Счётчики

Введение
Классификация счетчиков
История создания и развития конструкции счетчиков
Устройство и принцип действия асинхронного двоичного счетчика
Устройство и принцип действия синхронного двоичного счетчика
Устройство и принцип действия счетчика с произвольным коэффициентом счета
Устройство и принцип действия счетчика с предварительной установкой
Расчет и проектирование суммирующего двоично-десятичного счетчика импульсов
Список использованной литературы

Основное достоинство такого способа использование штатного тракта переноса и входов параллельной загрузки, Легкая смена коэффициента пересчета достигается подключением СТ2 входов к регистру начального состояния. Неестественная последовательность получаемых кодов требует их перекодировки, что является недостатком. Поэтому этот способ используется, когда показания счетчика не важны, а используется лишь сигнал переноса. 3) Третий способ — организация делителей с исключением «гонок» импульсов и с оптимальной структурой. При проектировании таких синхронных делителей-счетчиков используют табличный метод синтеза счетчика, если число триггеров в нем не больше 5 — 6. При большем числе триггеров предпочтительнее использовать ЭВМ, так как процедура синтеза по данному методу легко автоматизируется.Счетчики-делители с фиксированным коэффициентом счета со стабильными кварцевыми генераторами импульсов используют в датчиках времени, часах, календарях, в электромузыкальных инструментах, генераторах тонов музыкальной шкалы и т.п.Делители с изменяемым коэффициентом счета используются при цифровом управлении частотой тиристорных преобразователей, скоростью шаговых двигателей.В микропроцессорах делители уменьшают частоту кварцевых генераторов для создания синхронизирующих и синфазных сигналов разной частоты.Делители частоты с управлением цифровым кодом организуют программируемые таймеры и программируемые счетчики. Такие счетчики-делители являются синхронными и организуются с помощью введения обратных связей, строятся на синхронных D и JK-триггерах.Устройство и принцип действия счетчика с предварительной установкойСчетчик с предварительной установкой может устанавливаться в начальное состояние, равное любому числу от 0 до . Эта операция осуществляется параллельной записью в счетчик кода необходимого числа. Счет (сложение или вычитание) будет начинаться уже не с нуля, а с установленного числа. Такой режим работы счетчика необходим, например, в управляющем устройстве ЭВМ при образовании последовательности адресов команд с заданного начального адреса.Счетчики с предварительной установкой обычно являются универсальными и могут работать в режимах сложения, вычитания, установки заданного кода, установки нуля. Это микросхемы К155ИЕ6, К155ИЕ7, К561ИЕ11, К561ИЕ14, К155ИЕ9.Условно-графическое обозначение одного из таких счетчиков и таблица, в которой описаны его режимы работы, приведены на рис. 4. Характеристика счетчикаК561ИЕ11:- двоичный (в условно графическом обозначении есть символ СТ2);- реверсивный (вход выбора режима сложение/вычитание – );- с предустановкой (есть входы параллельной записи – D1, …, D4);- с отдельным входом установки счетчика в нулевое состояние – вход R;- счетчик синхронный (есть вход (Р0) и выход (Р) переноса).