Введение в цифровую электронику Магнитные цепи Полупроводниковые приборы Передача дискретных сигналов Выражение мощности в комплексной форме Резонанс напряжений Преобразователи напряжения Сглаживающие фильтры

Расчетные задания курсовой по электронике и электротехнике

Счетчики импульсов.

Одной из наиболее распространенных операций в устройствах дискретной обработки информации является счет импульсов (таймеры ЭСЧ, цифровые измерительные приборы, АЦП и т. п.). Эту операцию выполняют счетчики, которые по назначению делятся на простые (выполняющие операцию суммирования и вычитания) и реверсивные.

Простые счетчики осуществляют переходы от предыдущего состояния к последующему только в одном направлении, т. е. могут или суммировать или вычитать импульсы. Реверсивные счетчики имеют переходы в двух направлениях – прямом и обратном. В зависимости от системы счисления счетчики делятся на двоичные и десятичные. Синхронизация счета бывает двух типов – синхронная (по фронту импульса) и асинхронная (по импульсу). В основу построения счетчиков положено применение Т-триггеров. Максимальное число, которое может быть записано в счетчике равно , где n – число разрядов счетчика. Каждый разряд двоичного счетчика представляет собой триггер.


Схема четырехразрядного счетчика на сумму приведена на рис. 18.7а. На рис. 18.7б приведены эпюры, поясняющие принцип его работы. На схеме "Т" – счетный вход счетчика,  - выходы разрядов, "УСТ" – установка состояния. Связь между триггерами – по прямым входам. Перед началом счета все триггеры устанавливаются в нулевое состояние - . Для этого достаточно подать единичный потенциал по шине "УСТ". Счетные импульсы поступают на вход "Т" первого триггера и переключаю его срезом каждого импульса (диаграмма Q1). Срезом импульсов выхода Q1 переключается триггер Т2 (диаграмма Q2). Триггеры Т3 и Т4 переключаются по аналогичному алгоритму.

Все состояния триггеров счетчика отражаются таблицей состояний 18.1. Нетрудно видеть, что состояние разрядов счетчика представляет собой запись числа поступивших на данный момент импульсов в двоичном коде. После записи максимального числа  счетчик автоматически обнуляется, т. е. устанавливается исходное состояние . Далее начинается новый цикл счета. При необходимости увеличить число N достаточно подключить к выходу счетчика дополнительные разряды (триггеры).

Аналогично суммирующему счетчику строится счетчик на вычитание. Схема такого счетчика приведена на рис. 18.7в. В этой схеме связь между триггерами выполнена по инверсным выходам, а шина "УСТ" объединяет установочные входы триггеров "S".

Перед началом счета все триггеры устанавливаются в состояние . С поступлением на вход Т счетных импульсов происходит изменение состояний триггеров на вычитание. Все состояния триггеров приведены в таблице 18.2. Таблица представляет собой двоичную запись линейно убывающих чисел.

Часто возникает необходимость в счетчиках, которые могли бы поочередно выполнять сложение и вычитание поступающих импульсов. Такие счетчики называются реверсивными. Реверсивные счетчики снабжаются системой коммутации связей между триггерами (с прямых на инверсные и обратно) и двумя счетными входами. При подаче импульса на вход "+1" между триггерами устанавливается связь по прямым выходам, при этом код, записанный в счетчике, устанавливается на единицу. При поступлении импульса на вход "-1" происходит обратная коммутация триггеров и код, записанный в счетчике, уменьшается на единицу. Условное обозначение реверсивного счетчика показано на рис. 18.8.

 Таблица 18.1  Таблица 18.2

№ импульса

№ импульса

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

2

0

0

1

0

2

1

1

0

1

3

0

0

1

1

3

1

1

0

0

4

0

1

0

0

4

1

0

1

1

5

0

1

0

1

5

1

0

1

0

6

0

1

1

0

6

1

0

0

1

7

0

1

1

1

7

1

0

0

0

8

1

0

0

0

8

0

1

1

1

9

1

0

0

1

9

0

1

1

0

10

1

0

1

0

10

0

1

0

1

11

1

0

1

1

11

0

1

0

0

12

1

1

0

0

12

0

0

1

1

13

1

1

0

1

13

0

0

1

0

14

1

1

1

0

14

0

0

0

1

15

1

1

1

1

15

0

0

0

0

16

0

0

0

0

16

1

1

1

1

В ряде случаев возникает необходимость вернуть счетчик в исходное состояние  после записи некоторого числа . Для создания такого счетчика достаточно ввести в него цепь ОС. Например, декадные счетчики выполняются на основе четырехразрядных двоичных счетчиков. Но счет необходимо выполнять от 0 до 9, т. е. после записи цифры 9 необходимо возвратить триггеры в исходное состояние. Значит, цепь ОС должна выделить двоичную комбинацию числа 10. Наиболее просто она может быть образована с использованием логического элемента "И" (рис. 18.9).

