A bináris számlálók tanulmányozói tanulmányozása
Az Orosz Föderáció Általános és Szakmai Oktatási Minisztériuma
Ural Állami Műszaki Egyetem
Bináris számlálók vizsgálata
1. ELMÉLETI RÉSZ
A számláló egy olyan eszköz, amelynek jelzései egy adott kódban a számlálási bemeneten kapott impulzusok számát tükrözik. A T-típusú trigger egy egyszerű számláló példaként szolgálhat. Az ilyen számlálónak kétnek kell lennie. A m-flip-flop lánc által létrehozott számláló 2 m-es impulzusokat számíthat bináris kódra. A lánc mindegyik triggerjét számláló bitnek nevezik. Az m szám határozza meg a számlálóhoz írható bináris szám bitjeinek számát. A szám Kc = 2 m a számla együtthatója (modulja).
Az információ az összes trigger közvetlen és (vagy) inverz kimenetéből törlődik. A bemeneti impulzusok közötti szünetekben az aktiválók megtartják állapotukat, vagyis az ellenfél a számlált impulzusok számát tárolja.
Az összes trigger nulla állapota a számláló nulladik állapota.
A számlálás minden ciklusa után az utolsó trigger kimenetei feszültségcsökkenést okoznak. Ez a tulajdonság határozza meg a számlálók második célját: a bemeneti impulzusok számának elosztásával. Ha a bemeneti jelek periodikusak, és kövessük az fx frekvenciával. akkor a kimeneti impulzusok frekvenciája fout = fxx / Kcc lesz
A szétválasztási üzemmódban lévő pultok csak az utolsó indítójel kimeneti jeleit használják, a többi triggerek köztes állapotát nem veszik figyelembe. Bármely pult használható frekvenciaosztóként. Ezért ilyen eszközt gyakran osztó-számlerként neveznek. Az ilyen osztóknak egész szám szerinti megosztási tényezőjük van. A modern mikroelektronika elemi alapja lehetővé teszi, hogy a osztók egy részleges hasadási együtthatóval épüljenek fel.
A sémák szimbolikus számlálója a CT betűk (angol számláló). Ha szükséges, a szimbólum után adja meg a számla modul karakterláncszámát, például a CT2-et.
A fő teljesítménymutatók: kapacitás és sebesség. A számláló együtthatóval számláló számlálóteljesítmény a ciklusban rendelkezésre álló impulzusok számát jellemzi.
A számláló sebességét az óra felbontó ereje és a számláló kód beállítása határozza meg. A felbontás két bemeneti jel közötti minimális idő, melynek során a mérőműszer működésében nincsenek hibák.
Az érték reciprocális értéke fmax = 1 / td. a maximális számlálási frekvencia. A kód beállításához szükséges idő megegyezik a bemeneti jel érkezésének és a számláló átmenetének új állandósultsága közötti idővel. Az idő tulajdonságok a triggerek időjellemzőitől és az egymáshoz való csatlakoztatás módjától függenek.
A digitális mérők az alábbiak szerint kerülnek besorolásra:
Számolási tényezővel: bináris (bináris); Bináris-tizedes (tíz nap) vagy egy másik számla alapon; önkényes állandó modulussal; változó modullal.
A számla irányában: összegzés; szubtraktív; visszafordítható.
A belső kommunikáció megszervezésének módja: szekvenciális átvitel; párhuzamos átvitel; kombinált átruházással; gyűrűt.
Kicsi számlálóval Kc = 2 m. a trigger számok és a Q kimenetek állapotának ismeretében meghatározhatja a számlálóban írt bináris számot
ahol m az indítószám, 2 m-1 az m-bit súlya.
További logikai kapcsolatok bevezetésével - visszafelé és előre - a bináris számlálók nem binárisakká alakíthatók, amelyekhez Kc # 2 m. A legszélesebb körben használt decimális (decadal) számlálók, a szokásos Ksch = 10 értékkel. A tizedesjegyet a bináris kódolású decimális kódban végezzük el (bináris számla kód szerint, decimális - az államok számának megfelelően).
A tizedes számlálók négyjegyű bináris számlálókból állnak. A hat többletet kizárják további kapcsolatok bevezetésével.
Két lehetőség van a sémák létrehozására: a) a számlálási ciklusok a 0000-ról 1001-re és b) a kezdeti állapot 01102 = 610 és a számlálás legfeljebb 11112 = 1510. Az első opciót gyakrabban használják.
Az összegzőszámlálóban minden bemeneti impulzus növeli a számlálóban lévõ számot 1-tel. A táblázatból következõen az információ átadása egy felszabadulástól a másikig magasabb, ha az állapot 1-rõl 0-re változik.
A kivonó számláló ellentétes módon működik: a számlálóban tárolt bináris szám csökken minden egyes bejövő impulzussal 1-nél. A kivonási számláló a nulla állapot elérése után túlcsordul. Az alacsony és a nagy bit közötti átvitel akkor következik be, ha az alacsony rendű állapot 0-ról 1-re változik.
