Berezka7km.ru

Березка 7км
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двоичные счетчики с произвольным коэффициентом счета

Двоичные счетчики с произвольным коэффициентом счета

Дешифратором (декодером) называют кодирующее устройство, преобразующее двоичный натуральный код в унитарный (содержащий одну 1).

Если дешифратор имеет n входов, то число выходов y полного дешифратора равно m=2 n . Если выходов меньше, то дешифратор называется неполным. Из всех m выходов дешифратора активным является уровень только на том, номер которого равен поданному на адресный вход двоичному числу. Адресные входы декодера нумеруют или порядковыми номерами, или в соответствии с весами двоичных разрядов (1,2,3,4. или 1,2,4,8,16. ).

Шифраторы

Шифратор (кодер) выполняет функцию, обратную дешифратору. Если шифратор имеет m входов и n выходов, то при подаче сигнала только на один из входов на выходе появляется двоичный код номера входа. Число входов и выходов связано соотношением m = 2 n .

Мультиплексоры

Мультиплексор — это функциональный узел, осуществляющий подключение одного из нескольких входов данных к единственному выходу. Номер выбранного входа соответствует коду, поданному на адресные входы мультиплексора.

Мультиплексор можно использовать в качестве универсального логического элемента, реализующего любую логическую функцию, содержащую до n + 1 переменных, где n — число адресных входов мультиплексора.

Триггеры

Триггеры — это устройства предназначенные для хранения одного бита информации. Триггеры имеют два устойчивых состояния:
• состояние "0";
• состояние "1".

Триггер имеет два выхода — прямой и инверсный. Состояние триггера определяется по прямому выходу.

Асинхронные и синхронные триггеры

Асинхронные триггеры имеют только информационные (логические) входы. Они срабатывают непосредственно за изменением сигналов на входах (не считая времени задержки в элементах, образующих триггер). Основной недостаток асинхронных триггеров — незащищенность перед состязанием сигналов (гонок), которые могут оказаться причиной ложных срабатываний триггеров.

Синхронные триггеры срабатывают при подаче информационного и командного импульсов. Командный импульс подается на синхронизирующий (тактирующий) вход. Синхронные триггеры по сравнению с асинхронными обладают более высокой помехоустойчивостью и используются в цифровой технике, связанной с обработкой и преобразованием информации.

Функциональное назначение входов триггеров

Входные сигналы в зависимости от выполняемой роли подразделяются на три категории: информационные (логические), подготовительные (разрешающие) и исполнительные (командные).

Сигналы на информационных входах определяют информацию, которая будет записана в триггер. Роль подготовительных и исполнительных сигналов — вспомогательная. С помощью подготовительных сигналов можно в нужный момент прервать действие триггера, сохранив информацию на входе.Исполнительные (синхронизирующие или тактовые) сигналы определяют момент приема входной информации триггером.

Входы триггера обозначаются буквами латинского алфавита. Функциональное назначение входов триггеров приведено в табл. 4.1.

Асинхронный RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ

Представляет собой симметричную структуру из двух ЛЭ, охваченных перекрестной обратной связью. Триггер обладает двумя устойчивыми состояниями, которые обеспечиваются за счет связи выхода каждого элемента с одним из входов другого.

Такт t nТакт t n+1
R nS nQ n+1
Q n
11
1
11н/о

Смена состояний триггера производится внешними сигналами. Начало переключения происходит с приходом положительного перепада напряжения на вход закрытого элемента. Вход, по которому триггер устанавливается в единичное состояние (Q = 1, Q = 0), называют входом S, а в нулевое (Q = 0, Q = 1) — входом R.

Если сигналы на обоих информационных входах S n = R n = 0, то сигналы на выходе могут быть Q n+1 = 1 или Q n+1 = 0. Оба состояния триггера устойчивы. Комбинацию входных сигналов S n = R n = 0 называют режимом хранения информации. Если на один из входов подать единичный сигнал, то триггер примет состояние, которое однозначно определяется входной информацией.

Если на информационные входы поданы переключающие сигналы S n = R n = 1, то на выходах Q n+1 и Q n+1 появятся логические нули, и устройство утратит свойство триггера. Поэтому комбинацию называют неопределенной (н/о).

D-триггер

D-триггер задерживает на один такт информацию, существующую на входе D. Закон функционирования D-триггера (триггера задержки).

