как построить счетчик с произвольным модулем счета

Счетчики с произвольным модулем счета

Счетчики с произвольным модулем счета К_сч строятся на основе микросхем двоичных и двоично-десятичных счетчиков. Одним из способов получения произвольного значения модуля счета является использование цепи обратной связи, сбрасывающей его в нулевое состояние, как только суммирующий счетчик переходит в состояние, равное К_сч. Так построен, например, делитель частоты в 14 раз (рис. 6.14). Как только счетчик переходит в 14-е состояние (совпадают логические 1 на входах трехвходового элемента 3И-НЕ), в единичное состояние устанавливается RS-триггер, который сбрасывает счетчик в нулевое состояние. Единичный уровень следующего счетного импульса сбрасывает RS-триггер в нуль.

Другой вариант счетчика (например, с коэффициентом пересчета К_сч= 147), показанный на рис. 6.15, организован на основе восьмиразрядного двоичного счетчика (К_сч= 256), который дополнен цепью сброса. Когда счетчик переходит в состояние 147 = 10010011В (совпадают логические 1 на входах элементов И, подключенных к выходам счетчика с весовыми коэффициентами 128, 16, 2 и 1), происходит его сброс, в результате его состояния циклически повторяются через каждые 147 входных тактов.

ИМС программируемых делителей частоты(счетчиков с переменным коэффициентом деления). Существует ряд ИМС счетчиков с переменным (программируемым) коэффициентом деления, например К155ИЕ8, 564ИЕ15.

ИМС К155ИЕ8 может быть названа преобразователем «код — частота». Ее УГО и функции выводов показаны на рис. 6.16. Эта микросхема содержит шестиразрядный двоичный счетчик и программируемое логическое устройство, уменьшающее частоту выходной последовательности f_вых по сравнению со входной f_вх. Из входной последовательности в 64 импульса, поступающей на счетный вход С, на выход проходит N импульсов, где N — десятичное число, шестиразрядный двоичный код которого подается на управляющие входы микросхемы с метками 32, 16, 8, 4, 2, 1. Выходная частота связана с входной соотношением f_вых= f_вх· N / 64. Таким образом, частота импульсов на выходе микросхемы пропорциональна значению управляющего кода N. Надо только учитывать, что если N не равно степени числа 2, то импульсы в выходной последовательности расположены неравномерно.

В таблице 6.1 приведены номера импульсов (из входной последовательности в 64 импульса), которые проходят на выход при логической единице на соответствующем управляющем входе. При произвольном коде N на выход проходят импульсы, соответствующие логическим единицам во всех разрядах числа N.

Таблица 6.1 — Таблица функционирования микросхемы К155ИЕ8

Другой способ построения счетчиков с произвольным модулем счета реализован в программируемом делителе частоты, представленном на рис. 6.17.

На лимбах программных переключателей SA1, SA2 набирается число N=AB (A — десятки, В — единицы). На выходах переключателей формируется инверсный двоично-десятичный код цифр А и В. Инверторы DD1, DD3 подают на входы предварительной установки счетчиков DD2, DD4 прямой двоично-десятичный код числа N. Счетчики работают в режиме вычитания (обратного счета). Когда счетчики находятся в нулевом состоянии и приходит счетный импульс, по его фронту D-триггер формирует логический нуль на выходе и в счетчик загружается число N, которое в течение следующих N тактов считывается до нуля. Число состояний счетчика равно N +1. Таким образом, f_вых = f_вх/(N +1), т. е. на программном переключателе надо набирать число, на единицу меньшее требуемого коэффициента деления частоты. Длительность выходного импульса (активный уровень — нулевой) равна периоду входных импульсов.

Рис. 6.17 — Программируемый делитель частоты

Источник

Исследование двоичных счетчиков

Лабораторная работа выполняется с помощью учебного лабораторного стенда LESO2.

1 Цель работы

Целью работы является изучение универсального двоичного счётчика и приобретение навыков в построении и экспериментальном исследовании счётчиков.

2 Краткие теоретические сведения

Счётчик – устройство для подсчёта числа входных импульсов.