Промышленность выпускает счетчики в виде интегральных микросхем, в том числе двоичные (на сложение и вычитание), двоично-десятичные (декады), реверсивные, с программируемым коэффициентом счета. Например:

К555 ИЕ10 – синхронный, четырехразрядный двоичный счетчик;

К555 ИЕ9 – четырехразрядный двоично-десятичный счетчик;

К555 ИЕ6; ИЕ7 – двоично-десятичный и двоичный реверсивные

 четырехразрядные счетчики;

К555 ИЕ14 – асинхронный счетчик-делитель с программируемым

 коэффициентом деления.

Регистры.

Регистрами называют функциональные узлы, предназначенные для хранения n-разрядных двоичных чисел (слов). Основными видами регистров являются параллельный и последовательный.

Схема четырехразрядного параллельного регистра приведена на рис. 18.10. В этой схеме четыре D триггера объединены по входам С. Входами регистра являются входы D-триггеров. Выходы регистра могут иметь ключевую развязку посредством логических элементов "И".


В регистр информация поступает в виде параллельного кода по n проводам. Входы обозначены по разрядам кодовой комбинации . Одновременно на входы С всех триггеров подается логический сигнал "1" – "Запись". Во время фронта импульса С срабатывают все триггеры, принимая состояние входов. Для считывания информации достаточно на входы 1 всех логических элементов "И" подать уровень логической "1". Информация присутствует на выходах ; ; ;  в виде параллельного кода на интервале длительности импульса "считывание".


Схема четырехразрядного последовательного (сдвигающего) регистра приведена на рис. 18.11а. На рис. 18.11б приведены временные диаграммы, поясняющие его работу.

Для построения регистра применяются D-триггеры. Схема имеет один вход – "x" и выходы каждого разряда - . Тактовые входы всех триггеров объединены по шине "СС" – сигнал сдвига. На вход первого разряда регистра поступает цифровой сигнал записываемого числа. На вход каждого следующего разряда поступает сигнал с выхода предыдущего разряда. Работой схемы управляет тактовая последовательность импульсов СС. Важно, чтобы период следования СС был равен длительности разряда записываемого кодового числа.

Пусть перед записью все D-триггеры находятся в состоянии . Пусть также на вход Х последовательно во времени поступают разряды кодового числа 1011 (диаграмма х). С поступлением первого импульса СС по его фронту в первый D-триггер записывается первый разряд кодового слова – "1". Во все остальные D-триггеры регистра будет записан "0". Эта информация будет храниться до прихода следующего импульса СС.

К моменту поступления второго импульса СС на вход первого D-триггера воздействует второй разряд кодового слова. Он равен "0". На вход второго D-триггера  воздействует сигнал . На вход третьего и четвертого D-триггеров воздействует "0". По фронту второго импульса СС эта информация и записывается в соответствующий триггер. Первый разряд кодового слова сдвинулся во второй разряд регистра, а в первый разряд регистра записан второй разряд кодового слова.

Далее процессы повторяются. Каждый импульс СС продвигает записываемую информацию по разрядам регистра от входа к выходу. Поэтому последовательный регистр часто называют регистром сдвига. Фронтом четвертого импульса СС все разряды кодового числа расположатся в разрядах регистра как показано на рис. 18.11б. В общем случае для записи n разрядов кодового числа потребуется п импульсов СС.

Поступивший на вход Х последовательный код может быть считан с выходов  как параллельный, т. е. последовательный регистр позволяет преобразовать последовательный код в параллельный.

Информация, записанная в последовательном регистре, может быть считана с выхода старшего разряда в виде последовательного кода. Для этого достаточно подать n импульсов СС.

Промышленность выпускает регистры в виде интегральных микросхем как параллельные, так и последовательные. Например:

К555 ИР15 – четырехразрядный параллельный регистр;

К555 ИР8 – восьмиразрядный последовательный регистр;

К555 ИР10 – восьмиразрядный сдвиговый регистр, осуществляет

 параллельно-последовательную запись информации.