Рис. 4.5. Q n+1 =D n

D nQ n+1
11

Синхронизация осуществляется элементом "исключающее ИЛИ" и имеет входы: синхронизации С и полярности Р. Запись осуществляется при определенных комбинациях сигналов на входах С и Р: при низком (высоком) уровне потенциала на входе Р запись происходит при низком (высоком) уровне тактирующего импульса.

Т-триггер

Счетный триггер работает по фронту информационного сигнала. С приходом 1 на вход Т, триггер меняет свое состояние на противоположное.

TQt+1Примеч.
QtХранен.
1Not QtИнверсия

JK-триггер

JK-триггеры относятся к универсальным устройствам, так как путем определенного соединения выводов они обращаются в триггеры других типов.

J nK nQ n+1
Q n
1
11
11not Q n

Действие триггера описывается характеристическим уравнением

Сочетание сигналов J = K = 1 — допустимое и задает счетный режим работы триггера.

Счетчики и делители

Классификация счетчиков

Счетчик — это устройство, на выходе которого сигналы в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на счетный вход. Счетчик, образованный цепочкой из m последовательно соединенных триггеров Т-типа, может подсчитать в двоичном коде 2 m импульсов. Число К СЧ = 2 m называется коэффициентом (модулем) счета, число m определяет количество разрядов двоичного числа. Для двоичного счетчика двоичное число, записанное в счетчик, равно

где
m — номер триггера;
2 0 — вес первого (младшего) разряда;
2 m-1 — вес m-го разряда.

Счетчики классифицируются по

Коэффициенту (модулю) счета:

  • двоичные (бинарные),
  • двоично-десятичные (декадные),
  • с произвольным постоянным или переменным модулем счета.
  • суммирующие,
  • вычитающие,
  • реверсивные;
Читайте так же:
Счетчик микрон как работает

Счетчики характеризуются емкостью и быстродействием. Емкость счетчика численно равна коэффициенту счета и определяет число импульсов, доступное счету за один цикл.

Быстродействие счетчика определяется разрешающей способностью tраз.сч. и временем установки кода счетчика tуст. Разрешающая способность — это минимальное время между двумя входными сигналами. Величина fmax = 1/tраз.сч. называется максимальной частотой счета. Время установки кода равно времени между моментом поступления входного сигнала и переходом счетчика в новое устойчивое состояние.

Регистры

Классификация регистров.

Регистром называется устройство, предназначенное для записи и хранения двоичного числа. Регистр часто может выполнять функции, связанные с преобразованием информации:

  • сформировать инвертированный код "слова";
  • осуществить сдвиг информации;
  • преобразовать последовательный код в параллельный и, наоборот, параллельный код превратить в последовательный.

В зависимости от функциональных свойств регистры подразделяются на накопительные и сдвигающие. Сдвигающие регистры делятся по

способу ввода и вывода информации:

  • на параллельные,
  • последовательные,
  • комбинированные (например, параллельно-последовательные);

направлению сдвига информации:

  • однонаправленные,
  • реверсивные.

Регистры памяти.

Ввод информации осуществляется только в параллельном коде. Считывание кода из регистра может производиться многократно, без разрушения информации.

Регистры сдвига

Регистры сдвига кроме операции хранения осуществляют преобразование последовательного кода в параллельный, служат в качестве элементов временной задержки, выполняют арифметические и логические операции.

Схема регистра с последовательным вводом входной информации и сдвигом ее вправо.

Шина, в самом простом случае, есть множество проводников для соединения различных компонентов микрокомпьютера в единую систему таким образом, чтобы можно было согласовать их работу. Основной обязанностью системной шины является передача информации между базовым микропроцессором и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами. Для передачи 1 бита данных требуется 1 сигнальная линия.

Шина реализует МО передачи. Шина, по которой передается только прямое или только инверсное значение, называется однофазной. Если по шине одновременно передается и прямое, и инверсное значение, то шина называется парафазной. Если по сигнальным линиям информация может передаваться только в одном направлении, то такая сигнальная линия называется однонаправленной. Если информация может передаваться в том и другом направлении, то такая шина — двунаправленная.

Ширина шины — количество одновременно передаваемых данных.

Основные параметры цифровых микросхем

Цифровые микросхемы характеризуются следующими основными параметрами: быстродействием, напряжением питания, потребляемой мощностью, коэффициентом разветвления по выходу, коэффициентом объединения по входу, помехоустойчивостью, энергией (работой) переключения, надежностью, стойкостью к климатическим и механическим воздействиям.