Параметры счётчика:

Классификация:

2.1 Простейший суммирующий асинхронный счётчик

Счётчик представляет собой несколько последовательно включенных счётных триггеров. Напомним, что по каждому входному импульсу счётный триггер изменяет своё состояние на противоположное.

Рисунок 2.1 – Простейший суммирующий асинхронный счётчик

Рисунок 2.2 – Временная диаграмма работы суммирующего асинхронного счётчика

Для того чтобы разобраться, как работает схема двоичного счётчика, воспользуемся временными диаграммами сигналов на входе и выходах этой схемы, приведёнными на рисунке 2.2.

Пусть первоначальное состояние всех триггеров счётчика будет нулевым. Это состояние мы видим на временных диаграммах. Запишем его в таблицу 2.1. После поступления на вход счётчика тактового импульса (который воспринимается по заднему фронту) первый триггер изменяет своё состояние на противоположное, то есть единицу.

Запишем новое состояние выходов счётчика в ту же самую таблицу. Так как по приходу первого импульса изменилось состояние первого триггера, то этот триггер содержит младший разряд двоичного числа (единицы).

Таблица 2.1 – Изменение уровней на выходе суммирующего двоичного счётчика при поступлении на его вход импульсов

Подадим на вход счётчика ещё один тактовый импульс. Значение первого триггера снова изменится на прямо противоположное. На этот раз на выходе первого триггера, а значит и на входе второго триггера сформируется задний фронт. Это означает, что второй триггер тоже изменит своё состояние на противоположное. Это отчётливо видно на временных диаграммах, приведённых на рисунке 2.2. Запишем новое состояние выходов счётчика в таблицу 2.1. В этой строке таблицы образовалось двоичное число 2. Оно совпадает с номером входного импульса.

Продолжая анализировать временную диаграмму, можно определить, что на выходах приведённой схемы счётчика последовательно появляются цифры от 0 до 7. Эти цифры записаны в двоичном виде. При поступлении на счётный вход счётчика очередного импульса, содержимое его триггеров увеличивается на 1. Поэтому такие счётчики получили название суммирующих двоичных счётчиков. Если информацию снимать с инверсных выходов триггеров, то получится вычитающий счётчик.

2.2 Простейший вычитающий асинхронный счётчик

Рассмотрим схему счётчика на триггерах, опрокидывающихся по переднему фронту входных импульсов рисунок 2.3

Рисунок 2.3 – Вычитающий счётчик Рисунок 2.4 – Временная диаграмма

Из временной диаграммы видим, что получился вычитающий счётчик. Если информацию снимать с инверсных выходов триггеров, то получится суммирующий счётчик.

2.3 Счётчик с произвольным модулем счёта

Для построения такого счётчика можно использовать двоичный счётчик, у которого модуль счёта М должен быть больше модуля счёта разрабатываемого счётчика с произвольным модулем счёта.

Пусть нужно сделать счётчик с М= 10.

У 4-х разрядного счётчика модуль счёта равен 16 (больше 10).

Схема счётчика представляет собой 4 последовательно включённых счётных триггера, у которых есть вход сброса R.

Рисунок 2.5 – Счётчик с модулем счета М=10

Рассмотрим счётчик с М=11 на основе двоичного счётчика в одной микросхеме (без инверсных выходов).
11₁₀=1011₂

Рисунок 2.6 – Счётчик с модулем счёта М=11

В качестве схемы гашения может быть RS-триггер.

Рисунок 2.7 – Счётчик с модулем счёта М=17

В этой схеме М=10001₂ = 17₁₀

Сигнал на входе К счётчика будет действовать в течение одного периода входных импульсов

3 Задание к работе

3.1 Исследовать суммирующий счётчик.

Сконфигурировать ПЛИС в соответствии с рисунком 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема суммирующего счётчика

Элемент 74393 представляет собой суммирующий счётчик.

ВНИМАНИЕ! Для того, что бы выполнить блок Antitinkling, прочтите инструкцию Борьба с дребезгом контактов.

