KonspLektsy

случае обратного счета - по перепаду 0→1. Следовательно, счетчик можно построить как цепочку последовательно соединенных счетных триггеров,

причем для прямого и обратного счета сигналы управления будут парафазными.

Прямой счет

вх

Т T1

ТT2

ТT3

T

T

T

Рис.3.18

Обратный счет

вх

T

ТT1

T

ТT2

T

ТT3

Счетчик с последовательным переносом – цепочка триггеров, в которой импульсы, подлежащие счету, поступают на вход первого триггера, а сигнал переноса передается последовательно от одного разряда к другому. Главное достоинство таких счетчиков – простота схемы. Такой счетчик мало нагружает предыдущий каскад. Недостаток – сравнительно низкое быстродействие.

Другой недостаток – возможное появление ложных импульсов.

Счетчик с параллельным переносом строят из синхронного триггера.

Счетные импульсы подаются одновременно на все тактовые входы, а каждый из триггеров цепочки служит по отношению к последующим триггерам только источником информации. Срабатывание триггеров параллельного счетчика происходит синхронно и задержка переключения всего счетчика равна задержке переключения для одного триггера. Счетчики с параллельным переносом применяют в быстродействующих устройствах.

61

Рассмотрим схему счетчика с параллельным переносом, построенного на Т-триггерах (рис. 3.19 ). При поступлении входного сигнала переключаются те триггеры, для которых все предыдущие триггеры находились в единичном состоянии. Конъюнкторы анализируют состояние предыдущих разрядов. Здесь время установления кода определяется временем переключения одного триггера и одного конъюнктора.

&

&

Т

ТТ1

Т

ТТ2

Т

ТТ3

Рис. 3.19

Рассмотрим еще одну схему двоичного счетчика: счетчик со сквозным переносом (рис.3.20 ). Здесь время установления кода tУСТ = tТР + (n-1)tИ.

вх

Т

ТТ1

Т

ТТ2

Т

ТТ3

&

&

Рис. 3.20

Реверсный счетчик может работать в качестве сумматора и вычитателя.

Эти счетчики имеют дополнительные входы для задания направления счета.

Когда счетчик используется в качестве делителя, направление счета не имеет значения. Счетчики – делители, оформленные как самостоятельные изделия, имеются в составе многих серий МС. Номенклатуру счетчиков

62

отличает большое разнообразие. Многие из них обладают универсальными свойствами и позволяют управлять коэффициентом и направлением счета,

вводить до начала цикла исходное число, прекращать счет по команде,

наращивать число разрядов и т. п.

Десятичные счетчики

Введением дополнительных логических связей – обратных и прямых – двоичные счетчики могут быть обращены в недвоичные – десятичные

(декадные). Десятичный счет осуществляется в двоично-десятичном коде

(двоичный по коду счета, десятичный – по числу состояний).

Десятичные счетчики организуют из 4-х разрядных двоичных счетчиков.

Избыточные 6 состояний исключаются введением дополнительных связей.

Возможны 2 варианта построения схем:

а) счет циклически идет от 0000 до 1001 (рис.3.21)

Q0	Q1	Q2	Q3
S ТT0	S ТT1	S ТT2	S ТT3
T	T	T	T
R	R	R	R

&

б) исходным состоянием служит 01102=610 и счет происходит до 11112=1510.

Q0	Q1	Q2	Q3
S ТT0	S ТT1	S ТT2	S ТT3
T	T	T	T
			Рис.3.22
R	R	R	R

Первый вариант применяют чаще.

63

Кольцевые счетчики

В качестве счетчика может быть использован сдвигающий регистр, замкнутый в кольцо цепью обратной связи. В этом регистре продвигается одна единица, которая при подаче очередного продвигающего импульса передается в следующую по порядку ячейку. Дойдя до конца регистра, единица записывается в первую ячейку и счет повторяется. Входной импульс в этом счетчике выполняет функции продвигающего импульса. Число поступающих на вход импульсов фиксируется позицией единицы в регистре в данный момент времени. Такой счетчик носит название кольцевой регистр с простой

обратной связью.