Режимы работы счетчика описывает таблица, данная на рис. 4:1-я строка – счет в режиме сложения. По фронту (значок “>” у входа Т) тактового сигнала при происходит добавление единицы к числу, находящемуся в счетчике.2-я строка – счет в режиме вычитания. По фронту Т при происходит уменьшение числа, находящегося в счетчике, на единицу.3-я строка – режим предустановки. При V=1, R=0 и любом состоянии входов и Т происходит перезапись числа с входов D в триггеры счетчика.4-я строка – режим сброса. При R=1 и любых сигналах на всех остальных входах счетчика происходит установка в нулевое состояние всех разрядов счетчика.Рис. 4 - Условно-графическое обозначение счетчика К561ИЕ11 и таблица режимов его работыРасчет и проектирование суммирующего двоично-десятичного счетчика импульсовНа рисунке 5 показана структурная схема счётчика.Структурная схема – совокупность блоков счётчика, выполняющих какую-либо функцию и обеспечивающих нормальную работу счётчика.Рис. 5- Структурная схема счётчикаБлок управления необходим для подачи сигнала и управления триггерами.Блок счёта отвечаетза изменение и сохранение состояний счетчика.Блок индикации выводит информацию для зрительного восприятия.При рассмотрении внутренней структурыразрабатываемого счётчика необходимо определить оптимальное количество триггеров для недвоичного счётчика с коэффициентом счёта Кс=10.M = log 2 (Кс) = 4.Таким образом,для реализации двоично-десятичного счётчика необходимо 4 триггера.Далее необходимо составить таблицы функционирования счётчикаи определить функции переходов.Таблица функционирования содержит информацию о состоянии счетчика до переключающего сигнала и после в зависимости от заданного кода(2-4-2-1), функции перехода, показывающие, как изменится состояние. При использовании четырёх разрядов можно закодировать 16 возможных комбинаций цифр двоичной системы счисления, для кодировки 10 цифр достаточно 10 комбинаций. Чтобы исключить некоторые комбинации (в зависимости от кода) используют разные виды кодировки. В коде 2-4-2-1 (код Айкена) исключаются такие комбинации как 1000,1001,1010,1011,1100,1101. Остаются комбинации:00000001001000110100010101100111111011110123456789В верхней строке указан код в двоичной системе исчисления, в нижней –соответсвующая цифра десятичной системы счисления. Таблица функционирования для суммирующего двоично-десятичного счётчика, работающего в прямом коде 2-4-2-1, приведена в таблице 1.Таблица 1 - Таблица функционирования для суммирующего двоично-десятичного счётчикаСостояние счётчикаФункции переходаПредыдущееПоследующее№Qn3Qn2Qn1Qn0Qn+13Qn+12Qn+11Qn+10FQ3FQ3FQ3FQ3000000001000▲10001001000▲▼200100011001▲3001101000▲▼▼401000101010▲50101011001▲▼601100111011▲701111110▲11▼811101111111▲911110000▼▼▼▼Условные обозначения:0 – переход из LOG”0” в LOG”0”1 – переход из LOG”1” в LOG”1”▲ – переход из LOG”0” в LOG”1”▼ – переход из LOG”1” в LOG”0”№ - цифра десятичной системы счисления.Составление карт функций перехода FQпоказывает, какое значение принимает функция перехода для данного триггера при определенной комбинации значений на выходах всех триггеров. Карты функций перехода потребуются в дальнейшем для составления функций управления входами триггеров.Таблица 2 - Карты состояний счётчикаQ1Q000011011Q3Q200012301456710----11--89Q1Q1*Q2*----Q3Q289--6754Q3*Q2*2310Q0*Q0Q0*Таблица 3 - Карты функций переходаFQ3Q1Q1*Q2*----Q3Q21▲--0▲00Q3*Q2*0000Q0*Q0Q0*FQ2Q1Q1*Q2*----Q3Q21▼--1111Q3*Q2*0▲00Q0*Q0Q0*FQ0Q1Q1*Q2*----Q3Q2▲▼--▲▼▼▲Q3*Q2*▲▼▼▲Q0*Q0Q0*FQ1Q1Q1*Q2*----Q3Q21▼--11▲0Q3*Q2*1▼▲0Q0*Q0Q0*В левом верхнем углу каждой карты указано, для какого триггера составлялась карта.