Подавая с помощью кнопки Button на вход счётчика импульсы и наблюдая за выходами Q, заполнить таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Таблица состояний суммирующего счётчика

3.2 Исследовать вычитающий счётчик.

Сконфигурировать ПЛИС в соответствии с рисунком 3.2.

Рисунок 3.2 – Схема вычитающего счётчика

Элемент 4 count представляет собой вычитающий 4-х разрядный счётчик.

Подавая с помощью кнопки Button на вход счётчика импульсы и наблюдая за выходами, заполнить таблицу 3.2.

Таблица 3.2 – Таблица состояний вычитающего счётчика

3.3 Исследовать счётчик с произвольным модулем счёта.

В соответствии с вариантом, полученным у преподавателя, разработать схему счётчика с заданным модулем счёта. В соответствии с разработанной схемой сконфигурировать ПЛИС. На рис 3.3 приведён пример схемы счётчика с модулем счёта 8. К выходам счётчика через преобразователь кодов 74247 подключён семисегментный индикатор.

Подавая с помощью кнопки Button на вход счетчика импульсы и наблюдая за выходами QA, QB, QC, QD и цифровым индикатором, заполнить таблицу 3.3.

Таблица 3.3 – Таблица состояний счётчика с произвольным модулем счёта

Источник

Разработка счетчика с произвольным модулем счета (модуль счета М1=12)

Страницы работы

Содержание работы

Целью работы является закрепление навыков проектирования, отладки сравнительно простых устройств, применяемых в ЭВМ. Разработка счетчика с произвольным модулем счета.

Для задания 1: Модуль счета М1=12

Серым цветом выделены запрещенные состояния счетчика.

1. Разработка счетчика с произвольным модулем счета.

Разрабатывается счетчик с естественным порядком счета, в таких счетчиках исключаются последние m состояний. С этой целью сигналы с единичных выходов триггеров соответствующих 1 в двоичной записи числа M1 подаются на входы схемы И, а сигналом с выхода этой схемы счетчик устанавливается в нулевое состояние. Вариант подразумевает счет до 12, т.е. 0,1,2…11,0.. Схема счетчика приведена на рис.1

Временные диаграммы работы схемы приведены на рис.2

2. Разработка счетчика с заданной системой кодирования.

Для построения такого счетчика составляется список переходов (состояний) и, затем, осуществляется синтез схемы. Рассмотрим пример построения счетчика на синхронных D-триггерах. Список переходов приведен в таблице 1. Очевидно, что если в последующем такте состояние триггера i-го разряда Q_i = 1, то функция возбуждения его D-входа в текущем такте равна 1, и равна 0, если Q_i = 0. Запрещенные состояния выделены серым цветом.

Воспользовавшись картами Карно и доопределив функции возбуждения входов триггеров на запрещенных состояниях (см.рис.3), получим следующие выражения

Карты Карно приведены на рис.3

Рис.4

Временные диаграммы работы схемы приведены на рис.5

1) Построенный счетчик имеет весьма своеобразный принцип работы: при достижении установленного модуля счета(в данном случае 11) он формирует короткий импульс и сбрасывается в нулевое состояние.

2) Настройка счетчика на заданный модуль счета происходит не сразу, а на следующий цикл работы.

3) Оказалась интересной разработка счетчика с заданной системой кодирования, такой счетчик “проскакивает” запрещенные состояния, переходя к следующему числу. Это стало возможно благодаря анализу схемы на логическом уровне. Карты Карно позволяют быстро и достаточно просто реализовать логику работы схемы.

4) Макет содержит большое количество разнообразных логических элементов, позволяющих собирать довольно сложные схемы.

5) Генераторы импульсов позволяют получить как синхропоследовательность, так и одиночный импульс.

6) Счетчик макета имеет весьма своеобразный принцип работы: при достижении установленного модуля счета он формирует короткий импульс и сбрасывается в нулевое состояние.

7) Настройка счетчика на заданный модуль счета происходит не сразу, а на следующий цикл работы. Состояние счетчика не меняется при нажатии клавиши «Общий сброс».

