Ministerul Educației Generale și Profesionale din Federația Rusă
Universitatea Tehnică din Ural
Investigarea contoarelor binare
1. PARTEA TEORETICĂ
Un contor este un dispozitiv, semnale ale căror intrări într-un anumit cod reflectă numărul de impulsuri primite la intrarea de numărare. Declanșatorul de tip T poate servi ca exemplu de contor simplu. Un astfel de număr contează la două. Contorul, format dintr-un lanț de flip-flops, poate număra impulsuri de 2 m într-un cod binar. Fiecare dintre declanșatoarele lanțului se numește contra-bit. Numărul m determină numărul de biți dintr-un număr binar care poate fi scris la contor. Numărul Kc = 2 m este numit coeficientul (modulul) contului.
Informațiile sunt eliminate din ieșirile directe și (sau) inverse ale tuturor declanșatorilor. În pauzele între impulsurile de intrare, declanșatorii își păstrează starea, adică contorul stochează numărul de impulsuri contorizate.
Starea zero a tuturor declanșatorilor este considerată ca fiind starea zero a contorului în ansamblu.
După fiecare ciclu de numărare, ieșirile ultimului declanșator determină scăderea tensiunii. Această proprietate determină al doilea scop al contoarelor: împărțirea numărului de impulsuri de intrare. Dacă semnalele de intrare sunt periodice și urmează cu o frecvență fx. atunci frecvența impulsurilor de ieșire va fi Fout = fxx / Kcc
Contoarele în modul diviziune utilizează semnalul de ieșire al ultimului declanșator, stările intermediare ale celorlalte declanșatoare nu sunt luate în considerare. Orice contor poate fi folosit ca divizor de frecvență. Prin urmare, un astfel de dispozitiv este adesea numit un contor de divideri. Astfel de divizori au un factor de divizare întreg. Baza elementară a microelectronicii moderne permite divizoarele să fie construite cu un coeficient de fisiune fracționată.
Contorul de numere de pe schemele sunt literele CT (de pe contra-contra limba engleză). Dacă este necesar, după simbol, specificați numărul care caracterizează modulul cont, de exemplu, CT2.
Principalii indicatori de performanță: capacitatea și viteza. Capacitatea contorului, numeric egală cu coeficientul de numărare, caracterizează numărul de impulsuri disponibile contului într-un singur ciclu.
Viteza contorului este determinată de puterea de rezolvare a ceasului și de timpul de setare a contra-codului. Rezoluția este timpul minim între două semnale de intrare, în timpul cărora nu există defecțiuni în funcționarea contorului.
Valoarea reciprocă a valorii fmax = 1 / td. se numește frecvența maximă de numărare. Timpul de setare a codului este egal cu timpul dintre sosirea semnalului de intrare și trecerea contorului la o stare stabilă nouă. Proprietățile de timp depind de caracteristicile de timp ale declanșatorilor și de modul în care acestea sunt conectate între ele.
Contoarele digitale sunt clasificate după cum urmează:
Prin factorul de numărare: binar (binar); Binar-zecimal (zece zile) sau cu alt cont; cu un modul constant arbitrar; cu un modul variabil.
În direcția contului: sumare; substractiv; reversibile.
Prin modul de organizare a comunicațiilor interne: cu transfer secvențial; cu transfer paralel; cu transfer combinat; inel.
Pentru un contor binar cu Kc = 2 m. știind numerele de declanșare și starea ieșirilor Q, puteți defini numărul binar înscris în contor
unde m este numărul de declanșator, 2 m-1 este greutatea m-bitului.
Prin introducerea conexiunilor logice suplimentare - înapoi și înainte - contoarele binare pot fi convertite în cele non-binare, pentru care Kc # 2 m. Contoarele zecimale (decadal) cele mai utilizate, care lucrează cu Ksch = 10. Contul zecimal se efectuează în codul zecimal codat binar (binar conform codului contului, zecimal - în funcție de numărul de stări).
Contoarele zecimale sunt organizate din contoare binare cu patru cifre. Sunt excluse șase state prin introducerea conexiunilor suplimentare.
Există două opțiuni pentru construirea scheme: a) trece ciclic scor 0000-1001 și b) starea inițială este de 01102 = 610, iar numărul vine la 11112 = 1510. Prima opțiune este utilizată mai des.
În insumarea fiecare contor de impulsuri de intrare crește numărul scris în contorul 1. După cum se poate observa din tabel, transferul de informații de la un bit la altul, mai mare, are loc atunci când o schimbare de stare apare la 1 la 0.
Contorul de scădere acționează în sens contrar: numărul binar stocat în contor scade cu fiecare impuls de intrare cu 1. Contorul de scădere se revărsează după atingerea stării zero. Transferul de la bitul mic la cel înalt are loc atunci când starea low-order se schimbă de la 0 la 1.
