Что такое двоично десятичный счетчик
Перейти к содержимому

Что такое двоично десятичный счетчик

  • автор:

Что такое двоично десятичный счетчик

2.9. Двоично-десятичный счетчик

Соответствие выводов микросхемы К155ИЕ6 светодиодам испытательного стенда показано на рисунке 2.28, а условное обозначение микросхемы — на рисунке 2.29.

На вход счетчика +1 подают тактовые импульсы при прямом счете, а на вход счетчика –1 — при обратном. Вход С служит для предварительной записи в счетчик информации, поступающей по входам D 1, D 2, D 4, D 8. Установка триггеров счетчика в нулевое состояние происходит при подаче положительного импульса на вход R 0, при этом на входе С должна быть логическая единица. Счетчик позволяет производить предварительную запись в него любого числа от 0 до 9. Для записи двоичный эквивалент числа подается на входы D 1, D 2, D 4, D 8 (1 – младший разряд, 8 – старший), на вход С – отрицательный импульс, на входе R 0 при этом должен быть логический «0».

Режим предварительной записи может использоваться для построения делителей частоты с переменным коэффициентом деления. Если этот режим не используется, на вход С должна быть постоянно подана логическая единица. Прямой счет происходит при подаче отрицательных импульсов на вход +1, при этом на входах –1 и С должна быть логическая «1», а на входе R 0 – логический «0». Переключение триггеров счетчика происходит по спадам входных импульсов. Одновременно с каждым десятым входным импульсом на выходе ³ 9 появляется отрицательный импульс, который может подаваться на вход +1 следующей микросхемы многоразрядного счетчика.

При обратном счете входные импульсы подают на вход –1, а выходные импульсы снимают с выхода £ 0.

1. Вставить печатную плату с микросхемой 155ИЕ6 в разъем испытательного стенда.

2. Подключить испытательный стенд к источнику постоянного напряжения 5 В с соблюдением полярности (провод в изоляции красного цвета подсоединяют к выводу «+» источника).

3. Произвести установку счетчика в нулевое состояние, предварительную запись числа в счетчик, осуществить прямой и обратный счет импульсов.

4. Вычертить временную диаграмму работы счетчика.

5. Объяснить принцип работы счетчика, схема которого приведена на рисунке 2.30.

4. Двоично-десятичные счетчики

Двоично-десятичные (декадные) счетчики ведут счет в десятичной системе счисления. Каждая десятичная цифра от 0 до 9 кодируется четырехразрядным двоичным кодом, так называемой тетрадой. Эти устройства являются разновидностью счетчиков по модулю n. В своем составе они, как правило, имеют четыре триггера. Простейший двоично-десятичный счетчик представлен на рис. 11.

Рис. 11 Декадный счетчик

Логический элемент 2И выявляет первый запрещенный набор 1010, который соответствует десятичному числу 10, и производит сброс триггеров.

Такой счетчик хорошо работает при невысокой частоте входных им­пульсов.

Недостатком счетчика является кратковре­менное присутствие двоичного сигнала, соответствующего десятичной цифре 10, т.к. счетчик считает до 10 включительно, а затем уда­ляет это состояние. Устранение этого недостатка осуществляется аналогично техническому решению в схеме рис. 10.

С помощью нескольких декадных счетчиков можно производить подсчет количества единиц, десятков, сотен импульсов и т.д., присвоив каждому из счетчиков соответствующий вес. Данные счетчики бывают суммирующими, вычитающими и реверсивными.

5. Реверсивные двоичные счетчики

В двоичном счетчике направление счета меняется переключением выходных сигналов управления триггеров: Q и инверсия Q. Для переключения используются мультиплексоры MUX(2-1).

На рисунке 12 представлен трехразрядный реверсивный счетчик. Если на управляющий вход U подан сигнал логической единицы, то счет­чик работает как суммирующий, если ноль, то, как вычитающий.

Рис. 12 Трехразрядный реверсивный двоичный счетчик

6. Синхронные счетчики

Счетчик называется синхронным, если все его триггеры переклю­чаются одновременно общим сигналом синхронизации. Это возможно, когда условия для переключения нужных триггеров создаются до появления сигнала синхронизации.

