Меню

Дискретный вход счетчик импульсов



Цифровые устройства: счетчики импульсов, шифраторы, мультиплексоры

Счетчик импульсов – электронное устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поданных на вход. Количество поступивших импульсов выражается в двоичной системе счисления.

Счетчики импульсов являются разновидностью регистров (счетные регистры) и строятся соответственно на триггерах и логических элементах.

Основными показателями счетчиков являются коэффициент счета К 2n — число импульсов, которое может быть сосчитано счетчиком. Например, счетчик, состоящий из четырех триггеров, может иметь максимальный коэффициент счёта 24=16. Для четырехтриггерного счетчика минимальный выходной код — 0000, максимальный -1111, а при коэффициенте счёта Кс = 10 выходной счет останавливается при коде 1001 = 9.

На рисунке 1, а представлена схема четырехразрядного счетчика на Т-триггерах, соединенных последовательно. Счетные импульсы подаются на счетный вход первого триггера. Счетные входы последующих триггеров связаны с выходами предыдущих триггеров.

Работу схемы иллюстрируют временные диаграммы, приведенные на рисунке 1, б. При поступлении первого счетного импульса по его спаду первый триггер переходит в состояние Q1 = 1, т.е. в счетчике записан цифровой код 0001. По окончании второго счетного импульса первый триггер переходит в состояние «0», а второй переключается в состояние «1». В счетчике записывается число 2 с кодом 0010.

Рисунок 1 – Двоичный четырехразрядный счетчик: а) схема, б) условно-графическое обозначение, в) временные диаграммы работы

Из диаграммы (рис. 1, б) видно, что, например, по спаду 5-го импульса в счетчике записан код 0101, по 9-му – 1001 и т.п. По окончании 15-го импульса все разряды счетчика устанавливаются в состояние «1», а по спаду 16-го импульса все триггеры обнуляются, т. е. счетчик переходит в исходное состояние. Для принудительного обнуления счетчика имеется вход «сброс».

Коэффициент счета двоичного счетчика находят из соотношения Ксч = 2n, где n — число разрядов (триггеров) счетчика.

Подсчет числа импульсов является наиболее распространенной операцией в устройствах цифровой обработки информации.

В процессе работы двоичного счетчика частота следования импульсов на выходе каждого последующего триггера уменьшается вдвое по сравнению с частотой его входных импульсов (рис. 1, б). Поэтому счетчики применяют также в качестве делителей частоты.

Шифратор (называемый также кодером) осуществляет преобразование сигнала в цифровой код, чаще всего десятичных чисел в двоичную систему счисления.

В шифраторе имеется m входов, последовательно пронумерованных десятичным числами (0, 1,2. m — 1), и n выходов. Число входов и выходов определяются зависимостью 2n = m (рис. 2, а). Символ «CD» образован из букв, входящих в английское слове Coder.

Подача сигнала на один из входов приводит к появлению на выходах n-разрядного двоичного числа, соответствующего номеру входа. Например, при подаче импульса на 4-й вход на выходах возникает цифровой код 100 (рис. 2, а).

Для обратного преобразования двоичных чисел в небольшие по значению десятичные числа используются дешифраторы (называемые также декодерами). Входы дешифратора (рис. 2, б) предназначаются для подачи двоичных чисел, выходы последовательно нумеруются десятичными числами. При подаче на входы двоичного числа появляется сигнал на определенном выходе, номер которого соответствует входному числу. Например, при подаче кода 110, сигнал появится на 6-м выходе.

Рисунок 2 – а) УГО шифратора, б) УГО дешифратора

Мультиплексор — устройство, в котором выход соединяется с одним из входов, в соответствии с кодом адреса. Т.о. мультиплексор представляет собой электронный переключатель или коммутатор.

Рисунок 3 – Мультиплексор: а) условно-графическое обозначение, б) таблица состояний

На входы А1, А2 подаётся код адреса, определяющий, какой из входов сигналов будет передан на выход устройства (рис. 3).