8) К сожалению, некоторые логические элементы и тумблеры на стендах неисправны.

Министерство общего и профессионального образования РФ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Вычислительной Техники

Лабораторная работа 2

» СЧЕТЧИКИ С ПРОИЗВОЛЬНЫМ МОДУЛЕМ СЧЕТА «

Факультет: АВТ Преподаватель: Гребенников В.Ф.

Источник

Как построить счетчик с произвольным модулем счета

После каждого цикла счёта на выходе последнего триггера возникают перепады напряжения, то есть формируется один импульс. Это свойство определяет второе назначение счётчиков — деление числа входных импульсов.

Если входные сигналы периодичны и следуют с частотой f_ВХ, то частота f_ВЫХ:

В этом случае коэффициент счёта определяется как коэффициент деления и обозначается K_ДЕЛ.

У счётчика в режиме деления частоты используется сигнал только последнего триггера, а промежуточные состояния остальных триггеров не учитываются.

Всякий счётчик может быть использован как делитель частоты.

5.3.3 Вычитающие и реверсивные счётчики

Реверсивный счётчик может работать в качестве суммирующего и вычитающего.

Суммирующий счётчик, как было показано выше, получается при подсоединении к входу последующего каскада прямого выхода предыдущего.

Каждый входной импульс увеличивает число, записанное в счётчик, на 1. Перенос информации из предыдущего разряда в последующий происходит при смене состояния предыдущего разряда (триггера) с 1 на 0.

Вычитающий счётчик получается при подсоединении к входу последующего каскада инверсного выхода предыдущего. Он действует обратным образом: двоичное число, хранящееся в счётчике, с каждым поступающим импульсом уменьшается на 1.

Перенос из младшего разряда в старший имеет место при смене состояния младшего разряда с 0 на 1.

Переполнение происходит после достижения счётчиком нулевого состояния, при этом в счётчик записывается максимально возможное значение, т.е. во все разряды — единицы.

Путём включения в схему двоичного суммирующего счётчика (рисунок 60), дополнительных ЛЭ, переключающих на вход последующего триггера прямого и инверсного выходов предыдущего, получается схема реверсивного счётчика. Фрагмент схемы реверсивного счётчика приведён на рисунке 61.

Рисунок 61 Фрагмент схемы реверсивного счётчика

5.3.4 Счётчики с произвольным коэффициентом счёта

Они выполняются на основе двоичных счётчиков путём исключения у счётчиков с K_СЧ=2 n соответствующего числа «избыточных» состояний S:

Например, двоично-десятичный (декадный) счётчик получают из 4-х разрядного, имеющего K_СЧ=16, исключая 6 состояний.

Возможны 2 варианта построения схем:

а) Счёт циклически идёт от 0000 до 1001, а следующим импульсом обнуляется;

б) Исходным состоянием служит код 0110 числа 6 и счёт происходит до 1111₂=15, а следующим импульсом обнуляется.

Рисунок 62 Схема счётчика с Ксч =10

Схема счётчика с K_СЧ=10, реализованная по первому варианту, приведена на рисунке 62. По сравнению со схемой двоичного счётчика (Рисунок 60), имеющего K_СЧ=24=16, в схему дополнительно введён элемент D5, обнуляющий счётчик при совпадении двух «1» с весовыми коэффициентами 2 и 8. Использование приведённой выше схемы и ЛЭ D5 с 4-мя входами, позволит получить счётчик с любым коэффициентом счёта от 2-х до 15-и.

5.3.5 Счётчики с последовательно-параллельным переносом

Все рассмотренные выше схемы счётчиков представляют собой счётчики с последовательным переносом. В этих счётчиках импульсы, подлежащие счёту, поступают на вход только одного первого триггера, а сигнал переноса передаётся последовательно от одного разряда к другому. Такие счётчики отличаются простотой схемы, но имеют невысокое быстродействие.

Счётчики с параллельным переносом строятся на синхронных триггерах.