Из временных диаграмм двоичного суммирующего счетчика (рис. 2) следует, что любой триггер переключается, если во всех триггерах младших по отношению к нему разрядов записаны единицы. Триггер самого младшего разряда переключается каждым задним фронтом входного импульса.

Эти условия подготавливают переключение триггеров и реализуются с помощью параллельных переносов:

Функциональная схема синхронного счетчика представлена на рис. 13.

Рис. 13 Функциональная схема синхронного суммирующего счетчика

При построении этой схемы выполнялись следующие правила:

— импульсы, которые требуется сосчитать, подаются на вход первого триггера;

— каждый следующий триггер получает входной сигнал в виде результата логического умножения сигналов с выходов всех предыдущих триггеров.

Следует отметить, что для создания T-триггеров обычно используются другие типы триггеров, у которых кроме информационного входа имеется отдельный тактовый вход.

Поэтому потребность в элементе логического умножения на входе триггера D2 отпадает и в соответствующих входах у других элементов умножения тоже.

Кроме того, упрощаются функции переноса. Для суммирующих синхронных счетчиков функция переноса:

Для вычитающих счетчиков функция переноса:

Для реверсивных счетчиков функция переноса:

где: i = 0…n; n+1 количество разрядов счетчика.

В синхронных суммирующих счетчиках со сквозным переносом для организации переноса в разряд i+1 используется перенос в i разряд:

Это требует меньшего числа входов логических элементов для организации цепей переноса. Недостаток – быстродействие ниже, чем у счетчиков с параллельным переносом.

Для вычитающих счетчиков функция переноса:

Структура синхронных счетчиков одинакова, переключаются ли триггеры передним или задним фронтом импульса. В зависимости от переключающего фронта смещаются временные диаграммы, т.к. изменяется момент времени переключения.

Применение счетчиков: делители частоты; генераторы случайных чисел; устройства памяти; управление работой микропроцессоров (обращение к памяти и т.д.).

Счетчики и регистры используются для организации передачи информации по линиям связи в последовательном коде.

Поскольку передача осуществляется непрерывно, то требуется обозначить начало передачи и, соответственно, приема некоторого сообщения (слова), а так же окончания этого процесса. После того начинается трансляция очередной порции информации.

Выходной двоичный код считывается с выхода регистра сдвига бит за битом с частотой тактового сигнала. Этот процесс называется тактовой синхронизацией (C). Сигналы начала и окончания передачи слова образуют кадровую синхронизацию (S).

Импульсы C и S связаны между собой и получаются с помощью счетчика. На рисунке 14 приведена временная диаграмма передачи двоичного восьмиразрядного слова: 11001001.

Рис. 14 Временная диаграмма передачи

восьмиразрядного последовательного двоичного кода

Передача кода начинается в момент времени t1.

На временном интервале t1t2 с выхода регистра передающего устройства в линию связи поступает старший разряд кода.

Он считывается по переднему фронту тактового сигнала принимающего устройства.

Далее процесс повторяется для остальных разрядов кода. Окончание передачи обозначается сигналом S.

Скорость приема и передачи кода одинакова, сигналы управления жестко связаны межу собой, т.к. формируются с помощью общего генератора сигналов и счетчиков.

Если в данном примере использовать реверсивный регистр, то передачу информации можно осуществлять в обоих направлениях.

5.2.4. Двоично-десятичные счетчики

Двоично-десятичные счетчики реализуют счет импульсов в десятичной системе счисления, причем каждая десятичная цифра от нуля до девяти кодируется четы­рехразрядным двоичным кодом (тетрадой). Эти счетчики часто называют десятич­ными или декадными, поскольку они работают с модулем счета, кратным десяти.

Многоразрядный двоично-десятичный счетчик строится на основе регулярной цепочки декад, при этом первая (младшая) декада имеет вес 10°, вторая — 10 1 , тре­тья —10 2 и т.д.