A reverzibilis számláló összegzésként és kivonásként működhet. Ezek a számlálók további bemenettel rendelkeznek a fiók irányítására. A működési módot a vezérlőjelek határozzák meg ezeken a bemeneteken. Vannak számlálók és külön bemenetek az összegzéshez és a kivonáshoz.
Ha a számlálót osztóként használják, a számlálás iránya nem számít.
A szekvenciális átvitelű számlálók - a flip-flopok lánca, amelyekben a számlálandó impulzusok belépnek az 1 ravasz bemenetbe, és az átviteli jel egymás után átadásra kerül egy lemerülésből a másikba. Ezek a számlálók használt aszinkron T kiváltja akár közvetlen inverz szabályozás és JK- és D-flip-flop a számláló üzemmódban. A szekvenciális átvitelű számlálók fő előnye a rendszer egyszerűsége. Növelje a számjegyek kapacitását (felhalmozódás) azáltal, hogy összekapcsolja a triggerek számát az utolsó trigger kimenetével. Mivel a bemeneti jelek csak az első flip-flopra vannak bemenve, egy ilyen számláló alacsonyan terheli az előző lépést.
A szekvenciális átvitelű számlálók fő hátránya a viszonylag alacsony sebesség, mivel az itt indított triggerek egymás után változnak. Egy másik hátrány miatt Ugyanebből az okból, hogy mivel a felhalmozási idő eltolódik a bitek a kimenetek dekóder, mint számlálók tűnhet hamis rövid impulzusok, különösen észrevehető nagy frekvenciákon.
A párhuzamos átvitellel rendelkező számlálók szinkron triggerekből állnak. A számláló impulzusokat egyidejűleg tápláljuk minden órajel bemenetére, és a lánc mindegyik aktiválója hivatkozik az ezt követő információs jelforrásra. A párhuzamos számláló triggerjei szinkronban indulnak el, és a teljes számláló kapcsolási késleltetése megegyezik egy kapcsoló késleltetésével. A párhuzamos átvitellel rendelkező számlálókat széles körben használják a nagysebességű készülékekben.
A független termékekhez tervezett pultok - elválasztók sok mikrokóp-sorozat részeként állnak rendelkezésre. A számlálók nómenklatúráját nagy különbség jellemzi. Sok közülük univerzális tulajdonságokkal rendelkezik, és lehetővé teszi a számla együtthatójának és irányának ellenőrzését, a ciklus kezdete előtt írja be a kezdeti számot, állítsa le a fiókot parancs szerint, növelje a számjegyek számát stb.
A Kc = 2 m számlálási együtthatóval rendelkező számlálók egymás utáni m flip-flop láncot képviselnek.
Egy további logikai elem segítségével lehetőség van a Ksch (osztások) 2 m-1-ben történő változtatására Az ilyen számláló munkáját egy Kc = 5 számlálóval rendelkező számláló példáján keresztül kell figyelembe venni. Az ilyen Kcch megszerzéséhez elegendő 3 trigger. Az állapotok táblázatából látható, hogy az 5. impulzus után a számláló 101-es állapotban van. A visszacsatolás megszervezése és az extra impulzusok kizárása a számláló alaphelyzetbe állításával. Hagyjuk át a három bemeneti aktiváló három magas szintű elemét mindhárom indítón. Csak ebben az esetben az AND-NO egységek egybeesésének cellája adja a "0" értéket a kimeneten, ami alaphelyzetbe állítja a triggert.
Egy másik példa a Kc = 13 számlálóval. Az első trigger minden egyes bemeneti impulzusból indul ki, azaz. 1 = 2 0; a második - minden második impulzustól (2 = 2 1); a harmadik - a negyedik impulzusból (4 = 2 2); és a negyedik trigger minden nyolcadik impulzustól (8 = 2 3). A számlázási együttható Kc = 13 = 8 + 4 + 1 = 1 * 2 3 + 1 * 2 2 + 0 * 2 1 + 1 * 2 0 megfelel tehát az állapotnak Q 3 = Q 2 = Q 0 = 1. A fiókciklus esetében a DD5 csak egyszer mûködik. A DD5 kimenőjelet ("0") az összes trigger R-bemenetére táplálja, beleértve a 2. triggeret is. Ez azért történt, hogy kizárják a DD2 hamis műveletét a DD1 nullára történő átállása után, mert Ez a különbség a 13. impulzus után hasonló a hasznos jelhez. A számláló kialakítása csökkenti a triggerek számát, a logikai elem típusát, a triggerek és a LE közötti kapcsolatok szervezését.
Amikor a számlálót frekvenciaosztóként használják, akkor az áramkör kicsit bonyolultabbá válásával a kimeneten rövid impulzusokat lehet elérni a szokásos feszültségcsökkenés helyett.
Az MS K155IE5 (Kdel = 14) kimenetén egy rövid idejű impulzus képződésének diagramját az ábra mutatja.
Ebben az esetben a számláló nullázása a DD4, DD5 triggerrel történik. A következő bemeneti impulzus érkezésével a flip-flop visszatér eredeti állapotához.