Un contor reversibil poate funcționa ca sumare și scădere. Aceste contoare au intrări suplimentare pentru a specifica direcția contului. Modul de funcționare este determinat de semnalele de control de la aceste intrări. Există contoare și intrări separate pentru sumare și scădere.
Când contorul este folosit ca divizor, direcția contorului nu contează.
Contoarele cu transfer secvențial - un lanț de flip-flops, în care impulsurile care sunt numărate, intră în intrarea declanșatorului 1, iar semnalul de transfer este transferat secvențial de la o descărcare la alta. Aceste contoare utilizează flip-flop-uri asincrone cu control direct sau invers, precum și flip-flopuri JK și D în modul de numărare. Principalul avantaj al contoarelor cu transfer secvențial este simplitatea schemei. Creșteți capacitatea cifrelor (acumularea) prin conectarea numărului dorit de declanșatori la ieșirea ultimului declanșator. Deoarece semnalele de intrare sunt introduse numai în primul flip-flop, un astfel de contor slab încarcă etapa precedentă.
Principalul dezavantaj al contoarelor cu transfer secvențial este viteza relativ scăzută, deoarece declanșatoarele de aici sunt declanșate secvențial, unul câte unul. Un alt dezavantaj din cauza același motiv, este că, din cauza acumulării de timp în schimburi de biți la ieșirile de decodoare astfel de contoare pot apărea impulsuri scurte false, în special vizibile la frecvențe înalte.
Contoarele cu transfer paralel constau din declanșatoare sincrone. Impulsurile de numărare sunt alimentate simultan la toate intrările de ceas, iar fiecare declanșator al lanțului servește ca referință la sursa ulterioară de semnale de informație. Declanșatoarele contorului paralel sunt declanșate sincron, iar întârzierea de comutare a întregului contor este egală cu întârzierea de comutare pentru un declanșator. Contoarele cu transfer paralel sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele de mare viteză.
Contoarele - divizoare, concepute ca produse independente, sunt disponibile în mai multe serii de microcircuite. Nomenclatorul contoarelor se deosebește printr-o mare varietate. Multe dintre ele au proprietăți universale și vă permit să controlați coeficientul și direcția contului, să introduceți numărul inițial înainte de începerea ciclului, să opriți contul prin comandă, să măriți numărul de cifre etc.
Contoarele cu un coeficient de numărare Kc = 2 m reprezintă un lanț succesiv de flip-flops.
Cu ajutorul unui element logic suplimentar, este posibil să se schimbe Ksch (diviziuni) în 2 m-1 Lucrarea unui astfel de contor va fi luată în considerare folosind un exemplu de contor cu Kc = 5. Pentru a obține un astfel de Kcch, 3 declanșatoare sunt suficiente. Se poate observa din tabelul de stat că, după cel de-al 5-lea impuls, contorul va avea o stare de 101. Pentru a organiza feedback-ul și a exclude impulsurile suplimentare prin resetarea contorului la starea inițială. Să trecem trei elemente de nivel înalt ale celor trei declanșatoare de intrare pe cele trei declanșatoare. Numai în acest caz, celula coincidenței unităților AND-NO va da "0" la ieșire, care va reseta declanșatorul în starea inițială.
Un alt exemplu de contor cu Kc = 13. Primul declanșator este declanșat de la fiecare impuls de intrare, adică 1 = 20; a doua - de la fiecare impuls al doilea (2 = 2 1); al treilea - din impulsurile a patra (4 = 2 2); iar al patrulea declanșator este de la fiecare puls al optulea (8 = 2 3). Coeficientul de cont Ksch = = 8 + 13 4 + 1 = 1 * 2 3 + 1 * 2 2 + 0 * 2 1 + 1 * Prin urmare, 2 0 corespunde stare Q3 = Q2 = Q0 = 1. Pentru ciclul contului, DD5 va funcționa o singură dată. Semnalul de ieșire ("0") cu DD5 este alimentat la intrările R ale tuturor declanșatoarelor, inclusiv al doilea declanșator. Aceasta a fost făcută pentru a exclude funcționarea falsă a DD2 după trecerea lui DD1 la starea zero, deoarece Această diferență după cel de-al 13-lea impuls este similară cu un semnal util. Proiectul contorului se reduce la determinarea numărului de declanșatoare, a tipului elementului logic, a organizării conexiunilor dintre declanșatoare și LE.
Atunci când contorul este folosit ca divizor de frecvență, atunci, prin complicarea ușoară a circuitului, este posibil să se obțină impulsuri scurte la ieșire în locul căderii de tensiune obișnuite.
Diagrama formării unui impuls de scurtă durată la ieșirea MS K155IE5 (Kdel = 14) este prezentată în figură.
Setarea zero a contorului are loc în acest caz prin intermediul declanșatorului DD4, DD5. Odată cu apariția următorului impuls de intrare, flip-flop-ul revine la starea inițială.
Impulsurile care ajung pentru numărătoarea ajung la intrarea primului declanșator, dar ies din acesta prin două canale: cu numărarea directă de la ieșirea directă și cu cea inversă. Pentru a controla căile de mișcare, ele servesc elementul NAND. Astfel de celule sunt plasate după fiecare declanșator. Semnalul de control pentru numărătoarea înainte și inversă este zerou logic.
Deci, în cazul în care elementele de intrare DD4.1 și DD4.4 zerouri, acestea sunt blocate și unități logice la ieșirile lor nu au nici un efect asupra elementelor DD4.2 și munca DD5.1 nu are.
În mod similar cu autobuzul +1. Există o mișcare a impulsului în numărarea directă. Să presupunem că pe un potențial ridicat magistrala -1 - „1“ logic, și 1 - „0“ logic, starea inițială a numărătorului 000. primul impuls este o nevoie felie LSB la „1“ (adică ieșirea 8 va PT1 „1 „). La ieșirea DD4.1 va fi „0“, iar DD4.2 de ieșire - potențial ridicat. La intrarea PT2 cu potențial ridicat de schimbare de stat nu va cauza PT2, adică după contorul de impulsuri 1 este în starea 001. puls următor PT1 deversare peste la „0“, DD4.1- la „1“, DD4.2 - „0“ și PT2 - „1“, DD4.4 - în "0", DD5.1 - în "1", adică contorul va fi în stare 010 și așa mai departe.
In mod similar, prin scăderea: bus -1 - „0“ logic pe linia 1 - „1“ logic, DD4.4 ieșirile DD4.1 și - „1“ logic, starea inițială a contorului 111. Impulsurile trec prin celulele de jos.
Printre marea varietate de metri SM poate distinge și 155IE6 155IE7 - BCD și binare Reverse patru contoare de biți.
Intrări C1 și C2 pentru alimentarea impulsuri count, R - pentru a seta la „0“, S - pentru informații pre-înregistrare (S = „0“) este setat declanseaza dezintegrarea P1 la C1 urmelor MS la numărarea până (la trecerea de la 9 la 0 ), "transfer" P2 - în cazul în jos count (în timpul tranziției 0 - 9) de ieșire "de împrumut".
Contor Ring este un registru în care introducerea informațiilor bistabilelor de tip D (sau ambele intrări sau RS-JK declanseaza atunci când sunt aplicate) conectat la ieșire (sau ambele ieșiri) din ultima etapă, pentru a forma un inel închis.
Dacă unul dintre biții din registru pentru a introduce una logică sau zero, atunci unul sau zero cu fiecare impuls de ceas va muta declanșatorul pe trăgaci cu un ciclu egal cu numărul de declanșatoare. Deoarece starea registrului bistabile, cu o singură excepție, la fel, starea activă a descărcării caracterizează în mod unic numărul de intrare impulsuri de ceas, luând în considerare, desigur, numărul de cicluri.
În Fig. 5 prezintă structura logică a unui numărător de cinci cifre.
În Fig. 6 prezintă schema timpului său.
În plus față de declanșatoarele RS (JK), în aceste circuite sunt folosite și flip-flop-uri D. În acest din urmă caz, ieșirile inverse ale declanșatoarelor nu sunt utilizate. Înainte de începerea lucrului, împreună cu introducerea logicii 1 în prima cifră, declanșatoarele rămase sunt setate la zero, deoarece starea pe care o primesc în momentul punerii în funcțiune este imprevizibilă.
Spre deosebire de conversie contoare binare în secvența de cod de impulsuri dorit (de exemplu, octal sau decimal) este prevăzută fără ajutorul decodorului, care este un avantaj de contoare de inel. Fiecare ieșire vine într-o stare activă, cu o frecvență Fout = fvh / m, unde m-numărul de bistabile, adică coeficientul de numărare al contorului de sonerie este numeric egal cu numărul de flip-flops. Deoarece contoarele de sonerii nu conțin elemente logice externe, acestea au o viteză mare.
Contoarele de ring sunt caracterizate de două dezavantaje.
Primul este un consum crescut de declanșatoare și, în consecință, costuri economice și energetice mari. De exemplu, pentru un contor de inel cu un factor de numărare de 16, sunt necesare 16 flip-flops, în timp ce pentru un contor binar patru sunt suficiente.
A doua este probabilitatea eșecului. Dacă interferența se produce sub influența unui transfer eronate anumite declanșează, o astfel de stare, o dată stabilită, nu se repara. Acest dezavantaj este eliminat prin introducerea unui circuit logic corectiv care monitorizează starea declanșatoarelor. Atunci când sunt introduse semnale false, sunt trimise impulsuri la intrare, corectându-se poziția în noul ciclu.
2.1 Studiul funcționării contoarelor binare, un studiu experimental al graficului contra-tranzițiilor
2.2 Un studiu al vitezei contorilor și modalitățile de creștere a acestora