					1
D	TT	D	TT	D	TT	D	TT
					2		3
C		C		C		C

0100	Модуль счёта равен числу триггеров.
1000	КСЧ = n.
	0010

Рис.3.23

0001

В кольцевых счетчиках отсутствует последовательная передача сигнала переноса от ячейки к ячейке и поэтому задержка выходного импульса относительно входного оказывается незначительной.

Для уменьшения количества ячеек используется последовательное соединение кольцевых счетчиков. Выходной сигнал одного кольцевого счетчика является продвигающим для другого.

A 1

вход

D1 D2 D3

Dn

2

D1 D2 D3

Dm

При последовательном соединении счетчиков увеличивается временный сдвиг между входными и выходным импульсом, снимаемым с последней ячейки счетчика. Задача нормального функционирования (т.е. необходимость

64

автоматической записи единицы в случае ее пропадания при сбое либо повторном включении и восстановлении нормальной работы в случае появления нескольких единиц) решается следующим образом. Регистр замыкается в кольцо логической схемы, которая производит контроль состояния всех разрядов регистра и записывает единицу в первый разряд только тогда, когда счетчик полностью очищен от единиц.

Если взять сигнал обратной связи не с прямого, а с инверсного выхода последнего триггера, то получим кольцевой регистр с перекрестной обратной связью или счетчик Джонсона.

D

TT

D

TT

D

TT

C

C

C

КСЧ = 2n.

При неизменной структуре получили коэффициент пересчета в два раза больше.

100 110

111

000

011

Рис.3.24

001

65

Рассмотрим еще один вид кольцевого счетчика: кольцевой регистр с логической обратной связью. В таком счетчике КСЧ = 2n-1.

M2

D

TT

D

TT

D

TT

D

TT

D

TT

C

C

C

C

C

Рис.3.25

При большом значении n чередование 0 и 1 на выходе каждого триггера

будет подчиняться закону распределения случайных чисел. Поэтому по такому

принципу строятся генераторы псевдослучайной последовательности.

Словарный метод синтеза счётчиков

Рассмотрим на примере: пусть нужно построить счетчик, формирующий на выходе двоичные эквиваленты чисел 0,1,4,7,6.

Модуль счёта =5; в качестве элемента памяти возьмем три триггера;

	0	ABC	F 00
		000	010
			001
	110		0 100
	11 111		100
			1
			101

1. Составим разностные карты Карно.

Q1Q2
QC	00	01	11	10
0	0	X		1
	0	2	6	4
1	α	X	1	X
	1	3	7	5

Q1Q2
QC	00	01	11	10
0	α	X	0	α
	0	2	6	4
1		X		X
	1	3	7	5

Q1Q2
QC	00	01	11	10
0	0	X		α
	0	2	6	4
1	0	X	1	X
	1	3	7	5

66

2. Выберем триггерный базис для реализации счётчика. Возьмем D – триггер.

	Словарь D-триггера:				fq	D*
					0	0
					1	1
					α	1
						0
Составим карты Карно для функций входа триггеров.
Q1Q2					Q1Q2	00	01	11		10
QC	00	01	11	10	QC
						0	X=0	0		1
	0	X=0	0	1	0
0						0	2	6		4
	0	2	6	4
	1	X=1	1	X=1	1	0	X=0	1		X=1
1						1	3	7		5
	1	3	7	5
Q1Q2		01	11	10	D*A Qc QA QB
QC	00				D*	Q Q Q
										Q
	1	X=0	0	1					A
0	0	2	6	4	B		A c			B
					*
						Qc QB QA QB
1	0	X=0	0	X=1	DC
	1	3	7	5
	& 1		D TA		& 1		D TB			& 1	D Tc
	&		C		&		C			&	C

Произведем анализ факультативных состояний схемы.

2 0, где 2 – возвратное состояние, из него происходит переход схемыв рабочее состояние.

3 4, где 4 – рабочее состояние, т.е. принадлежит рабочему циклу.

5 7, где 7 – рабочее состояние.

