Лекція №23 Тема лекції: Лічильники: призначення, принцип дії, функціональне позначення, різновиди і їх особливості. Приклади логічних структур реалізації



Скачати 62.27 Kb.
Дата конвертації05.03.2017
Розмір62.27 Kb.


Лекція №23

Тема лекції: Лічильники: призначення, принцип дії, функціональне позначення, різновиди і їх особливості. Приклади логічних структур реалізації.



План лекції

1. Загальна характеристика лічильників

2. Двійкові підсумовуючі і віднімаючі лічильники

Література

1. Кучумов А.И. Электроника и схемотехніка – 2002. ст. 216-220.

2. Ю.П.Колонтаєвський „Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум” – 2003. ст. 174-178.

3. Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника – 2000. ст. 588-599.



Зміст лекції

1. Загальна характеристика лічильників

Лічильником називається типовий функціональний вузол комп'ютера, призначений для рахунку вхідних імпульсів. Лічильник є зв'язаним ланцюжком T-тригерів, створюючих пам'ять із заданим числом стійких станів.



Розрядність лічильника n рівна числу T-тригерів. Кожний вхідний імпульс змінює стан лічильника, яке зберігається до надходження наступного сигналу. Значення виходів тригерів лічильника Qn, Qn-1,…,Q1 відображають результат рахунку в прийнятій системі счислення. Логічна функція лічильника позначається буквами СТ (counter). Список мікрооперацій лічильника включає попередню установку в початковий стан, інкремент (збільшення) або декремент (зменшення) збереженого слова, видачу слів паралельним кодом і ін.

Вхідні імпульси можуть поступати на лічильник як періодично, так і довільно розподіленими в часі. Амплітуда і тривалість рахункових імпульсів повинні задовольняти технічним вимогам для серій мікросхем, що використовуються.

Лічильник є одним з основних функціональних вузлів комп'ютера, а також різних цифрових управляючих і інформаційно-вимірювальних систем. Основне вживання лічильників: утворення послідовності адрес команд програми (лічильник команд або програмний лічильник); підрахунок числа циклів при виконанні операцій розподілу, множення, зсуву (лічильник циклів); отримання сигналів мікрооперацій і синхронізації; аналого-цифрові перетворення і побудова електронних таймерів (годинника реального часу).

Лічильник характеризується модулем і місткістю рахунку. Модуль рахунку Ксч визначає число станів лічильника. Модуль двійкового n-разрядного лічильника виражається цілим ступенем двійки М=2n; в лічильниках інших типів справедлива нерівність Ксч ≤ М. Після рахунку числа імпульсів Nвх = Ксч лічильник повертається в початковий стан. Таким чином, модуль рахунку, який часто називають коефіцієнтом перерахунку, визначає цикл роботи лічильника, після якого його стан повторюється. Тому число вхідних імпульсів і стан лічильника однозначно визначено тільки для першого циклу.

Місткість рахунку визначає максимальну кількість вхідних імпульсів, яка може зафіксувати лічильник при одному циклі роботи. Місткість рахунку Nmax = Ксч за умови, що робота лічильника починається з нульового початкового стану.

У лічильниках використовуються три режими роботи: управління, накопичення і ділення. В режимі управління зчитування інформації проводиться після кожного вхідного рахункового імпульсу, наприклад, в лічильнику адреси команд. В режимі накопичення головним є підрахунок заданого числа імпульсів або рахунок протягом певного часу. В режимі розподілу (перерахунку) основним є зменшення частоти надходження імпульсів в Кcч раз. Більшість лічильників може працювати у всіх режимах, проте в спеціальних лічильниках-дільниках стани в процесі рахунку можуть змінюватися в довільному порядку, що дозволяє спростити схему вузла.

Лічильники класифікують по наступних ознаках:



  • способу кодування - позиційні і непозиційні. В комп'ютерах переважно використовують лічильники з позиційним кодуванням.

  • модулю рахунку - двійкові, десяткові, з довільним постійним або змінним (програмованим) модулем;

  • напряму рахунку - прості (що підсумовують, віднімаючі) і реверсивні;

  • способу організації міжрозрядних зв'язків - з послідовним, крізним, паралельним і комбінованим перенесеннями (зайомом);

  • типу тригерів, що використовуються, - Т, JK, D в рахунковому режимі;

  • елементному базису - потенційні, імпульсні і потенційно-імпульсні.

По виду переходів прості лічильники (Сч) підрозділяються на ті, що підсумовують (прямого рахунку) і віднімаючі (зворотного рахунку). В лічильниках, що підсумовують, кожний імпульс, що додається, збільшує стан на одиницю, тобто реалізується мікрооперація інкремента Сч := Сч + 1. У віднімаючих лічильниках кожний імпульс, що віднімається, зменшує стан на одиницю, тобто реалізується мікрооперація декремента Сч := Сч - 1. Реверсивні лічильники мають переходи в прямому і зворотному напрямах, що дозволяє рахувати ті, що додаються і віднімаються імпульси.