Декада строится на основе четырехразрядного двоичного счетчика, в котором исключается избыточное число состояний. Исключение лишних шести состояний в декаде достигается многими способами:

  • предварительной записью числа 6 (двоичный код 0110); после счета девя­того импульса выходной код равен 1111 и десятичный сигнал возвращает счетчик в исходное состояние 0110. Таким образом, здесь результат счета фиксируется двоичным кодом с избытком 6;
  • блокировкой переносов: счет импульсов до девяти осуществляется в дво­ичном коде, после чего включаются логические связи блокировки перено­сов; с поступлением десятого импульса счетчик заканчивает цикл работы и возвращается в начальное нулевое состояние;
  • введением обратных связей, которые обеспечивают счет в двоичном коде и принудительное переключение счетчика в нулевое начальное состояние после поступления десятого импульса.

Схема синхронного десятичного счетчика с блокировкой переносов показана на рис. 5.20.

Рисунок 5.20-Схема десятичного счетчика на JK-триггерах

В этой схеме С-входы используются как счетные. С приходом десятого импуль­са на С-вход младшего разряда JK-триггера обнуляются первый и четвертый разря­ды и сигналом с выхода Q4 блокируют переключения второго и третьего разряда. Схема суммирующего счетчика с обратными связями (один разряд) показана на рис. 5.21.

Рисунок 5.21-Схема десятичного суммирующего счетчика cобратными связями

После сброса в нулевое начальное состояние на счетный вход первого тригге­ра поступают суммируемые импульсы U + . Сигналы переноса в старшие разряды формируются обычным асинхронным способом. Счет до девяти ведется в двоичном коде.

После прихода десятого входного импульса обратная связь на основе схемы совпадения вырабатывает сигнал P=U + Q4Q3Q2Ql, который является переносом для старшей декады и одновременно переключает счетчик в нулевое состояние.

Далее цикл работы счетчика повторяется.

Схема пятиразрядного суммирующего двоично-десятичного счетчика показана на рис. 5.22.

Рисунок 5.22-Схема пятиразрядного суммирующего двоично-десятичного счетчика

Модуль данного счетчика составляет Ксч = 10 5 = 100000, емкость счета AU = Ксч — 1= 99999.

Выходы триггеров каждой декады подключаются ко входам дешифраторов, ко­торые обеспечивают визуальную индикацию состояния счетчика с помощью разного рода световых табло.

5.2.5. Счетчики с единичным кодированием

При единичном (унитарном) кодировании состояния nразрядного счетчика различаются только местоположением одной единицы, называемой маркирующим кодом; в других разрядах записаны нули. В отдельных случаях маркирующий код состоит из двух единиц и называется парно-единичным.

Счетчик с единичным кодированием — это цепочка триггеров, в которой обес­печивается сдвиг предварительно записанного маркирующего кода по «кольцу» в на­правлении старших разрядов (прямой счет) или младших (обратный счет). Такие счетчики часто называют кольцевыми (по аналоги с кольцевыми регистрами сдвига).

Счетчик с единичным кодированием характеризуется:

модулем КСч = п и емко­стью счета Nmax = n — 1.

Таким образом, число состояний кольцевого счетчика равно его разрядности и существенно меньше в сравнении с другими типами счетчиков.

В кольцевых счетчиках каждый разряд имеет вес, равный номеру состояния 0, 1, 2. (п — 1). Из состояния (п — 1) после поступления очередного импульса счетчик образует на выходе сигнал окончания цикла (переполнения) и возвращается в на­чальное состояние с помощью цепи обратной связи с выхода старшего разряда Qn на вход младшего разряда Q1.

Схема четырехразрядного кольцевого счетчика пока­зана на рис. 5.23, а.

Рисунок 5.22-Схема и временная диаграмма кольцевого счетчика

Перед началом работы по входу D схемы ИЛИ в младший разряд счетчика за­писывается единица и устанавливается начальный код Q4Q3Q2Q1 = 0001.

С поступ­лением каждого счетного импульса по входу синхронизации единичный код после­довательно сдвигается в сторону старших разрядов; при этом младшие разряды, выполненные на D-триггерах с динамическим управлением, обнуляются.

После при­хода четвертого импульса счетчик возвращается в начальное состояние с помощью сигнала с выхода Q4 на вход схемы ИЛИ.