Быстродействие характеризуется максимальной частотой смены входных сигналов, при которой еще не нарушается нормальное функционирование. Для оценки временных свойств микросхем пользуются таким параметром как задержка распространения сигнала:

где
tзд. р. ср — среднее время распространения сигнала;
t 1,0 зд.р, t 0,1 зд.р — время задержки распространения сигнала при включении и выключении.

а — входной импульс; б — выходной импульс с инверсией; в — выходной импульс без инверсии.

Коэффициент разветвления по выходу (коэффициент нагрузки) Краз характеризует нагрузочную способность микросхемы и определяет максимальное число входов элементов данной серии, которыми можно нагружать выходы микросхемы без нарушения её нормального функционирования.

Помехоустойчивость определяет допустимое напряжение помех на входах микросхемы.

Надежность характеризуется интенсивностью отказов λ, наработкой на отказ Т=1/λ и вероятностью безотказной работы P(t) в течение заданного времени t. Если λ=10 -8 , тогда при t = 10000 ч P(t)= e -λt = 0,998, то есть 99,9%.

Таймеры-счетчики

Таймер-счетчик

Таймером называется средство микропроцессора, служащее для измерения времени и реализации задержек. Основой таймера служит суммирующий счетчик, который считает количество импульсов генератора тактовой частоты.
Для таймера могут быть указаны:

  • разрядость таймера;
  • коэффициент предварительного деления;
  • диапазон изменения счетного регистра;
  • режим работы.

Разрядность таймера представляет собой разрядность двоичного счетчика, используемого для его реализации и определяет верхнюю допустимую границу счетного регистра. Например, для 8-разрядного таймера верхняя граница счетного регистра будет 2 8 -1 = 255.

Предварительный делитель – делитель частоты тактового сигнала, работающий как один или несколько последовательно соединенных T-триггеров. Таймер изменяет свое значение на 1 каждые n сигналов тактового импульса. n называют коэффициентом предварительного деления .

Зная частоту тактового генератора fosc и коэффициент предварительного деления Kpre, легко определить частоту таймера по формуле:

Время одного тика таймера соответственно будет

Полное время счета таймера (время перебора всех допустимых значений двоичного счетчика) определится как

Например, если требуется реализовать задержку 1с на 8-разрядном таймере с коэффициентом предварительного деления Kpre=1 и тактовой частотой fosc=8 МГц, имеем

tic = 0,125 мкс;
Tcount = 0,125*2 8 = 32 мкс
1с/32мкс = 31250 повторений

Широтно-импульсная модуляция

Широтно-импульсная модуляция

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – импульсный сигнал постоянной частоты и переменной скважности.
Скважность есть отношения периода следования импульса к длительности импульса.
С помощью задания скважности (длительности импульсов) можно менять среднее напряжение на выходе ШИМ.
Обратная величина, то есть отношение длительности импульса к периоду, называется коэффициентом заполнения .

Разрядностью ШИМ называется разрядность таймера, используемого для формирования ШИМ-сигнала.
Существуют два основных режима работы ШИМ:

  • быстрый ШИМ;
  • фазовый ШИМ.
Читайте так же:
Отличие турбинных счетчиков от крыльчатых
Быстрый ШИМ

Быстрый ШИМ

Период ШИМ определяется максимальным значением, до которого считает счетчик. В этот момент ШИМ-сигнал устанавливается в «1». При достижении счетчиком значения, поданного на второй вход цифрового компаратора, осуществляется сброс выходного ШИМ-сигнала.

Фазовый ШИМ

Фазовый ШИМ

В данном режиме счетчик работает как суммирующий и считает от 0 до максимального значения, а при достижении максимального значения работает как вычитающий, считая до 0.

При совпадении значения счетчика с некоторым установленным значением, происходит переключение выхода ШИМ.

Частотно-импульсная модуляция — сигнал переменной частоты и постоянной скважности, равной 2. При таком виде модуляции изменяется период сигнала, а длительность импульса всегда составляет половину периода.

Классификация и типы счетчиков электроэнергии

классификация счетчиков электроэнергии

Класс точности счетчика – это его наибольшая допустимая относительная погрешность, выраженная в процентах.

В соответствии с ГОСТ Р 52320-2005, ГОСТ Р 52321-2005, ГОСТ Р 52322-2005, ГОСТ Р 52323-2005, счетчики активной энергии должны изготавливаются классов точности 0,2S; 0,2; 0,5S; 0,5; 1,0; 2,0 счетчики реактивной энергии — классов точности 0,5; 1,0; 2,0 (ГОСТ Р 5242520-05).

