fon1

Счетчики импульсов - типы и принцип работы.

В современных электронных вычислительных машинах применяется двоичная система счисления, удобная для программирования, т.к. машина легко различает два противоположных состояния - 0 и 1.
Практически любую аналоговую величину (длительность и период повторения импульсов, угол поворота, перемещение, скорость и т. п.) можно преобразовать в электрические импульсы, число которых пропорционально значению аналоговой величины. Подсчитать эти импульсы можно с помощью счетчика и выразить числом или кодом. В ЭВМ счетчики применяются для формирования адресов команд, подсчета количества циклов при выполнении программы, подсчета количества шагов при выполнении операций умножении и деления. Счетчики обозначают через СТ (от англ. counter).
Счетчики импульсов выполняются на основе триггеров, образующих двоичные разряды. Количество разрядов определяется наибольшим числом, которое должен зафиксировать счетчик.
Рассмотрим различные типы триггерных СТ, как они устроены и работают.

Двоичные счетчики.

Они используют двоичную систему счисления, как в таблице 1.
schetchiki1 На рис.1а показан простейший асинхронный счетчик, построенный из четырех Т-триггеров.
Т-триггеры подключены последовательно, каждое из которых делит на 2. По входному сигналу первый триггер делит на 2, второй - на 2² = 4, третий - 2³ = 8 и четвертый - на 2 4 = 16. Таким образом, это разное количество полученных импульсов, считываются с выходов Q1 - Q4.
Информация представлена ​​в двоичном (бинарном) коде и воспринимается справа налево, т.е. на четырех выходах появляются единицы, двойки, четверки и восьмерки.
Рассматриваемый СТ имеет объем 16. Срабатывание заданного триггера осуществляется за счет смены предыдущего триггера, т.е. здесь нет синхронизирующего сигнала.
На рис.1б показан синхронный счетчик, умеющий дополнительный тактовый вход C. При помощи этого управляющего сигнала выполняется активация четырех триггеров для подготовки их к изменению своего состояния.
На рис.1c показаны временные диаграммы двоичных счетчиков, если нет задержки сигналов. В этом случае активным является отрицательный фронт, отмеченный стрелкой.
Первый триггер возвращается к исходному состоянию после двух входных импульсов, второй - после четырех импульсов, третий - после восьми и четвертый - после шестнадцати входных импульсов.
schetchiki2 Обратите внимание, что здесь счет начинается с 0 и заканчивается на 15. Когда на вход подается шестнадцатый импульс, весь СТ начинает работать с самого начала. т.е. состояние всех выходов равно нулю.
Кроме тактового входа, показанного на рис.1б, реальные счетчики имеют еще один управляющий вход, который фиксирует начало счета, когда, например, когда все Т-триггеры сброшены.
На основе представленной схемы можно построить СТ для любого числа, добавляя дополнительные триггеры. Если требуется считать до десятичного числа A, то общее количество n триггеров определяется так: 2 n > A. Например, если нужно считать до 100, тогда триггеров нужно семь: 2 7 = 128.
Рассматриваемый до сих пор счетчик, еще называют суммирующим. В нем каждый следующий импульс увеличивает на единицу значение, записанное в триггере. Это так называемый нормальный счет.
Кроме того, существуют вычитающие счетчики. Для них характерно то, что каждый последующий входной импульс уменьшает на единицу запись триггера. В них в начальном состояние на всех выходах - логическая 1.
Например, если триггеров четыре, то при отсутствии входного сигнала на выходах будет двоичное число 1111. При получении первого импульса число на выходах будет 1110, второго - 1101, третьего - 1100 и т.д. Это видно из таб.1, если смотреть снизу вверх.
Есть еще, так называемые, реверсивные счетчики. Они могут работать как суммирующие или вычитающие. Помимо входа для подсчета есть и дополнительный вход, через который определяется, является ли СТ суммирующий или вычитающий.
На практике это можно реализовать с помощью T-, D- и JK-триггеров и др.

Десятичные счетчики.

Они также состоят из триггеров, но результаты появляются на всех четырех выводах в двоично-десятичном коде. Это соответствие между двоичными комбинациями и их десятичными значениями также называют BCD (от Binary Coded Decimal - бинарное кодированное десятичное число).
Например, четырехзначное двоичное число 0001 соответствует числу 1, четырехзначному двоичному числу 1001 соответствует цифре 9 и т. д. Его также называют кодом 8-4-2-1, который соответствует значениям позиционного символа двоичной системы: 2 3 , 2 2 , 2 1 , 2 0 .
На рис.2а показана схема десятичного счетчика, который может считать от 0 до 9. Он содержит четыре Т-триггера с дополнительными соединениями для трех логических элементов (ЛЭ). Свойства этой схемы основаны на упомянутом коде BCD, девять состояний которого показаны в таблице на рис.2б. Добавим, что этот код широко используется в различных ЭВМ, в том числе и компьютерах.
Если сравнить таблицу на рис.2б и таб.1, мы видим, что при входных импульсах от 0 до 9 включительно, на выходе четырехзначные BCD коды такие же, как и двоичные.
schetchiki3 Когда на вход приходит десятый импульс, он не создает 1010, а оставляет 0000, т.е. не использует оставшиеся шесть комбинаций и немедленно сбрасывает СТ. Именно этот сброс осуществляется введенной обратной связью.
Рассматриваемая схема выполнена из Т-триггеров и является сравнительно простой, потому что считает от 0 до 9. Если устройство должно считать от 0 до 99, применяется еще одна такая же схема. Обе схемы должны быть соединены друг с другом таким образом, чтобы при поступлении на вход десятого импульса она сбросила первые четыре выхода и и выработал импульс переноса для активирования следующего шага, который будет считать десятки. К этому нужно добавить требование сбросить все устройство в любое время.
Из этих рассуждений становится ясно, что этот счетчик, который можно использовать в некоторых устройствах, должен иметь дополнительные функции. Например, в интегрированном варианте, таком как TTL МС 7490, представляющая из себя асинхронный счетчик и состоит из трех JK-триггеров, одного RS-триггера и двух двухвходовых ЛЭ И-НЕ.

Делители частоты.

Это устройства, на вход которых поступают импульсы с частотой fвх, а на выходные импульсы с частотой fвых. Отношение N = fвx / fвых называется коэффициентом деления и является их важнейшим параметром.
Мы уже видели, что при помощи двоичных и десятичных счетчиков легко получить делители на 2 и 10 (соответственно 2 n и 10 n ). Однако есть устройства, такие как часовой механизм, где необходимо делители на 12, 24 и 60, а также сетевой преобразователь частота 50 Гц в 60 импульсов.
Существуют разные типы схем с коэффициентом деления от 1 до 99. В дополнение к упомянутым делителям 2 и 10 на практике используются делители 3, 5, 6 и 7. Они могут быть реализовано как с TTL ИС, так и с SMOS ИС. Есть еще удвоители частоты, но используются они редко.
На рис.3 показаны две схемы - с коэффициентом деления N = 3 u N = 5, которые реализованы с помощью JK-триггеров.
schetchiki4 При соединении несколько делителей последовательно, результирующий коэффициент равен произведению их коэффициентов. Например, если N1 = 3 и N2 = 5, результирующий коэффициент делителя будет Nрез = 3·5 = 15.
Также существуют так называемые программируемые делители частоты. Им коэффициент деления устанавливается извне двоично-десятичным кодом, для этого делитель имеет 4 дополнительных входа.
Например таким программируемым синхронным счетчиком в интегральном варианте является схема 74161, где коэффициент деления можно установить в диапазоне от 1 до 16.

<< Предыдущая

Вверх

radionet