Карты Карно функций управления входовдля каждого триггера счётчикасоставляются в соответствии со словарём перехода триггера. Для данного счётчика используются JK-триггеры, по причине их универсальности. Словарь перехода для JK-триггера приведен в таблице 4.Таблица 4 - Словарь перехода для JK-триггераFQJ-входK-вход00X1X0▲1X▼X1Используя этот словарь, получим карты функций переходадля триггеров JK. Карты Карно представлены в таблице 5Таблица 5 - Карты Карнодля триггера JK3:J3Q1Q1*Q2*----Q3Q2XX--0100Q3*Q2*0000Q0*Q0Q0*K3Q1Q1*Q2*----Q3Q201--XXXXQ3*Q2*XXXXQ0*Q0Q0*для триггера JK2:J2Q1Q1*Q2*----Q3Q2XX--XXXXQ3*Q2*0100Q0*Q0Q0*K2Q1Q1*Q2*----Q3Q201--0000Q3*Q2*XXXXQ0*Q0Q0*для триггера JK1:J1Q1Q1*Q2*----Q3Q2XX--XX10Q3*Q2*XX10Q0*Q0Q0*K1Q1Q1*Q2*----Q3Q201--00XXQ3*Q2*01XXQ0*Q0Q0*для триггера JK0:J0Q1Q1*Q2*----Q3Q21X--1XX1Q3*Q2*1XX1Q0*Q0Q0*K0Q1Q1*Q2*----Q3Q2X1--X11XQ3*Q2*X11XQ0*Q0Q0*В картах Карно выделены клетки, которые описываются наиболее простыми логическими уравнениями, и охватывающие все единичные состояния триггеров. Исходя из этого, составим минимизированные логические уравнения функций управления:J3 = Q0Q1Q2K3 = Q0Q1Q – прямое значение (LOG”1”)J2 = Q0Q1K2 = Q0Q1Q3‘Q – инверсное значение (LOG”0”)J1 = Q0’Q1K1 = Q0Q1Q3 + Q0’Q2J0 = 1K0 = 1Преобразуем функцию K1 = Q0Q1Q3 + Q0’Q2 по теореме Де-Моргана:K1 = [‘(Q0Q1Q3)] [‘(Q0’Q2)]K1 = ‘{[‘(Q0Q1Q3)] [‘(Q0’Q2)]}После преобразований получим уравнения:J3 = Q0Q1Q2K3 = Q0Q1Q – прямое значениеJ2 = Q0Q1K2 = Q0Q1Q3‘Q – инверсное значениеJ1 = Q0’Q1K1 = ‘{[‘(Q0Q1Q3)] [‘(Q0’Q2)]}J0 = 1K0 = 1Для разработки принципиальной схемы необходимо выбрать тип логики, на которой будет реализован счётчик. Заданные параметры и параметры микросхем подходящей серии показаны в таблице 6.Таблица 6 - Заданные параметры и параметры микросхемПараметрВ заданииСерия К555U1, В2,7≥2.5U0, В0,5≤0.5Iпотр, мА307*2=14fmax, МГц2020Из таблицы видно, что для таких заданных параметров подходит серия К555 ТТЛШ логики(транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки).Список использованной литературыБраммер Ю.А. Цифровые устройства: Учеб.пособие для вузов / Ю.А. Браммер, И.Н. Пащук. — М.: Высш. шк., 2004. — 229 с: ил.Иванов И. И., Соловьев Г. И., Фролов В. Я. Электротехника и основы электроники: Учебник. 7-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Издательство «Лань», 2012.— 736 с.: ил.Данилов, И.А. Общая электротехника с основами электроники: Учеб.пособие для студ. неэлектротехн. спец. средних спец. учеб. заведений/И.А. Данилов, П.М. Иванов. — 6-е изд.— М.: Высш. шк., 2005. — 752 с.: ил.Наумкина Л.Г. Электроника: Учебное пособие для вузов. — М.: Издательство «Горная книга», Издательство Московского государственного горного университета, 2007. — 331с.: ил.Маньков В.Д. Основы проектирования систем электроснабжения (формат А4). Справочное пособие. - СПб: НОУ ДПО «УМИТЦ «Электро Сервис», 2010 - 664 с.Л.Н. Преснухин, Н.В. Воробьев, А.А. Шишкевич. Под ред. Л.Н. Преснухина. 2-е изд., перераб. и доп. Москва, Высшая школа, 1991.Шеховцов В.П. Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. — М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. — 214 с., ил.