Читайте также:  Повышенный коэффициент для тех кто не установил счетчики

Для преобразования информации из цифровой формы в аналоговую применяют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) , а для обратного преобразования — аналого-цифровые преобразователи (АЦП) .

Входной сигнал ЦАП — двоичное многоразрядное число, а выходной — напряжение Uвых, формируемое на основе опорного напряжения.

Процедура аналого-цифрового преобразования (рис. 4) состоит из двух этапов: дискретизации по времени (выборки) и квантования по уровню. Процесс дискретизации состоит из измерения значений непрерывного сигнала только в дискретные моменты времени.

Рисунок 4 – Процесс аналого-цифрового преобразования

Для квантования диапазон изменения входного сигнала подразделяется на равные интервалы — уровни квантования. В нашем примере их восемь, но обычно их намного больше. Операция квантования сводится к определению того интервала, в который попало дискретизированное значение и к присваиванию выходному значению цифрового кода.

Источник

Цифровые счетчики импульсов

Цифровым счетчиком (англ. Counter) импульсов называется устройство, предназначенное для счета числа входных импульсов и фиксирующее это число в двоичном коде.

Счетчики строятся на основе триггеров, поэтому счет импульсов ведется в двоичной системе счисления.

Основными параметрами счетчика являются разрядность п и коэффициент (модуль) счета Ксч. Разрядность п определяется числом двоичных разрядов счетчика, а коэффициент счета Ксч — общим числом комбинаций, которые могут появиться на его выходе.

Максимальное число, которое может зарегистрировать счетчик, определяется выражением Nmax = Ксч — 1, так как в одном из тактов счетчик принимает нулевое состояние.

Классификация. По коэффициенту счета счетчики подразделяются на двоичные, двоично-десятичные и с произвольным коэффициентом счета.

К двоичным относятся счетчики, у которых коэффициент счета определяется соотношением Ксч = 2 п (где п — число разрядов счетчика).

К двоично-десятичным относятся счетчики, у которых коэффициент счета Ксч = 10 1 (где I — число декад в счетчике).

По направлению счета (по характеру производимой арифметической операции) счетчики делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные.

Если при поступлении на вход очередного активного уровня сигнала его содержимое увеличивается на единицу, то такой счетчик называется суммирующим, а если уменьшается на единицу — вычитающим.

Реверсивный счетчик допускает в процессе работы переключение из режима суммирования в режим вычитания и наоборот.

По способу подачи счетных импульсов различают счетчики синхронные (параллельные) и асинхронные.

Счетчик называют синхронным, если состояния всех его выходов устанавливаются в определенные моменты времени, определяемые импульсами синхронизации. У асинхронных счетчиков состояния могут устанавливаться с некоторой задержкой друг относительно друга.

По способу передачи сигналов переноса различают счетчики параллельного, сквозного, последовательного и смешанного типов.

Асинхронный суммирующий двоичный счетчик. В суммирующем счетчике поступление на вход очередного импульса вызывает увеличение на единицу хранимого в счетчике числа. В результате в счетчике устанавливается число, которое получается путем суммирования предыдущего значения с единицей. Это суммирование производится по правилам арифметического сложения в двоичной системе счисления.

На рис. 11.35, а приведена схема четырехразрядного асинхронного суммирующего двоичного счетчика.

Счетчик состоит из последовательно соединенных Т-триггеров DD1.. .DD4. Прямой выход Q предыдущего триггера подключен к Т-входу последующего. Для построения четырехразрядного счетчика используется четыре Т-триггера с динамическим управлением по срезу. Входные импульсы подаются на счетный вход первого триггера. Прямые выходы триггеров Q, Ql5 Q2, Q3 представляют собой выходы счетчика. Каждый выход счетчика представляет собой разряд двоичного кода. Причем выход Q является младшим разрядом счетчика, а выход Q3 — старшим. Счет числа входных импульсов ведется в двоичной системе счисления.

Читайте также:  Как оплачивать электроэнергию по счетчику сбербанк

Триггеры имеют асинхронные инверсные R-входы предварительной установки, которые объединены и представляют собой общий вход R счетчика.