Счётные импульсы подаются одновременно на тактовые входы всех триггеров, а каждый из триггеров цепочки служит по отношению к последующим только источником сигналов. Срабатывание триггеров параллельного счётчика происходит синхронно, и задержка переключения всего счётчика равна задержке для одного триггера. Следовательно, такие счётчики более быстродействующие. Их основным недостатком является большая мощность, потребляемая от источника входных сигналов, так как входные импульсы подаются на тактовые входы всех триггеров.

Для устранения недостатков рассмотренных выше счётчиков разработаны и используются счётчики с последовательно-параллельным переносом.

В счётчиках с последовательно-параллельным переносом триггеры объединены в группы так, что отдельные группы образуют счётчики с параллельным переносом, а группы соединяются с последовательным переносом. В роли групп могут быть и готовые счётчики.

Общий коэффициент счёта таких счётчиков равен произведению коэффициентов счёта всех групп.

В качестве примера рассмотрим счётную декаду на JK-триггерах, приведённую на рисунке 63.

Рисунок 63 Счётная декада на JK-триггерах

Схема состоит из двух групп. Первая группа — это триггер DD1.

Вторая группа, состоящая из трёх триггеров DD2–DD4, представляет собой счётчик с параллельным переносом и тактируется выходным сигналом первого триггера. Группы соединены между собой последовательно.

Схема работает следующим образом.

При подаче на вход импульсов с 1-го по 8-ой декада работает как обычный двоичный счётчик импульсов.

К моменту прихода 8-го импульса на двух входах J 4-го триггера формируется уровень лог. «1». 8-ым импульсом этот триггер переключается в состояние лог. «1», а уровень лог. «0» с его инверсного выхода, подаваемый на вход «J» второго триггера, запрещает его переключение в единичное состояние под действием 10-го импульса.

10-ый импульс восстанавливает нулевое состояние 4-го триггера и цикл работы счётчика повторяется.

5.3.6 Универсальные счётчики в интегральном исполнении (Примеры)

УГО которых приведены на рисунке 64 а, б, в представляют собой счётчики с последовательно-параллельным переносом, структурные схемы которых подобны схеме, приведённой на рисунке 63.

Рисунок 64 Микросхемы счётчиков К155ИЕ2, К155ИЕ4 и К155ИЕ5

Структурные схемы счётчиков содержат по 4-е JK-триггера в счётном режиме. Первый триггер имеет отдельный вход C1 и прямой выход — 1, три оставшиеся триггера соединены между собой так, что образуют параллельные счётчики с коэффициентами счёта равными 5 (К15ИЕ2), 6 (К155ИЕ4) и 8 (К1ИЕ5).

При соединении выхода первого триггера со входом C2 цепочки из 3-х триггеров образуются счётчики с коэффициентами счёта 10, 12 и 16 соответственно.

Источник

Разработка счетчика с произвольным модулем счета (модуль счета М=11)

Страницы работы

Содержание работы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра вычислительной техники

Отчет по лабораторной работе №2

Счетчики с произвольным модулем счета

Факультет: АВТ Преподаватель:

Группа: АМ-610 Гребенников В.Ф.

Студенты: Асанов П.В.

Закрепление навыков проектирования, отладки сравнительно простых устройств, применяемых в ЭВМ.

1) Модуль счета М=11

3.1. Счетчик с естественным порядком счета

В счетчике с естественным порядком счета и модулем счета 11 исключаются последние 5 состояний. С этой целью сигналы с единичных выходов триггеров соответствующих 1 в двоичной записи числа 11 подаются на входы схемы И, а сигналом с выхода этой схемы счетчик устанавливается в нулевое состояние.

3.2. Счетчик с начальной установкой кода

Метод построения заключается в том, что исключаются 5 первых (младших) состояний; для суммирующего счетчика это состояния, соответствующие кодам 0,1,2,3,4. После переполнения счетчика сигнал переноса из старшего разряда используется для занесения числа 5.

3.3. Счетчики с заданной системой кодирования

Для построения такого счетчика составляется список переходов (состояний) и, затем, осуществляется синтез схемы. Список переходов приведен в таблице.

Источник