3. По подключению в электрические сети:

  • однофазные (1ф 2Пр однофазный двухпроводный)
  • трехфазные – трехпроводные (3ф 3Пр трехфазный трехпроводной)
  • трехфазные – четырехпроводные (3ф 4Пр трехфазный четырехпроводной)

счетчики электроэнергии

4. По количеству измерительных элементов:

  • одноэлементные (для однофазных сетей (1ф 2Пр))
  • двухэлементные (для 3-х фазных сетей с равномерной нагр (3ф 3Пр))
  • трехэлементные (для трехфазных сетей (3ф 4Пр))

5. По принципу включения в электрические цепи:

  • прямого включения счетчика
  • трансформаторного включения счетчика:
  • подключения счетчика к трехфазной 4-проводной сети с помощью трех трансформаторов напряжения и трех трансформаторов тока
  • подключения счетчика к трехфазной 3-проводной сети с помощью трех трансформаторов напряжения и двух трансформаторов тока
  • подключения счетчика к трехфазной 3-проводной сети с помощью двух трансформаторов напряжения и двух трансформаторов тока

Программа энергосбережения • Энергетический паспорт

Энергетическое обследование • Программа энергосбережения • Консультация

6. По конструкции:

  • простые
  • многофункциональные

7. По количеству тарифов:

  • однотарифные
  • многотарифные

8. По видам измеряемой энергии и мощности:

  • активной электроэнергии (мощности)
  • реактивной электроэнергии (мощности)
  • активно-реактивной электроэнергии (мощности)

Активная мощность для 1-фазного счетчика, Вт: PА1ф2 = UфICosφ

Активная мощность для 3-фазного двухэлементного счетчика, включенного в 3-х проводную сеть, Вт: PА3ф3Пр = UАВIАCosφ1(UАВIА )+ UСВIСCosφ2(UСВIС)

Активная мощность для 3-фазного трехэлементного счетчика, включенного в 4-х проводную сеть, Вт: P3ф4Пр = UАIАCosφ1(UАIА) + UвIвCosφ2(UвIв) + UсIсCosφ3(UсIс)

Типы счетчиков:

Электромеханический счетчик – счетчик, в котором токи, протекающие в неподвижных катушках, взаимодействуют с токами, индуцируемыми в подвижном элементе, что приводит его в движение, при котором число оборотов пропорционально измеряемой энергии.

Электромеханический счетчик

Однофазный электросчетчик СО-505, класс точности 2,0. Однофазный электросчетчик СО-1, класс точности 2,5.
Трехфазный электросчетчик СА3У-И670, класс точности 2,0. Электросчетчик СР4У-И673, класс точности 2,0.

Статический счетчик– счетчик, в котором ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой энергии.

Статический счетчик

На пример, однофазный электросчетчик Меркурий 201 или Меркурий 200.02, класс точности – 2,0. Или терхфазный электросчетчик Меркурий 230А, класс точности 1,0. Трехфазный электросчетчик АЛЬФА А1R, класс точности 0,5S.

Многотарифный счетчик – счетчик электрической энергии, снабженный набором счетных механизмов, каждый из которых работает в установленные интервалы времени, соответствующие различным тарифам.

Многотарифный счетчик

Эталонный счетчик – счетчик, предназначенный для передачи размера единицы электрической энергии, специально спроектированный и используемый для получения наивысшей точности и стабильности в контролируемых условиях.

Эталонный счетчик

Основные понятия, термины и определения

Счетный механизм (отсчетное устройство): Часть счетчика, которая позволяет определить измеренное значение величины.

Отсчетное устройство может быть механическим, электромеханическим или электронным устройством, содержащим как запоминающее устройство, так и дисплей, которые хранят или отображают информацию.

Измерительный элемент – часть счетчика, создающая выходные сигналы, пропорциональные измеряемой энергии.

Цепь тока: Внутренние соединения счетчика и часть измерительного элемента, по которым протекает ток цепи, к которой подключен счетчик.

Экспресс энергоаудит

Энергоаудит • Энергетический паспорт • Программа энергосбережения

Цепь напряжения: Внутренние соединения счетчика, часть измерительного элемента и, в случае статических счетчиков, часть источника питания, питаемые напряжением цепи, к которой подключен счетчик.