Практическое использование кольцевых счетчиков объясняется следующими его достоинствами:

  • не требует выходного дешифратора, поскольку все состояния отличаются наличием единицы только в одном каком-либо триггере;
  • в процессе счета всегда переключается в единичное состояние только один триггер, что обеспечивает минимальное значение tyct;
  • упрощается построение схемы контроля счетчика.

Схема счетчика Джонсона (рис. 5.24) строится на основе кольцевого, в котором обратная связь реализуется подключением инверсного выхода старшего разряда ко входу младшего.

Рис. 5.24. Счетчик Джонсона: а схема; б временные диаграммы

Счетчик Джонсона характеризуется модулем счета Ксч = 2n и емкостью счета Nmax = 2п — 1. Таким образом, число состояний счетчика Джонсона в два раза боль­ше аналогичного параметра кольцевого счетчика. Однако информация на выходах счетчика Джонсона представляется не в двоичной позиционной системе счисления, которая требует дополнительного преобразования. Как видно из временных диа­грамм (рис. 5.24, б), в процессе счета вначале двигается «волна» единиц, а затем — «волна» нулей. Дешифрация состояний счетчика Джонсона осуществляется проще в сравнении с двоичными позиционными счетчиками.

  1. Что такое счетчик?
  2. Перечислите области применения счетчиков.
  3. Сформулируйте признаки классификации счетчиков.
  4. Охарактеризуйте два режима работы счетчика: управления и деления.
  5. Как можно повысить быстродействие счетчика в режиме управления?
  6. Чем отличается двоичный счетчик от десятичного?
  7. Какие ограничения накладываются на работу реверсивного счетчика?
  8. По каким правилам организуются связи между триггерами суммирующего и вычитающего счетчиков?
  9. Каковы особенности работы счетчика на двухступенчатых триггерах в сравнении с D-триггерами с динамическим управлением?
  10. Перечислите способы построения счетчиков с произвольным модулем счета.
  11. Охарактеризуйте счетчик Джонсона.

4-битный BCD-счётчик

BCD означает binary coded decimal — двоично-десятичный, то есть, счётчик считает с нуля не до пятнадцати, а только до девяти, а при десятом импульсе снова сбрасывается на нуль. Для этого в нём предусмотрен дополнительный узел.

Собственно счётчик, как обычно, представляет собой цепочку из четырёх T-триггеров:

Дополнительный узел сброса подключается к трём старшим битам счётчика и срабатывает в момент перехода с числа 9 до числа 10, вырабатывая сигнал сброса, и вместо 10 получается сразу 0:

От структурной схеме переходим к принципиальной:

На фрагменте схемы, не выделенном никаким цветом, сверху показаны четыре одинаковых T-триггера. Чуть ниже расположены буферные каскады, каждый из которых сопрягает выход предыдущего триггера с входом следующего. Выход четвёртого триггера через такой же каскад подключён к входу первого. Ещё чуть ниже показаны ключи для управления светодиодами. Если внутренняя индикация не нужна, их можно исключить. Прямые выходы Q0 — Q3 и инверсные Q0′ — Q3′ продолжат работать как прежде.

Оранжевым цветом на схеме выделен дополнительный узел сброса. Переключатель в нижнем положении соединяет один из трёх входов этого узла с общим проводом, отчего счётчик при необходимости превращается в обычный двоичный. Принудительный сброс не происходит, счётчик переходит от числа 15 к числу 0 при переполнении. В верхнем положении переключателя на вход узла поступают все требуемые сигналы, сигнал сброса вырабатывается как описано выше, и счётчик работает как двоично-десятичный. Устроен узел так: на двух диодах выполнен элемент ИЛИ, на двух соединённых последовательно транзисторах — элемент И. Затем следует буферный каскад, с которого через четыре диода сигнал сброса поступает на каждый из четырёх триггеров.

Наконец, зелёным цветом выделен фрагмент с тактовым генератором. Он состоит из симметричного мультивибратора и буферного инвертирующего каскада. Генератор нужен только для отладки схемы, затем его нужно исключить, а вход счётчика подключить к источнику импульсов, которые требуется подстчитывать.

Видео работы устройства:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *