Навчальний посібник Дослідження двійкових лічильників - Інтернет Реферати
Міністерство загальної та професійної освіти України
Уральський державний технічний університет
ДОСЛІДЖЕННЯ ДВІЙКОВИХ ЛІЧИЛЬНИКІВ
Дослідження двійкових лічильників
1. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Лічильник називають пристрій, сигнали, на вході якого в певному коді відображають число імпульсів, що надійшли на лічильний вхід. Тригер Т-типу може бути прикладом найпростішого лічильника. Такий лічильник рахує до двох. Лічильник, утворений ланцюжком з m-тригерів, зможе порахувати у двійковому коді 2m імпульсів. Кожен із тригерів ланцюжка називають розрядом лічильника. Число m визначає кількість розрядів двійкового числа, які можуть бути записані в лічильник. Число Ксч = 2m називають коефіцієнтом (модулем) рахунки.
Інформація знімається з прямих та (або) інверсних виходів усіх тригерів. У паузах між вхідними імпульсами тригери зберігають свій стан, тобто лічильник запам'ятовує кількість злічених імпульсів.
Нульовий стан всіх тригерів приймається за нульовий стан лічильника загалом.
Після кожного циклу рахунки на виходах останнього тригера виникають перепади напруги. Ця властивість визначає друге призначення лічильників: Розподіл числа вхідних імпульсів. Якщо вхідні сигнали періодичні і випливають із частотою fвх, то частота вихідних імпульсів буде fвых=fвх/Ксч
У лічильників у режимі поділу використовується вихідний сигнал лише останнього тригера, проміжні стани інших тригерів не враховуються. Будь-який лічильник може бути використаний як дільник частоти. Тому такий пристрій часто називають лічильником-ділителем. Такі дільники мають цілий коефіцієнт поділу. Елементна база сучасноїмікроелектроніки дозволяє будувати дільники та з дробовим коефіцієнтом поділу.
Символом лічильником на схемах є літери СТ (від англ. counter – лічильник). Якщо потрібно, після символу проставляють число, що характеризує модуль рахунку, наприклад, СТ2.
Основні експлуатаційні показники: ємність та швидкодія. Ємність лічильника, чисельно рівна коефіцієнту рахунку, характеризує число імпульсів, доступне рахунку за один цикл.
Швидкодія лічильника визначається роздільною здатністю tразр.сч і часом встановлення коду лічильника. Під роздільною здатністю мають на увазі мінімальний час між двома вхідними сигналами, протягом якого ще не виникають збої в роботі лічильника.
Зворотна величина fmax=1/tразр. сч називається максимальною частотою рахунку. Час установки коду tуст дорівнює часу між моментом надходження вхідного сигналу та переходом лічильника в новий стійкий стан. Тимчасові властивості залежать від тимчасових характеристик тригерів та способу їхнього з'єднання між собою.
Цифрові лічильники класифікуються так:
За коефіцієнтом рахунку: двійкові (бінарні); двійково-десяткові (декадні) або з іншою підставою рахунку; з довільним постійним модулем; із змінним модулем.
У напрямку рахунку: підсумовуючи; віднімають; реверсивні.
За способом організації внутрішніх зв'язків: з послідовним перенесенням; з паралельним перенесенням; з комбінованим перенесенням; кільцеві.
Для двійкового лічильника з Ксч=2m, знаючи номери тригерів та стану виходів Q, можна визначити записане в лічильник двійкове число
М = Qm * 2m-1 + Qm-1 * 2m-2 + ... + Q1 * 20,
де m-номер тригера, 2m-1 вага m-ного розряду.
Введенням додаткових логічних зв'язків – зворотних та прямих – двійкові лічильникиможуть бути перетворені на недвійкові, для яких Ксч¹2m. Найбільшого поширення набули десяткові (декадні) лічильники, які працюють зі звичним Ксч=10. Десятковий рахунок здійснюється у двійково-десятковому коді (двійковий за кодом рахунку, десятковий за кількістю станів).
Десяткові лічильники організуються із чотирирозрядних двійкових лічильників. Надлишкові шість станів виключаються запровадженням додаткових зв'язків.
Можливі 2 варіанти побудови схем: а) рахунок циклічно йде від 0000 до 1001 б) вихідним станом служить 01102=610 і рахунок відбувається до 11112=1510. Перший варіант застосовують частіше.
У підсумовувальному лічильнику кожен вхідний імпульс збільшує число, записане в лічильник, на 1. Як випливає з таблиці, перенесення інформації з одного розряду в інший, вищий, має місце, коли відбувається зміна стану з 1 на 0.
Лічильник, що віднімає, діє зворотним чином: двійкове число, що зберігається в лічильнику, з кожним поступаючим імпульсом зменшується на 1. Переповнення відлічувального лічильника відбувається після досягнення ним нульового стану. Перенесення з молодшого розряду до старшого тут має місце за зміни стану молодшого розряду з 0 на 1.
| N стану | Стан сумісного лічильника | N стану | Стан лічильника, що віднімає |
Реверсивний лічильник може працювати як сумирний і віднімає. Ці лічильники мають додаткові входи для завдання спрямування рахунку. Режим роботи визначається керуючими сигналами цих входах. Є лічильники та з окремими входами для підсумовування та віднімання.
Коли лічильник використовується як дільник, напрямок рахунку не відіграє ролі.
Лічильники з послідовним перенесенням – ланцюжок тригерів, у якій імпульси, що підлягають рахунку, надходять на вхід 1 тригера, а сигнал перенесення послідовно передається від одного розряду до іншого. У цих лічильниках використовуються асинхронні Т-тригери з прямим або інверсним управлінням, а також JK-і D-тригери в рахунковому режимі. Головна перевага лічильників із послідовним переносом – простота схеми. Збільшення розрядності (нарощування) здійснюється підключенням необхідного числа тригерів до виходу останнього тригера. Оскільки вхідні сигнали надходять на вхід першого тригера, такий лічильник мало навантажує попередній каскад.
Основний недолік лічильників із послідовним переносом – порівняно низька швидкодія, оскільки тригери тут спрацьовують послідовно, один за одним. Інший недолік, обумовлений цією ж причиною, полягає в тому, що через накопичення тимчасових зрушень у розрядах на виходах дешифраторів таких лічильників можуть з'являтися короткочасні хибні імпульси, особливо помітні нависокі частоти.
Лічильники з паралельним перенесенням складаються із синхронних тригерів. Рахункові імпульси подаються одночасно на всі тактові входи, а кожен з тригерів ланцюжка служить по відношенню до наступного джерелом інформаційних сигналів. Спрацювання тригерів паралельного лічильника відбувається синхронно, і затримка перемикання всього лічильника дорівнює затримці перемикання одного тригера. Лічильники з паралельним перенесенням широко застосовуються у швидкодіючих пристроях.
Лічильники – дільники, оформлені як самостійні вироби, є у складі багатьох серій мікросхем. Номенклатуру лічильників вирізняє велику різноманітність. Багато з них мають універсальні властивості і дозволяють управляти коефіцієнтом і напрямом рахунку, вводити до початку циклу вихідне число, припиняти рахунок по команді, нарощувати число розрядів і т.п.
Лічильники з коефіцієнтом рахунку Ксч=2m є послідовним ланцюжком з m тригерів.