Ряд факультативных состояний может являться невозвратным. Если состояние невозвратное и образует паразитный цикл, то тогда нужно вернуться к доопределению карт Карно. На невозвратное состояние ставят индикаторы этих состояний (схема «и»). Сигналом с выхода индикатор использует установочные коды триггеров. Переводят состояние счётчика в рабочий цикл.

67

4. УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ.

4.1 Свойства RC-цепи.

Переходной процесс в RC-цепи первого порядка описывается линейным дифференциальным уравнением первого порядка:

dx(t) x(t) z(t) - описание переходного процесса, dt

где x(t) – искомая функция времени (напряжение или ток) z(t) – напряжение или ток внешних источников

– постоянная времени.

Для RC-цепи = R·C.

При z(t) = z0 = const (источник постоянного напряжения или тока) решение этого уравнения имеет вид:

t

x(t) x( ) x(0) x( ) e

Этим выражением описывается закон изменения напряжения на выходе

RC-цепи.

				Длительность переходного процесса в RC-
		x		цепи (рис.4.1 ):
	x(t2 )			t RC ln	x( ) x(t1 )	.
	x(t1)
				t	x( ) x(t2 )
		t1	t t2	Для	определения		длительности
	Рис.4.1
переходного процесса воспользуемся 5% уровнями:
t		ln	E 0.05E	3 3 R C
	ПП		E 0.95E

Определим закон изменения напряжения на резисторе и конденсаторе,

если на входе RC-цепи действует положительный перепад напряжения с амплитудой Е.

68

	U C E (1 e			t
Для конденсатора: U(0) = 0, U( ) = E. Тогда					) .
				RC
	E e	t
Для резистора: U(0) = E, U( ) = 0. Тогда U C		RC

4.2Режимы работы RC-цепи.

1.Интегрирующая RC-цепь.

Интегрирующей цепью называется устройство, сигнал на выходе которого

пропорционален интегралу входного сигнала.

R

U

1

(t)dt

1

(t)dt

U

вых

C

i

c

U

R

c

RC

Uвх

С

Uвых

1

U

вх (t)

U вых (t) dt

RC

0

U

(t)

1

U

(t)dt

вых

RC

вх

Рассмотрим прохождение прямоугольного импульса через интегрирующую RC-

цепь.

Для

того,

чтобы

RC

была

Uвх

интегрирующей

необходимо,

чтобы

выполнялось условие:

E

t

и ,

Uвых=UС

u

где u

– длительность импульса сигнала.

E

t

Из графика видно, что интегрирование

3

правильно только в окрестности фронта

входного импульса. Чем больше , тем

Рис.4.2

экспонента с большой

постоянной времени

интегрирование

лучше.

Качественное

интегрирование

достигается

за

счет

уменьшения уровня выходного сигнала.

69

Интегрирующие цепи применяют в формирователях импульсов, для сглаживания пульсаций напряжения в цепях питания, для преобразования прямоугольного импульса в треугольный и т.д.

2. Дифференцирующая RC-цепь.

Дифференцирующей цепью называют устройство, сигнал на выходе которого пропорционален производной от входного сигнала.

C

dUc

d

U

U

вых

(t) U

R

i

c

R RC

RC

вых

U

R

dt

dt

Uвх

R

Uвых

RC

d

U вх

U вых

dt

U вых

RC

dUвх

0

dt

Рассмотрим прохождение одиночного прямоугольного импульса через

дифференцирующую RC-цепь.

Для

того,

чтобы

RC

была

Uвх

дифференцирующей

необходимо,

t

чтобы выполнялось условие:

и ,

Uвых=UR

u

где

u

–

длительность

импульса

E

t

сигнала.

E

3

На

выходе

получили

короткие

3

остроконечные

импульсы.

Такие

Рис.4.3

реакция на

реакция на

1 сигнал

2 сигнал

импульсы

удобно использовать

в

качестве запускающих, т.к. они имеют крутой фронт, а напряжение выходного сигнала спадает настолько быстро, что не влияет на дальнейшую работу запускаемого устройства. Кроме того, такую цепочку применяют в качестве укорачивающей в формирователях импульсов.

Если в такой цепи и , то получим разделительную RC-цепь.

70