зависит от количества триггеров в счетчике.

Порядок синтеза счетчиков с параллельным переносом подробно рассматривается в лекционном курсе.

На рис. 4.3 приведена функциональная схема трехразрядного реверсивного счетчика с параллельным переносом, выполненного на
JK-триггерах К155ТВ1.

Рис. 4.3

В данной схеме сигналами осуществляется управление направлением счета (суммирование, вычитание).

На рис. 4.4 показана схема для исследования двоично-десятичного реверсивного счетчика 74190. Счетчик также запускается по положительному перепаду тактового импульса на входе CLK и имеет синхронную загрузку при логическом 0 на входе LOAD'. Вход CTEN' – вход разрешения счета (активный сигнал – логический 0). Вход U/D' – направление счета (при 0 – суммирующий счетчик, при 1 – вычитающий). Выходы RC0' и MAX/MIN – выходы окончания счета. При работе счетчика в режиме суммирующего на выходе RC0' появляется сигнал логического 0, а на вы- ходе MAX/MIN – сигнал логической 1 при поступлении 9-го импульса. При работе счетчика в режиме вычитающего на выходе RC0' появляется сигнал логического 0, а на выходе MAX/MIN – сигнал логической 1 при поступлении 0-го импульса (т. е. при обнулении счетчика).

Ри с. 4.4. Схема для исследования реверсивного счетчика

Недвоичные счетчики. Недвоичные счетчики строятся на базе двоичных счетчиков путем исключения (2^m – К_сч) избыточных состояний с помощью обратных связей, соединяющих входы и выходы триггеров. Задача синтеза таких счетчиков сводится к определению необходимых обратных связей и минимизации их числа.

Пример недвоичного синхронного параллельного счетчика с К_сч = 3 приведен на рис. 4.5. В отличие от двоичных счетчиков, где связи между триггерами были только прямыми (от первого триггера ко второму, от второго к третьему, от первого к третьему и т. д.), в недвоичном счетчике присутствуют обратные связи. В рассматриваемом случае – это соединение инверсного выхода второго триггера с входом J -первого.

Рис. 4.5

Регистры. Регистром называют устройство, осуществляющее прием, хранение, некоторые логические преобразования и выдачу двоичных чисел в определенном коде.

Запоминающими элементами в регистрах служат триггеры, число которых равно числу хранимых разрядов.

Регистры подразделяются на параллельные (регистры памяти), последовательные (регистры сдвига) и параллельно-последовательные (например, ввод – в параллельном коде, вывод – в последовательном, и наоборот).

В регистрах памяти числа вводят и выводят в параллельном коде, а
в регистрах сдвига – в последовательном (разряд за разрядом), поэтому в регистрах памяти число вводится (выводится) за один такт, а в регистрах сдвига – за n тактов, где n – разрядность чисел.

По способу ввода-вывода различают регистры однофазного и парафазного типов. В однофазных ввод (и вывод) можно производить только в прямом или только в обратном коде, в парафазных возможен ввод и вывод как в прямом, так и в обратном кодах.

Синтез параллельных регистров заключается в выборе типа триггера и определении структуры ввода и вывода информации, исходя из назначения регистра. Устройства ввода определяются известными методами синтеза комбинационных логических схем на ЛЭ определенной серии.

Синтез последовательных (сдвиговых) регистров сводится к определению межтриггерных связей, структура которых зависит от типа применяемых триггеров. При подаче импульсов сдвига каждый последующий триггер переходит в состояние предыдущего, поэтому при синтезе ограничиваются рассмотрением процессов обмена информацией между i-м триггером и (i + 1)-м или (i – 1) в зависимости от направления сдвига.

Синтез, например, сдвигового регистра (вправо) на D-триггерах с учетом матрицы переходов D-триггера (табл. 4.2) приводит к выражению

.

Таким образом, для построения такого регистра достаточно прямые выходы предыдущих триггеров соединить с входами последующих, а на вход регистра подавать в прямом коде разряды вводимого числа x (рис. 4.6).

Рис. 4.6

В регистре со сдвигом «влево» (в сторону старших разрядов) необходимо переключить выходы триггеров таким образом, чтобы состояние i-го триггера измерялось в соответствии с состоянием (i – 1)-го.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Собрать схему вычитающего последовательного счетчика с К_сч = 8 на D-триггерах К155ТМ2 (7474 в EWD). Исходные состояния счетчиков устанавливать подачей необходимых напряжений на асинхронные
-входы. Счетные импульсы подавать с переключателя (Switch) или с выхода генератора импульсов (Clock). Проведите ее исследование и постройте временные диаграммы (можно использовать логический анализатор и привести в отчете полученные на нем временные диаграммы).

2. Построить суммирующий параллельный счетчик с К_сч = 8 на JK-триггерах К155ТВ1 (7472 в EWB), взяв за основу схему реверсивного счетчика, рис. 4.3. Проведите ее исследование и постройте временные диаграммы (можно использовать логический анализатор и привести в отчете полученные на нем временные диаграммы).

3. Построить параллельный и последовательный недвоичный счетчик на D-триггерах с К_сч = 5. Исследовать его работу, построить временные диаграммы (можно использовать логический анализатор и привести в отчете полученные на нем временные диаграммы).

4. На базе микросхемы 74190 рис. 4.4 собрать схемы суммирующего счетчика, состояние которого изменяется от n до n + 15 и вычитающего счетчика, состояние которого изменяется от n + 15 до n. При составлении схем реализуйте синхронную загрузку счетчиков. (n – порядковый номер студента в группе)

5. Исследовать работу последовательного регистра на четырех
D-триггерах К155ТМ2 (7474 в EWD) (рис. 4.6), составить экспериментально таблицу переходов его состояний (можно использовать логический анализатор и привести в отчете полученные на нем временные диаграммы).

Содержание отчета

Процедуры синтеза, функциональные схемы полученных устройств, таблицы состояний, временные диаграммы.

Контрольные вопросы

1. Что собой представляет счетчик, какого типа они бывают?

2. Каким образом создаются счетчики с коэффициентом счета, не кратным 2?

3. Какими параметрами характеризуются счетчики?

4. Что такое эксплуатационные показатели счетчика?

Литература: [3,1,5,6]

Лабораторная работа № 5