Электросчетчик непосредственного включения (или прямого включения): Как правило 3-х фазный электросчетчик, включаемый в 4-х проводную сеть, напряжением 380/220В, без использования измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Трансформаторный счетчик – счетчик, предназначенный для включения через измерительные трансформаторы напряжения (ТН) и тока (ТТ) с заранее заданными коэффициентами трансформации.

Показания счетчика должны соответствовать значению энергии, прошедшей через первичную цепь измерительных трансформаторов.

Основные понятия учета электроэнергии

Коммерческий учет электроэнергии – учет электроэнергии для денежного расчета за нее

Технический учет электроэнергии – учет для контроля расхода электроэнергии внутри электростанций, подстанций, предприятий, для расчета и анализа потерь электроэнергии в электрических сетях, а также для учета расхода электроэнергии на производственные нужды.

Счетчики электроэнергии

Счетчики, устанавливаемые для расчетного учета, называются расчетными счетчиками.

Счетчики, устанавливаемые для технического учета, называются счетчиками технического учета.

Счетчики, учитывающие активную электроэнергию, называются счетчиками активной энергии.

Счетчики, учитывающие реактивную электроэнергию за учетный период, называются счетчиками реактивной энергии.

Читайте так же:
Счетчик 380в 2 тарифа

Средство измерений – техническое устройство, предназначенное для измерений.

Измерительный комплекс средств учета электроэнергии – совокупность устройств одного присоединения, предназначенных для измерения и учета электроэнергии: трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, счетчики электрической энергии, линии связи.

Стартовый ток (чувствительность) – наименьшее значение тока, при котором начинается непрерывная регистрация показаний

Базовый ток – значение тока, являющееся исходным для установления требований к счетчику с непосредственным включением

Номинальный ток – значение тока, являющееся исходным для установления требований к счетчику, работающему от трансформатора

Максимальный ток – наибольшее значение тока, при котором счетчик удовлетворяет требованиям точности, установленным в стандарте ГОСТ Р 52320-2005.

Номинальное напряжение – значение напряжения, являющееся исходным при установлении требований к счетчику.

Технические требования к электросчетчикам

Общие требования:

  • Класс точности не хуже 0,5S
  • Соответствие требованиям ГОСТ Р (52320-2005, 52323-2005, 52425-2005)
  • Наличие сертификата об утверждении типа

Функциональные требования:

  • Измерение и учет активной и реактивной электроэнергии (непрерывный нарастающий итог), мощности в одном или двух направлениях (интервальные 30-и минутные приращения электроэнергии)
  • Хранение результатов измерений (профили нагрузки – не менее 35 суток) и информации о состоянии средств измерений
  • Наличие энергонезависимых часов, обеспечивающих ведение даты и времени (точность хода не хуже ±5,0 секунды в сутки с внешней синхронизацией, работающей в составе СОЕВ)
  • Ведение автоматической коррекции времени
  • Ведение автоматической самодиагностики с формированием обобщенного сигнала в «Журнале событий»
  • Защиту от несанкционированного доступа к информации и программному обеспечению
  • Предоставление доступа к измеренным значениям параметров и «Журналам событий» со стороны УСПД или ИВК ЦСОД

Счетчики электроэнергии

В «Журнале событий» должны фиксироваться время и дата наступления следующих событий:

  • попытки несанкционированного доступа
  • факты связи со счетчиком, приведших к каким-либо изменениям данных
  • изменение текущих значений времени и даты при синхронизации времени
  • отклонение тока и напряжения в измерительных цепях от заданных пределов
  • отсутствие напряжения при наличии тока в измерительных цепях
  • перерывы питания

– Счетчик должен обеспечивать работоспособность в диапазоне температур, определенными условиями эксплуатации. (-40.. +550С)

Счетчики в составе микросхем

Как и триггеры, счетчики совсем необязательно составлять из логических элементов вручную – сегодняшняя промышленность выпускает самые разнообразные счетчики уже собранные в корпуса микросхем. В этой статье я не буду останавливаться на каждой микросхеме-счетчике отдельно (в этом нет необходимости, да и времени займет слишком много), а просто кратко рассажу на что можно рассчитывать, во время решения тех или иных задач цифровой схемотехники. Тех же, кого интересует конкретные типы микросхем-счетчиков, я могу отправить к своему далеко неполному справочнику по ТТЛ и КМОП микросхемам.