На рис. 11.35, в приведены временные диаграммы, поясняющие работу асинхронного суммирующего двоичного счетчика.

При установочном сигнале R = 0 все триггеры устанавливаются в исходное состояние (сбрасываются). В результате счетчик будет находиться в состоянии сброса, и на выходах счетчика будем иметь Q3 = = Q2 = Qi = Qo = 0- Это состояние будет длиться сколь угодно долго, пока на входе R присутствует лог.О. В течение всего этого времени счетчик не будет реагировать на входные импульсы.

При установочном сигнале R = 1 происходит работа счетчика, которая заключается в следующем.

Срезом каждого входного импульса переключается первый триггер DD 1. Срезом импульса с выхода Q первого триггера DD 1 переключается второй триггер DD2. Срез импульса с выхода Q3 второго триггера DD2 вызывает переключение третьего триггера DD3. И, наконец, срезом импульса с выхода Q2 третьего триггера DD3 переключается четвертый триггер DD4.

Рис. 11.35. Асинхронный суммирующий двоичный счетчик:

а — схема; б — условное обозначение; в — временные диаграммы работы

При поступлении среза 16-го импульса счетчик автоматически обнуляется (переполняется), т.е. на его выходах устанавливается Q3 = Q2 = = Qi = Qo = 0.

Из анализа временных диаграмм построим таблицу переходов (табл. 11.22) суммирующего двоичного счетчика.

Из табл. 11.22 видно, что десятичный эквивалент двоичного кода на выходах счетчика представляет собой количество поступивших на его счетный вход импульсов.

Например, при приходе на вход счетчика среза 9-го импульса на его выходах установится двоичный код 1001, десятинный эквивалент которого будет равен подсчитанному количеству импульсов:

Коэффициент счета данного четырехразрядного двоичного счетчика будет равен Ксч = 2 П = 2 4 = 16, а максимальное число, подсчитанных импульсов — iVmax = Ксч — 1 = 16 — 1 = 15.

После записи максимального числа счетчик автоматически обнуляется и при дальнейшем поступлении на вход импульсов начинается новый цикл счета. Следует отметить, что частота повторения выходного сигнала в i-м разряде в 2 г раза меньше частоты входных импульсов (см. рис. 11.35, в). По этой причине суммирующие счетчики часто также применяются в качестве делителей частоты.

Таблица переходов суммирующего двоичного счетчика

Рассмотренный счетчик является асинхронным, так как триггеры срабатывают не одновременно из-за задержек в последовательном распространении сигнала. На временных диаграммах (см. рис. 11.35, в) эти задержки не показаны.

Такие счетчики часто называют счетчиками с последовательным переносом.

На рис. 11.35, б изображено условное обозначение четырехразрядного суммирующего двоичного счетчика.

Вверху основного поля изображено обозначение СТ2, указывающее на то, что это устройство — двоичный счетчик. Счетчик имеет один счетный вход С с динамическим управлением_по срезу и асинхронный инверсный вход предварительной установки R с активным логическим уровнем лог.О. Счетчик — четырехразрядный, так как имеет четыре выхода, обозначенные цифрами 1, 2, 4, 8, представляющими весовые коэффициенты разрядов двоичного кода. На выходах счетчика нет инверсий (кружочков), следовательно, его выходы — прямые.

Асинхронные суммирующие двоичные счетчики входят в состав некоторых ИМС, например, четырехразрядный двоичный счетчик КР1533ИЕ5.

Асинхронный суммирующий двоично-десятичный счетчик. Двоично-десятичным (десятичным) счетчиком называется счетчик с коэффициентом счета Ксч = 10.

Схему двоично-десятичного счетчика можно получить введением в двоичный счетчик дополнительных логических связей, обеспечивающих его работу в соответствии с двоично-десятичным кодом (bcd- кодом).

На рис. 11.36, а приведена схема асинхронного суммирующего двоично-десятичного счетчика.

Читайте также:  Счетчики minol с импульсным выходом

Схема состоит из двоичного счетчика на Т-триггерах DD1. DD4 (см. рис. 11.36, а) и ЛЭ «И» на DD5 и «ИЛИ-HE» на DD6, обеспечивающих дополнительные логические связи. Входы ЛЭ «И» на DD5 подключены к выходам триггеров на DD2 и DD4, т.е. к выходам счетчика Q2 и Q3 соответственно. Один вход ЛЭ «ИЛИ-HE» на DD6 подключен к выходу ЛЭ DD5, а другой — является внешним входом установки R. При этом выход ЛЭ DD6 соединен с входами R предварительной установки всех триггеров.

На рис. 11.36, в приведены временные диаграммы, поясняющие работу асинхронного суммирующего двоично-десятичного счетчика.

При установочном сигнале R = 0 все триггеры устанавливаются в исходное состояние (сбрасываются) и на выходах счетчика устанавливается Q3 = Q2 = Qi = Qo = 0. В течение всего этого времени счетчик не будет реагировать на входные импульсы.

При установочном сигнале R = 1 происходит работа счетчика, которая заключается в следующем. До прихода на вход счетчика 10-го импульса (среза) счетчик работает как асинхронный суммирующий двоичный счетчик (см. рис. 11.36, в). При поступлении на его вход среза 10-го импульса выходы устанавливаются в состояние Q3 = 1, Q2 = О, Qx = 1, Q = 0, что соответствует двоичному коду 1010. Лог.1 на выходах Q3 и Qx поступают на входы ЛЭ DD5 и устанавливают на его выходе также лог.1. Лог.1 с выхода ЛЭ DD5 поступает на один из входов ЛЭ DD6, что приводит к появлению на его выходе лог.О, который является активным для входов предварительной установки R Т-триггеров DD1. DD4. В результате триггеры сбрасываются, и на выходах счетчика устанавливается

Q.3 = Q2 = Qi = Qo = О-

Таким образом, при поступлении среза 10-го импульса появление лог.1 на выходе Qj совместно с лог.1 выходе Q3 приводит к обнулению счетчика, т.е. на выходах устанавливается Q3 = Q2 = Qi = Qo = 0.

Счетчик также можно сбросить внешним сигналом лог.1 на входе R, появление которого на входе ЛЭ DD6 приводит к появлению на его выходе лог.О и сбросу триггеров.

Puc. 11.36. Асинхронный суммирующий двоично-десятичный счетчик:

а — схема; б — условное обозначение; в — временные диаграммы работы

Из анализа временных диаграмм построим таблицу переходов (табл. 11.23) суммирующего двоичного счетчика.

Из табл. 11.23 видно, что десятичный эквивалент двоичного кода на выходах счетчика представляет собой количество поступивших на его счетный вход импульсов.

Коэффициент счета данного двоично-десятичного счетчика в соответствии с количеством состояний его выходов будет равен Ксч = 10, а максимальное число, подсчитанных импульсов — IVmax = Ксч — 1 = 10 — -1 = 9.

После записи максимального числа счетчик автоматически обнуляется и при дальнейшем поступлении на вход импульсов начинается новый цикл счета.

Рассмотренный счетчик, также как предыдущий двоичный, является асинхронным. На временных диаграммах (рис. 11.36, в) не учтены задержки в распространении сигнала.

На рис. 11.36, б изображено условное обозначение четырехразрядного суммирующего двоичного счетчика.

Вверху основного поля изображено обозначение СТ2/10, указывающее на то, что это устройство — двоично-десятичный счетчик. Счетчик имеет один счетный вход С с динамическим управлением по срезу и асинхронный прямой вход предварительной установки R с активным логическим уровнем лог.1. Счетчик — четырехразрядный, так как имеет четыре выхода, обозначенные цифрами 1, 2, 4, 8, представляющими весовые коэффициенты разрядов двоичного кода. На выходах счетчика нет инверсий (кружочков), следовательно, его выходы — прямые.

Таблица переходов суммирующего двоично-десятичного счетчика

Источник