A számlálóhoz érkező impulzusok az első trigger bemenetére jutnak, de két csatornán keresztül jönnek létre: közvetlen számlálás a közvetlen kimenetből, fordított a fordított. A mozgás útjának szabályozásához a NAND elemet szolgálják. Az ilyen sejteket minden egyes trigger után elhelyezik. Az előremeneti és fordított számláláshoz tartozó vezérlőjel logikai nullák.
Tehát, ha a DD4.1 és DD4.4 elemek bemenetei blokkolva vannak, a logikai egységek a kimeneteikben nincsenek hatással a DD4.2 és DD5.1 elemek működésére.
Hasonlóan a +1 buszhoz. A pulzus mozgása közvetlen számlálással történik. Tegyük fel, hogy a magas potenciális busz -1 - logikai „1”, és az 1 - „0” logikai, a kezdeti állapot a számláló 000. Az első impulzus egy szelet igényeinek LSB „1” (azaz, a kimeneti 8 nyíláson PT1 „1 „). A DD4.1 kimeneten "0" lesz, és a DD4.2 - nagy potenciál kimenetén. A DD2 bemeneténél a DD2 állapotának változásának nagy potenciája nem okoz, azaz 1. után impulzusszámláló állapotban van 001. A következő impulzus PT1 átterjednek „0”, DD4.1- „1”, DD4.2 - „0” és a PT2 - „1”, DD4.4 - a "0", DD5.1 - az "1" -ban, azaz. a számláló 010-es állapotban lesz, és így tovább.
Hasonlóképpen, kivonva: busz -1 - „0” logikai on line 1 - logikai „1”, a kimenetek DD4.1 DD4.4 és - a logikai „1”, a kezdeti állapot számláló 111. Az impulzusokat áthaladjon az alsó sejtek.
Az MS számlálók széles skálája közül a 155IE6 és a 155IE7 bináris tizedes és bináris négybites fordított számlálók különböztethetők meg.
Bemenetek C1 és C2 ellátására impulzusok számlálására, R - a beállítása „0”, S - a pre-információ rögzítésére (S = „0”) van beállítva kiváltja a bomlási P1 C1 trace MS amikor a számláló felfelé (a átmenet 9-0 ), "átvitel" P2 - fordított számláláskor (0-tól 9-ig), a "kölcsön" kimenetén.
Ring számláló egy regisztert, amelyben az információs bemeneti D-típusú flip-flop (vagy mindkét bemenet JK- vagy RS-kiváltó alkalmazva) kimenetére csatlakoztatott (vagy mindkettő kimenetek) az utolsó szakaszban, hogy egy zárt gyűrűt alkotva.
Ha egy logikai egységbe vagy nullára írja be a regiszter számjegyeinek valamelyikét, akkor ez az egység vagy nullával minden óraimpulzusnál a triggertől a triggerig mozog a ciklus, amely megegyezik a flip-flopok számával. Mivel az összes regiszterindító állapota - az egyik kivételével - ugyanaz, a lefutás aktív állapota egyedileg jellemzi a bemeneti óraimpulzusok számát, figyelembe véve természetesen a ciklusok számát.
Az 1. ábrán. Az 5. ábra egy ötjegyű gyűrűs számláló logikai struktúráját mutatja.
Az 1. ábrán. A 6. ábrán az idődiagram látható.
Az RS (JK) triggerek mellett D-flip-flopokat is használnak ilyen áramkörökben. Ez utóbbi esetben a triggerek inverz kimenetei nem használatosak. A munka megkezdése előtt, a logikai 1 bevitelével az első számjegyre, a fennmaradó triggerek nullára vannak állítva, mivel a bekapcsolás pillanatában kapott állapot kiszámíthatatlan.
A bináris számlálóktól eltérően egy impulzusszekvencia átalakítása a kívánt kódra (például oktális vagy decimális) itt található, anélkül, hogy egy dekódert használna, ami a gyűrűszámlálók előnye. Minden kimenet aktív állapotba kerül, amelynek frekvenciája fout = fhh / m, ahol m az aktiválók száma, azaz. a gyűrűszámláló számlázási együtthatója számszerűen megegyezik a flip-flopok számával. Mivel a gyűrűs számlálók nem tartalmaznak külső logikai elemeket, nagy sebességük van.
A gyűrűs számlálókat két hátrány jellemzi.
Az első a megnövekedett fogyasztás a kiváltók, és ennek megfelelően a nagy gazdasági és energia költségek. Így például egy 16 számláló tényezőjű gyűrűs számlálóhoz 16 flip-flopra van szükség, míg egy bináris számlálónál négy elegendő.
A második a kudarc valószínűsége. Ha az interferencia hatására az egyes triggerek hibás átadása történik, akkor ez az állapot, ha létrejön, önmagában nem javítható. Ezt a hátrányt kiküszöböli egy olyan korrekciós logikai áramkör bevezetésével, amely figyeli a triggerek állapotát. Amikor hamis jeleket adnak be, impulzusokat küld a bemenetre, javítva a pozíciót az új ciklusban.
2.1 A bináris számlálók működésének vizsgálata, a számláló átmenet grafikonjának kísérleti vizsgálata
2.2 A számlálók sebességének tanulmányozása és annak növelése