Курск 2010

СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ

Методические указания к выполнению лабораторной

работы по дисциплине «Схемотехника ЭВМ»

Курск 2010

Составители: Иванов В.И., Бобырь М.В.

УДК 681.3.049.77

Рецензент

Кандидат технических наук

доцент кафедры конструирования и технологии ЭВС

О.Г. Бондарь

Счетчики импульсов [Текст]: методические указания к выполнению лабораторной работы / сост.: В.И. Иванов, М.В. Бобырь; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2010. 15 с.: ил. 10, табл. 5. Библиогр.: с. 15.

Излагается методика проектирования и исследования двоично-кодированных счетчиков и счетчиков с недвоичным кодированием; приведены рекомендации по применению программы моделирования электронных схем Electronics Workbench 5.0 для изучения функционирования счетчиков.

Предназначены для студентов, обучающихся по специальности 230101.

Текст печатается в авторской редакции

Позиция плана №

ИД № 06430 от 10.12.01 г.

Подписано в печать Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная

Курский государственный технический университет.

Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета. 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ

1. Цель работы

Исследование схем двоично-кодированных счетчиков и счетчиков с недвоичным кодированием, изучение методов синтеза синхронных счетчиков, приобретение навыков в сборке и наладке пересчетных схем.

2. Основные теоретические положения

2.1. Двоичные и двоично-кодированные счетчики

Специфичной для счетчиков является микрооперация инкремента или декремента, то есть изменение содержимого на единицу. Состояние счетчика выражается двоичным кодом, считываемым с выходов триггеров, например, для четырехразрядного счетчика – кодом Q₃Q₂Q₁Q₀. Счетчик характеризуется, прежде всего, модулем счета (емкостью) M, равным количеству различных состояний, составляющих цикл работы.

В параллельных счетчиках переключение триггеров во всех разрядах осуществляется синхронно по счетному импульсу, при этом новое состояние триггера в каждом разряде обусловлено сигналами, поступающими на его информационные входы из комбинационной схемы.

Рис. 1. Схема 4-разрядного счетчика на JK-триггерах

На рисунке 1 в качестве примера приведена структурная схема синхронного счетчика на JK-триггерах. Сигналы с выходов триггеров поступают в комбинационную схему, которая преобразует их в сигналы возбуждения триггеров. Указанные сигналы подаются на информационные входы J_i и K_i (i = 0, …, 3) триггеров и подготавливают их для переключения счетчика в требуемое состояние. Переключение триггеров происходит по счетному импульсу, поступающему на синхровходы триггеров.

Функции возбуждения каждого, i-го, триггера определяются “старым” состоянием счетчика Q₃Q₂Q₁Q₀ (до переключения), и их вид зависит от алгоритма счета и от типа применяемых триггеров.

Таким образом, если задан тип триггера, то задача логического проектирования схемы счетчика заключается в составлении функций возбуждения каждого триггера и минимизации найденных функций в заданном базисе.

Двоичные счетчики. Модуль n-разрядного двоичного счетчика соответствует целой степени двойки (M = 2ⁿ). По направлению счета различают суммирующие (Up–Counter), вычитающие (Down–Counter) и реверсивные (Up–Down–Counter) счетчики.

Структуру двоичного счетчика можно получить эвристическим путем (внимательно рассмотрев особенности последовательности двоичных чисел) или с применением формального синтеза.

Рассмотрим случай суммирующего счетчика. В процессе прибавления единицы к двоичному числу, например,

результат отличается от исходного числа только в младших разрядах до первого нулевого включительно. Изменение заключается в инвертировании состояний. В этом и состоит функция счетчика.

Для переключения триггера в i-м разряде ему необходимо обеспечить режим Т–триггера при наличии сигнала переноса p_i, который должен возникать, если триггеры во всех младших разрядах были в единичном состоянии, т. е.

.

В случае вычитающего счетчика результат отличается от исходного числа во всех младших разрядах до первого единичного включительно. Следовательно, для переключения триггера в i-м разряде ему необходимо обеспечить режим Т–триггера при наличии сигнала заема z_i, который должен возникать, если триггеры во всех младших разрядах были в нулевом состоянии, т. е.

.

Сигнал переноса или заема используется для формирования функций возбуждения триггера в соответствии с таблицей переходов применяемых триггеров.

Из формул для переноса и заема видно, что эти сигналы во всех разрядах счетчика вырабатываются одновременно с помощью многовходовых конъюнкторов. В счетчиках со сквозным переносом сигнал переноса или заема распространяется по цепочке двухвходовых конъюнкторов:

или .

Сигнал переноса распространяется до ближайшего разряда, содержащего нуль, а сигнал заема – до ближайшего разряда, содержащего единицу.

2.2. Счетчики с недвоичным кодированием

Наибольшее практическое значение среди счетчиков с недвоичным кодиро­ванием состояний имеют счетчики с кодом Грея, счетчики Джонсона и счетчики с кодом "1 из N".

Счетчики в коде Грея. Этот код известен с 70-х годов XIX века, однако оказался связанным с име­нем Ф. Грея только в 50-х годах XX века, когда Ф. Грей применил его для построения преобразователя угловых перемещений в цифровой код, обла­дающего явными преимуществами перед преобразователем с двоичным ко­дом. Код Грея относится к таким, в которых при переходе от любой кодо­вой комбинации к следующей изменяется только один разряд. В схемотех­нике счетчиков это свойство устраняет одновременное переключение мно­гих разрядов, характерное для двоичных счетчиков при некоторых перехо­дах. Одновременное переключение многих элементов создает такие токовые импульсы в цепях питания схем, которые могут вызывать сбои в работе схе­мы. В ряде БИС/СБИС применение двоичных счетчиков боль­шой разрядности не разрешается, и они заменяются счетчиками с кодом Грея и последующим преобразованием кода Грея в двоичный.

Сложность счетчика с кодом Грея ненамного больше, чем сложность двоич­ного счетчика, преобразователь кодов также относительно прост.

Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 224; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!