Итак, исходя из полученного в предыдущем разговоре опыта, мы выяснили один из главных параметров счетчика – разрядность. Для того, чтобы счетчик смог считать до 16 (с учетом нуля – это тоже число) нам понадобилось 4 разряда. Добавление каждого последующего разряда будет увеличивать возможности счетчика ровно вдвое. Таким образом, пятиразрядный счетчик сможет считать до 32, шести – до 64. Для вычислительной техники оптимальной разрядностью является разрядность, кратная четырем. Это не есть золотым правилом, но все же большинство счетчиков, дешифраторов, буферов и т.п. строятся четырех (до 16) или восьмиразрядными (до 256).

Но поскольку цифровая схемотехника не ограничивается одними ЭВМ, нередко требуются счетчики с самым различным коэффициентом счета: 3, 10, 12, 6 и т.д. К примеру, для построения схем счетчиков минут нам понадобится счетчик на 60, а его несложно получить, включив последовательно счетчик на 10 и счетчик на 6. Может нам понадобиться и большая разрядность. Для этих случаев, к примеру, в КМОП серии есть готовый 14-ти разрядный счетчик (К564ИЕ16), который состоит из 14-ти D-триггеров, включенных последовательно и каждый выход кроме 2 и 3-го выведен на отдельную ножку. Подавай на вход импульсы, подсчитывай и читай при необходимости показания счетчика в двоичном счислении:

микросхема 564ИЕ16

Для облегчения построения счетчиков нужной разрядности некоторые микросхемы могут содержать несколько отдельных счетчиков. Взглянем на К155ИЕ2 – двоично-десятичный счетчик (по-русски – «счетчик до 10, выводящий информацию в двоичном коде»): К155ИЕ2 – двоично-десятичный счетчик

Микросхема содержит 4 D- триггера, причем 1 триггер (одноразрядный счетчик – делитель на 2) собран отдельно – имеет свой вход (14) и свой выход (12). Остальные же 3 триггера собраны так, что делят входную частоту на 5. Для них вход – вывод 1, выходы 9, 8,11. Если нам нужен счетчик до 10, то просто соединяем выводы 1 и 12, подаем счетные импульсы на вывод 14 а с выводов12, 9, 8, 11 снимаем двоичный код, который будет увеличиваться до 10, после чего счетчики обнулятся и цикл повторится. Составной счетчик К155ИЕ2 не является исключением. Аналогичный состав имеет и, к примеру, К155ИЕ4 (счетчик до 2+6) или К155ИЕ5 (счетчик до 2+8):

К155ИЕ5 – структурная схема

К155ИЕ5 – структурная схема

Практически все счетчики имеют входы принудительного сброса в «0», а некоторые и входы установки на максимальное значение. Ну и напоследок я просто обязан сказать, что некоторые счетчики могут считать и туда и обратно! Это так называемые реверсивные счетчики, которые могут переключаться для счета как на увеличение (+1), так и на уменьшение (-1). Так умеет, к примеру, двоично-десятичный реверсивный счетчик К155ИЕ6:

Читайте так же:
Rust как включить счетчик fps

двоично-десятичный реверсивный счетчик К155ИЕ6

При подаче импульсов на вход +1 счетчик будет считать вперед, импульсы на входе -1 будут уменьшать показания счетчика. Если при увеличении показаний счетчик переполнится (11 импульс), то прежде чем вернуться в ноль, он выдаст на вывод 12 сигнал «перенос», который можно подать на следующий счетчик для наращивания равзрядности. То же назначение и у вывода 13, но на нем импульс появится во время перехода счета через ноль при счете в обратном направлении.

Обратите внимание, что кроме входов сброса микросхема К155ИЕ6 имеет входы записи в нее произвольного числа (выводы 15, 1, 10, 9). Для этого достаточно установить на этих входах любое число 0 — 10 в двоичном счислении и подать импульс записи на вход С.

Асинхронные и синхронно-асинхронные счетчики

Счетчики представляют собой более высокий, чем регистры, уровень сложности цифровых микросхем, имеющих внутреннюю память . Хотя в основе любого счетчика лежат те же самые триггеры, которые образуют и регистры, но в счетчиках триггеры соединены более сложными связями, в результате чего их функции — сложнее, и на их основе можно строить более сложные устройства, чем на регистрах. Точно так же, как и в случае регистров, внутренняя память счетчиков — оперативная, то есть ее содержимое сохраняется только до тех пор, пока включено питание схемы. С выключением питания память стирается, а при новом включении питания схемы содержимое памяти будет произвольным, случайным, зависящим только от конкретной микросхемы, то есть выходные сигналы счетчиков будут произвольными.

Как следует из самого названия, счетчики предназначены для счета входных импульсов. То есть с приходом каждого нового входного импульса двоичный код на выходе счетчика увеличивается (или уменьшается) на единицу (рис. 9.1). Срабатывать счетчик может по отрицательному фронту входного ( тактового) сигнала (как на рисунке) или по положительному фронту. Режим счета обеспечивается использованием внутренних триггеров, работающих в счетном режиме. Выходы счетчика представляют собой как раз выходы этих триггеров. Каждый выход счетчика представляет собой разряд двоичного кода, причем разряд, переключающийся чаще других ( по каждому входному импульсу), будет младшим, а разряд, переключающийся реже других, — старшим.

Счетчик может работать на увеличение выходного кода по каждому входному импульсу; это основной режим, имеющийся во всех счетчиках, он называется режимом прямого счета. Счетчик может также работать на уменьшение выходного кода по каждому входному импульсу; это режим обратного или инверсного счета , предусмотренный в счетчиках, называемых реверсивными. Инверсный счет бывает довольно удобен в схемах, где необходимо отсчитывать заданное количество входных импульсов.

Большинство счетчиков работают в обычном двоичном коде, то есть считают от 0 до (2 N –1), где N — число разрядов выходного кода счетчика. Например, 4-разрядный счетчик в режиме прямого счета будет считать от 0 (код 0000) до 15 (код 1111), а 8-разрядный — от 0 (код 0000 0000) до 255 (код 1111 1111). После максимального значения кода счетчик по следующему входному импульсу переключается опять в 0, то есть работает по кругу. Если же счет — инверсный, то счетчик считает до нуля, а дальше переходит к максимальному коду 111. 1.

Имеются также двоично-десятичные счетчики , предельный код на выходе которых не превышает максимального двоично-десятичного числа, возможного при данном количестве разрядов. Например, 4-разрядный двоично-десятичный счетчик в режиме прямого счета будет считать от 0 (код 0000) до 9 (код 1001), а затем снова от 0 до 9. А 8-разрядный двоично-десятичный счетчик будет считать от 0 (код 0000 0000) до 99 (код 1001 1001). При инверсном счете двоично-десятичные счетчики считают до нуля, а со следующим входным импульсом переходят к максимально возможному двоично-десятичному числу (то есть 9 — для 4-разрядного счетчика, 99 — для 8-разрядного счетчика). Двоично-десятичные счетчики удобны, например, при организации десятичной индикации их выходного кода. Применяются они гораздо реже обычных двоичных счетчиков .

По быстродействию все счетчики делятся на три большие группы:

  • Асинхронные счетчики (или последовательные).
  • Синхронные счетчики с асинхронным переносом (или параллельные счетчики с последовательным переносом, синхронно-асинхронные счетчики).
  • Синхронные счетчики (или параллельные).

Принципиальные различия между этими группами проявляются только на втором уровне представления, на уровне модели с временными задержками. Причем больше всего различия эти проявляются при каскадировании счетчиков. Наибольшим быстродействием обладают синхронные счетчики, наименьшим — асинхронные счетчики, наиболее просто управляемые среди других. Каждая группа счетчиков имеет свои области применения, на которых мы и остановимся.

Асинхронные счетчики

Асинхронные счетчики строятся из простой цепочки JK-триггеров , каждый из которых работает в счетном режиме. Выходной сигнал каждого триггера служит входным сигналом для следующего триггера. Поэтому все разряды (выходы) асинхронного счетчика переключаются последовательно (отсюда название — последовательные счетчики), один за другим, начиная с младшего и кончая старшим. Каждый следующий разряд переключается с задержкой относительно предыдущего (рис. 9.2), то есть, вообще говоря, асинхронно, не одновременно с входным сигналом и с другими разрядами.

Читайте так же:
Возмещение расходов за установку общедомовых счетчиков

Чем больше разрядов имеет счетчик, тем большее время ему требуется на полное переключение всех разрядов. Задержка переключения каждого разряда примерно равна задержке триггера, а полная задержка установления кода на выходе счетчика равна задержке одного разряда, умноженной на число разрядов счетчика. Легко заметить, что при периоде входного сигнала, меньшем полной задержки установления кода счетчика, правильный код на выходе счетчика просто не успеет установиться, поэтому такая ситуация не имеет смысла. Это накладывает жесткие ограничения на период (частоту) входного сигнала, причем увеличение, к примеру, вдвое количества разрядов счетчика автоматически уменьшает вдвое предельно допустимую частоту входного сигнала.