У лічильниках з послідовними перенесеннями тригери перемикаються по черзі після кожного вхідного імпульсу в напрямі від молодших розрядів до старших. Такі лічильники називаються послідовними або асинхронними. В лічильниках з паралельними перенесеннями тригери перемикаються одночасно після кожного вхідного імпульсу, такі лічильники називаються паралельними або синхронними.



2. Двійкові підсумовуючі і віднімаючі лічильники

Двійкові лічильники реалізують лічбу вхідних імпульсів в двійковій системі числення. Число розрядів n двійкового лічильника, що підсумовує, для заданого модуля М знаходять з виразу n=log2M. Розряди двійкового лічильника будуються на двjхступенtdх T-тригерах або D-тригерах з динамічним управлінням по фронту синхросигнала (в рахунковому режимі).

У двійковому лічильнику, що підсумовує, перенесення Рi в сусідній старший розряд Qi+1 виникає в тому випадку, якщо у момент надходження чергового рахункового імпульсу U+ всі молодші розряди знаходяться в одиничному cтані, тобто Рi=1. Після вироблення перенесення старший розряд перемикається в стан "1", а всі молодші розряди - в станя "0".

Асинхронні підсумовуючі лічильники на двохступеневих T-тригерах будуються так, щоб вхідні імпульси U+ поступали на рахунковий вхід тільки першого (молодшого) розряду. Сигнали перенесення передаються асихронно (послідовно в часі) з прямих виходів молодших розрядів на T-входи сусідніх старших. Зміна станів тригерів відбувається по спаду рахункового імпульсу для першого розряду, а для інших — по спаду сигналу перенесення.



Після підрахунку семи імпульсів на виході трьохрозрядного лічильника встановлюється двійковий код Q3Q2Q1 = 111 (тобто максимальне значення або місткість рахунку), Після приходу восьмого вхідного імпульсу U+ той, що трьохрозрядний підсумовує, лічильник перемикається в початкове нульовий стан послідовно (асихронно) в часі: спочатку спадає напруга на виході Q1 потім — на виході Q2 і т.д. За допомогою імпульсу по входу скидання R лічильник повертається в нульовий стан у будь-який момент часу.

У схемі трьохрозрядного асинхронного двійкового підсумовуючого лічильника на Т-тригерах з динамічним управлінням по фронту рахункові імпульси U+ поступають на T-вход тільки першого (молодшого) розряду; наступні тригери перемикаються асихронно від сигналів переносу з інверсних виходів сусідніх молодших розрядів.

Достоїнством асинхронних лічильників є простота схеми: збільшення розрядності проводиться підключенням необхідного числа тригерів. До недоліків асинхронних лічильників відносяться порівняно низька швидкодія в режимі управління і її залежність від числа розрядів, а також поява проміжних вихідних двійкових кодів в процесі послідовного перемикання тригерів в новий стан.

Для отримання мінімального часу перемикання лічильника використовують паралельні перенесення. Для цього в кожному розряді синхронного лічильника є схема збігу, за допомогою якої аналізуються стани всіх попередніх молодших тригерів і виробляються функції перенесення. Під час вступу чергового рахункового імпульсу U+ перемикаються тільки ті тригери, для яких всі попередні (молодші) розряди знаходяться у цей момент в одиничному стані.

У двійковому віднімаючому лічильнику кожний віднімаючий імпульс U- зменшує стан на одиницю. У віднімаючих лічильниках сигнали міжрозрядного зв'язку називаються зайомами. За правилом двійкового віднімання у момент надходження рахункового імпульсу U- зайом із старшого розряду з одиничним значенням виникає за умови, що всі молодші тригери знаходяться в нульовому стані. Після цього всі вони перемикаються в стан "1", а старші — в сттан "0". Сигнали зайома утворюються на інверсних виходах двохступеневих тригерів або на прямих виходах тригерів з динамічним управлінням по фронту. Параметри віднімаючого лічильника (модуль і місткість рахунку, швидкодія) співпадають з аналогічними характеристиками лічильників, що підсумовують.

Схема трьохрозрядного двійкового асинхронного віднімаючого лічильника на двохступеневих тригерах показана на мал.

Перед початком роботи за допомогою сигналу на загальному вході S всі тригери лічильника встановлюються в стан "1", утворюючи вихідний код 111. Імпульс U-, що віднімається, поступає на рахунковий вхід тільки першого молодшого розряду, міжрозрядні сигнали зайома знімаються асихронно з інверсних виходів тригера. Після надходження семи імпульсів, що віднімаються, всі тригери лічильника встановлюються в стан "0", утворюючи вихідний код 000. Восьмий імпульс, що віднімається, перемикає лічильник в стан 111 (за умови, що розглядається трьохрозрядна схема). У віднімаючому лічильнику на тригерах з динамічним управлінням по фронту сигнали зайома знімаються з прямих виходів тригерів.










База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка