Разработка четырёхразрядного счётчика со сквозным переносо (стр. 3 из 3)
Счетчиком называется устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поступающих на его вход, и фиксации этого числа в виде кода, хранящегося в триггерах. Счетчик относится к последовательным логическим устройствам. Число разрядов счетчика определяется наибольшим числом подсчитываемых импульсов. В счетчиках имеется один вход и n выходов по числу разрядов. Для установки начального состояния счетчика (сброс в ноль) обычно предусматривается вход сброса.
По назначению счетчики могут быть суммирующими, вычитающими и реверсивными.
Суммирующие счетчики производят сложение чисел поступающих на вход импульсов с тем числом, которое хранилось в нем.
Вычитающие счетчики производят вычитание числа поступающего импульса из начального числа, записанного в нем заранее.
Реверсивные счетчики могут производить как сложение, так и вычитание поступающих на вход импульсов в зависимости от управляющих сигналов, меняющих режим работы счетчика.
По способу переноса сигнала в старший разряд счетчики могут быть с последовательным, параллельным и сквозным переносом.
Счетчики отличаются друг от друга кодом, в котором они работают. Код всегда бывает двоичным, но может иметь различные веса разрядов, например вес 8421 или 5211 и т.п., двоично-десятичным, когда значение каждого разряда десятичного числа кодируется двоичным кодом.
Счетчики бывают синхронными, когда счетные импульсы подаются на счетные входы всех триггеров, и асинхронными, когда сигнал на счетный вход какого-либо триггера подается с выхода одного из триггеров младших разрядов.
Счетчики строятся на Т – триггерах или на универсальных JK– триггерах.
Максимальное число, которое может быть записано в счетчике, равно числу его состояний и называется модулем счета Ксч . Счетчик , не имеющий дополнительных связей , имеет модуль счета Ксч = 2n . Счетчики, имеющие модуль счета 2n , называются двоичными. Если Ксч ¹ 2n, то счетчик называется не двоичным. Одним из недвоичных является двоично-десятичный счётчик.
Счетчик со сквозным переносом
разработка и выбор схемы счётчика
Процедуры двоичного и десятичного счета иллюстрируются в таблице. Используя только 4 двоичных разряда (D, С, В и А), мы можем считать от 0000 до 1111 (от О до 15 в десятичной системе). Столбец А таблицы соответствует двоичному разряду единиц или самой младшей значащей цифре. Обычно используется термин "самый младший разряд" (СМР). Столбец D соответствует двоичному разряду восьмерок или старшей значащей цифре. Обычно используется термин "самый старший разряд". Необходимо также обратить внимание, что в столбце единиц цифры изменяются наиболее часто. Если нам нужен счетчик, который считает от 0000 до 1111 (в двоичной системе), у него должно быть 16 различных выходных состояний. Такой счетчик называется счетчиком по модулю 16.
Модуль счетчика - это число различных состояний, через которые проходит счетчик в процессе одного полного цикла счета.
Рис. 9. Логическая схема счетчика по модулю 16
Функциональная схема счетчика по модулю 16, составленного из четырех JK-триггеров, показана на рис. 9. Каждый JK-триггер работает в режиме переключения (J=К=1). Пусть в начальный момент состояния выходов счетчика соответствуют двоичному числу 0000 (счетчик очищен). При поступлении тактового импульса 1 на синхронизирующий вход (CLK) триггера Т1 этот триггер переключается (при прохождении среза импульса) и на индикаторе появляется двоичное число 0001. Тактовый импульс 2 возвращает триггер Т1 в исходное состояние О (Q = 0), что в свою очередь приводит к переключению триггера Т2 в состояние 1 (Q = 1). На индикаторе появляется число 0010.
Счет продолжается: срез сигнала на выходе каждого триггера запускает следующий триггер. Возвращаясь к таблице, мы видим, что цифры (1 или 0) в столбце А (единиц) изменяются на каждом этапе счета. Другими словами, триггер Т1 переключается с приходом каждого нового тактового импульса. Как видно из столбца В, триггер Т2 переключается в 2 раза реже триггера Т1. Вообще каждый более старший разряд в таблице "переключается" в 2 раза реже предыдущего.
| Двоичный счет | Десятичный счет | |||
| D | C | B | A | |
| 8 | 4 | 2 | 1 | |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 2 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 3 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 4 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 5 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 6 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 7 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 8 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 9 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 10 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 11 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 12 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 13 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 14 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 15 |
Тактовые импульсы запускают только триггер Т1, триггер Т1 запускает триггер Т2, триггер Т2 запускает триггер ТЗ и т.д. Поскольку каждый триггер воздействует только на один (следующий за ним) триггер, то для переключения всех триггеров необходимо некоторое время. Например, на импульсе 8, тактовый импульс запускает триггер Т1, вызывая его переключение в состояние 0. Это в свою очередь приводит к переключению триггера Т2 из состояния 1 в состояние 0.
Затем точно так же переключается триггер ТЗ. В момент установки на выходе Q триггера ТЗ уровня логического 0 запускается триггер Т4, который переключается из состояния 0 в состояние 1. Мы видим, что изменение состояний последовательно ("насквозь") распространяется по цепочке триггеров. Поэтому рассматриваемый счетчик называют счетчиком со сквозным переносом.
Счетчик, функциональная схема которого показана на рис. 9, можно назвать не только счетчиком со сквозным переносом, но и счетчиком по модулю 16, 4-разрядным счетчиком или синхронным счетчиком. Каждое из названий характеризует рассматриваемую схему с какой-то одной стороны. Название "счетчик по модулю 16" отражает число различных состояний, "проходимых" счетчиком за один полный цикл счета. Определение "4-разрядный" указывает число двоичных разрядов на выходе счетчика.
Выбор ИМС, с помощью которых реализуется счётчик.
Для реализации счетчика со сквозным переносом, из большого количества ИМС (Например: 54F112DMили 74F112D ) , мною был выбран двойной JK-триггер с установкой единицы, общей установкой нуля и синхронизацией, серийный номер которого: 54F114DM. Так как этот триггер двойной, то для полной реализации четырёхразрядного счётчика достаточно будет двух таких триггеров.
Принципиальная схема ИМС, её описание и основные параметры
Двойной JK-триггер с установкой единицы, общей установкой нуля и синхронизацией
Пояснительная записка
В данном проекте мною был разработан четырёхразрядный счётчик со сквозным переносом. Для реализации этого счётчика мною бил выбран двойной JK-триггер с установкой единицы, общей установкой нуля и синхронизацией - 54F114DM. Данная микросхема представляет собой два тактируемых JK триггера с установкой в 0 и 1 (выводы R и S). Считывание информации со входов J и Kпроисходит во время положительного перепада на входе С, а на выходы она передаётся во время отрицательного перепада. Логические уровни на J и K не должны изменятся пока на С высокий уровень.
В этом счётчике перенос передаётся не последовательно от одного счётчика к другому, а образуется при помощи логических схем, связанных с выходами триггеров счётчика, т. е. одновременно (параллельно), что даёт возможность не тратить дополнительного времени.
Литература
-Скаржепа В.А.: «Электроника и микросхемотехника», Киев, Выща школа, 1989.
- Шульгин О.А.: «Справочник по цифровым логическим микросхемам», Москва,Homecomputer ,1998.