Таким образом, если нам нужен выходной код асинхронного счетчика, то есть все его выходные сигналы (разряды) одновременно, то должно выполняться следующее неравенство: T> Ntз , где T — период входного сигнала, N — число разрядов счетчика, tз — время задержки одного разряда.

Надо еще учесть, что за период входного сигнала должно успеть сработать устройство (узел), на которое поступает выходной код счетчика, иначе счетчик просто не нужен; поэтому ограничение на частоту входного сигнала обычно бывает еще жестче.

В составе стандартных серий цифровых микросхем асинхронных счетчиков немного. Для примера на рис. 9.3 приведены три из них: 4-х разрядный двоично-десятичный счетчик ИЕ2, 4-х разрядный двоичный счетчик ИЕ5 и 8-и разрядный двоичный счетчик ИЕ19 (он же сдвоенный четырехразрядный счетчик).

У всех этих счетчиков управление работой очень простое, есть всего лишь входы сброса в нуль или входы установки в 9 (только у ИЕ2). Все асинхронные счетчики работают по отрицательному фронту входного сигнала С (или, что то же самое, по заднему фронту положительного входного сигнала). У всех трех счетчиков выделены две независимые части, что увеличивает возможности их применения. При объединении этих двух частей получается счетчик максимальной разрядности. Выходы счетчиков обозначают на схемах 0, 1, 2, 3, . (как номера разрядов выходного двоичного кода) или 1, 2, 4, 8, . (как веса каждого разряда двоичного кода).

Счетчик ИЕ2 имеет две части: один триггер (вход С1, выход 1) и три триггера (вход С2 и выходы 2, 4, 8). Таким образом, он состоит из одноразрядного счетчика и трехразрядного счетчика. Одиночный триггер работает в обычном счетном режиме, изменяя свое состояние по каждому отрицательному фронту сигнала С1, то есть делит частоту входного сигнала на 2. Три оставшихся триггера включены таким образом, чтобы считать до 5, то есть делить входную частоту сигнала С2 на 9. После достижения кода 4 (то есть 100) на выходах 2, 4 и 8 этот трехразрядный счетчик по следующему отрицательному фронту сигнала С2 сбрасывается в нуль. В результате при объединении выхода 1 микросхемы со выходом С2 мы получаем 4-разрядный двоично-десятичный счетчик , делящий частоту входного сигнала С1 на 10 и сбрасывающийся в нуль после достижения на выходах 1, 2, 4, 8 кода 9 (то есть 1001) по отрицательному фронту сигнала С1.

Таблица 9.1. Таблица истинности счетчика ИЕ2

ВходыВыходы
С1R1R2S1S28421
Х11X
Х11Х
ХХХ1111
1 toХXСчет
1 toХХСчет
1 toХХСчет
1 toХХСчет

Счетчик ИЕ2 имеет два входа асинхронного сброса в нуль R1 и R2, объединенных по функции И, и два входа установки в 9 — S1 и S2, также объединенных по функции И, причем установка в 9 блокирует установку в нуль. Наличие этих входов сброса и установки позволяет строить на базе счетчика ИЕ2 делители частоты с разными коэффициентами деления. Правда, этот счетчик используется довольно редко, значительно реже, чем другие асинхронные счетчики ИЕ5 и ИЕ19.

Таблица истинности асинхронного счетчика ИЕ2 при соединенном выходе 1 и входе С2 (при 4-разрядном выходном коде) приведена в табл. 9.1, а состояния выходов при счете входных импульсов по тактам представлены в табл. 9.2.

Таблица 9.2. Состояния выходов счетчика ИЕ2 при счете входных импульсов

ТактВых.8Вых.4Вых.2Вых.1
11
21
311
41
511
611
7111
81
911
10

Счетчик ИЕ5, точно так же как и ИЕ2, имеет две части: один триггер (одноразрядный счетчик) со входом С1 и выходом 1 и три триггера (трехразрядный счетчик) со входом С2 и выходами 2, 4, 8. Оба счетчика — двоичные, то есть первый считает до двух, а второй — до 8. При объединении входа С2 с выходом 1 получается 4-разрядный двоичный счетчик , считающий до 16. Счет производится по отрицательному фронту входных сигналов С1 и С2. Предусмотрена возможность сброса счетчика в нуль по сигналам R1 и R2, объединенным по функции И.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector