Что такое счетчик в информатике кратко
Обновлено: 02.07.2024
Счетчиком называется логическая схема, в которой состояние выходных переменных соответствует количеству поступивших на вход импульсов. Каждая выходная переменная счетчика считается двоичным разрядом, а все множество выходных переменных отображает результат счета в двоичной системе счисления.
Пример реализации счетчика на четыре разряда:
Временная диаграмма работы счетчика на четыре разряда:
Если мысленно развернуть эту диаграмму по часовой стрелки на 90?, исключить повторяющиеся комбинации, то 4-битовые числа по горизонтали будут соответствовать десятичным числам от 0 до 15 или количеству поступивших на вход импульсов.
Счетчик импульсов — это последовательностное цифровое устройство, обеспечивающее хранение слова информации и выполнение над ним микрооперации счета, заключающейся в изменении значения числа в счетчике на 1. По существу счетчик представляет собой совокупность соединенных определенным образом триггеров. Основной параметр счетчика — модуль счета. Это максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счетчиком.
Счётчики используются для построения таймеров или для выборки инструкций из ПЗУ в микропроцессорах. Они могут использоваться как делители частоты в управляемых генераторах частоты (синтезаторах). При использовании в цепи ФАП счётчики могут быть использованы для умножения частоты как в синтезаторах, так и в микропроцессорах. Счетчики импульсов - непременные узлы электронных часов, микрокалькуляторов, частотомеров и многих других приборов и устройств цифровой техники. Основой их служат триггеры со счетным входом. По логике действия и функциональному назначению счетчики импульсов подразделяют на цифровые счетчики и делители частоты. Первые из них обычно называют просто счетчиками.
Простейшим одноразрядным счетчиком импульсов может быть JK-триггер и D-триггер, работающий в счетном режиме. Он считает входные импульсы по модулю 2-каждый импульс переключает триггер в противоположное состояние. Один триггер считает до двух, два соединенных последовательно считают до четырех, n триггеров - до 2 n импульсов. Результат счета формируется в заданном коде, который может храниться в памяти счетчика или быть считанным другим устройством цифровой техники-дешифратором.
Счетчики импульсов классифицируют
по модулю счета:
- двоично-десятичные;
- двоичные;
- с произвольным постоянным модулем счета;
- с переменным модулем счета;
по направлению счета:
- суммирующие;
- вычитающие;
- реверсивные;
по способу формирования внутренних связей:
- с последовательным переносом;
- с параллельным переносом;
- с комбинированным переносом;
- кольцевые.
Двоичные асинхронные счётчики
Простейший вид счётчика - двоичный может быть построен на основе T-триггера. T-триггер изменяет своё состояние на прямо противоположное при поступлении на его вход синхронизации импульсов. Для реализации T-триггера можно воспользоваться универсальным D-триггером с обратной связью, как это показано на рисунке 1.
Рис. 1 - Построение счетного T-триггера на универсальном D-триггере.
В этой схеме, так как на вход триггера подается сигнал с инверсного выхода микросхемы, при поступлении тактовых импульсов сигнал на выходе будет меняться с 0 на 1 и наоборот. Временная диаграмма сигналов на входе и выходах триггера приведена на рисунке 2.
Рис. 2 - Временная диаграмма работы T-триггера
Таким образом у нас появился счётчик, считающий до двух. Обычно требуется посчитать количество импульсов, которое больше двух. В этом случае можно использовать выходной сигнал счетного триггера как входной сигнал для следующего триггера, то есть соединить триггеры последовательно. Так можно построить любой счётчик, считающий до максимального числа, кратного степени два.
Схема счётчика, позволяющего посчитать до 16 импульсов приведена на рисунке 3, а временная диаграмма сигналов на входе и выходах этого счётчика приведена на рисунке 4.
Рис. 3 - Схема четырёхразрядного счётчика, построенного на универсальных D-триггерах.
Рис. 4 - Временная диаграмма четырёхразрядного счётчика.
Как видно из временной диаграммы, на выходах этого двоичного счётчика последовательно появляются цифры от 0 до 15. Естественно эти цифры записаны в двоичном виде. Они приведены в таблице 1. То есть, при поступлении на счётный вход очередного импульса, содержимое счётчика увеличивается на 1. Поэтому такие счётчики получили название суммирующих двоичных счётчиков.
| Номер входного импульса | Q3 | Q2 | Q1 | Q0 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 2 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 3 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 4 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 6 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 7 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 8 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 9 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 10 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 11 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 12 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 13 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 14 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 15 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Существуют готовые микросхемы асинхронных двоичных счётчиков. Классическим примером такого счётчика является микросхема 555ИЕ5. Её изображение на принципиальных схемах приведено на рисунке 5. В этой микросхеме существует вход обнуления микросхемы R, который позволяет записать во все триггеры счётчика нулевое значение.
Рис. 5 - Четырёхразрядный двоичный счётчик.
Двоичные вычитающие асинхронные счётчики
Счётчики могут не только увеличивать своё значение на единицу при поступлении на вход импульсов но и уменьшать его. Такие счётчики получили название вычитающих счётчиков. Для реализации вычитающего счётчика достаточно чтобы T-триггер срабатывал по переднему фронту входного сигнала. Это можно осуществить инвертированием этого сигнала. В схеме, приведенной на рисунке 6, для реализации вычитающего счётчика сигнал на входы последующих триггеров подаются с инверсных выводов предыдущих триггеров.
Рис. 6 - Схема четырёхразрядного двоичного вычитающего счётчика на универсальных D-триггерах.
Временная диаграмма этого счётчика приведена на рисунке 7. По этой диаграмме видно, что при поступлении на вход счётчика первого же импульса на выходах появляется максимально возможное для четырёхразрядного счётчика число 15. При поступлении следующих импульсов содержимое счётчика уменьшается на единицу. Этот процесс продолжается до тех пор, пока содержимое счётчика не станет вновь равно 0.
Рис. 7 - Временная диаграмма четырёхразрядного вычитающего счётчика.
Все возможные состояния сигналов на выходах счётчика при поступлении импульсов на вход микросхемы приведены в таблице 2.
| Номер входного импульса | Q3 | Q2 | Q1 | Q0 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 2 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 3 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 4 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 5 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 6 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 7 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 8 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 9 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 10 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 11 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 12 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 13 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 14 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 15 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Для тех, кто привык работать с реально выпускаемыми микросхемами, следует обратить внимание, что для примера были использованы D-триггеры, работающие по заднему фронту. Микросхемы 1533ТМ2 (два D-триггера в одном корпусе) срабатывают по переднему фронту, поэтому схемы для суммирующего и вычитающего счётчика поменяются местами.
Недвоичные счётчики с обратной связью.
Если посмотреть на временную диаграмму сигналов на выходах двоичного счётчика, приведённого на рисунке 4, то можно увидеть, что частота сигналов на его выходах будет уменьшаться в два раза по отношению к предыдущему выходу. Это позволяет использовать счетчики в качестве делителей частоты входного сигнала. Эти делители частоты могут быть использованы в устройствах формирования высокостабильных генераторов частоты (синтезаторов частот). Частоты могут быть использованы либо для синхронизации цифровых устройств (в том числе и микропроцессоров) либо в качестве задающих генераторов радиоприёмных и радиопередающих устройств.
При использовании цифровых счётчиков в качестве устройств формирования опорных частот может потребоваться обеспечить коэффициент деления, отличающийся от степени числа 2. Ещё одна ситуация, когда необходимо применять недвоичные счётчики возникает при отображении информации, записанной в счётчике. Человек, который работает с электронной техникой, привык работать с десятичной системой счисления, поэтому возникает необходимость отображать хранящееся в счётчике число в непосредственно десятичном виде. Это намного проще сделать, если и счет вести сразу в двоично-десятичном коде. Иначе для индикации потребуется перекодировать информацию из двоичного в двоично-десятичный код.
Построить недвоичный счётчик можно из двоичного за счёт выбрасывания лишних комбинаций единиц и нулей. Это может быть осуществлено при помощи обратной связи. Для этого при помощи дешифратора определяется число, соответствующее коэффициенту счёта, и сигнал с выхода этого дешифратора обнуляет содержимое двоичного счётчика. В качестве примера на рисунке 8 приведена схема двоично-десятичного счётчика.
Рис. 8 - Схема десятичного счётчика, построенного на основе двоичного счётчика.
В этой схеме дешифратор построен на двухвходовой схеме "2И", входящей в состав микросхемы двоичного счётчика. Дешифратор декодирует число 10 (1010 в двоичной системе счисления). В соответствии с принципами построения схем по произвольной таблице истинности для построения дешифратора требуется ещё два инвертора, подключённых к выходам 1 и 4. Однако после сброса счётчика числа, большие 10 никогда не смогут появиться на выходах микросхемы. Поэтому схема дешифратора упрощается и вместо четырёхвходовой схемы "4И" можно обойтись двухвходовой схемой. Инверторы тоже оказываются лишними.
При использовании счётчиков в качестве делителей частоты тоже можно воспользоваться обратной связью. Приведём в качестве примера схему делителя частоты на 1000. При разработке делителя прежде всего определим сколько потребуется микросхем двоичных счётчиков. Для этого определим степень числа 2, при которой число M=2 n будет больше требуемого числа 1000. Это будет число 10. При возведении основания системы счисления 2 в 10 степень получится число 1024. То есть, при использовании для построения делителя частоты непосредственно триггеров, достаточно будет десяти триггеров. Однако обычно для построения делителей частоты используют готовые двоичные счётчики, поэтому определим необходимое количество микросхем двоичных счётчиков. При использовании четырёхразрядных двоичных счётчиков достаточно будет трёх микросхем, так как в трёх микросхемах будет 3*4=12 триггеров, что заведомо больше минимального числа триггеров.
Следующим этапом построения делителя частоты будет перевод коэффициента деления 1000 в двоичное представление. Десятичное число 1000 в двоичном виде будет выглядеть как 0011 1110 1000. В этом числе шесть единиц, поэтому для построения делителя будет достаточно шестивходовой схемы "И". Однако такие схемы не выпускаются, поэтому воспользуемся микросхемой "8И-НЕ". Неиспользуемые входы этой микросхемы подключим к питанию. Ненужную нам инверсию сигнала скомпенсируем дополнительным инвертором. Получившаяся схема делителя на 1000 приведена на рисунке 9.
Рис. 9 - Схема делителя на 1000, построенного на основе трёх двоичных счётчиков.
При использовании счётчиков в составе синтезаторов частот может потребоваться формирование целого диапазона частот. В этом случае делитель должен обладать возможностью изменения коэффициента деления (ДПКД). При использовании обратной связи для этого потребуется полный дешифратор и переключатели его выходов на вход сброса счётчика. Схема при этом получается сложной, а управление неудобным. Пример двухразрядного делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД), построенного на десятичных счётчиках приведён на рисунке 4.
Рис. 10 - Схема делителя с переменным коэффициентом деления с максимальным коэффициентом деления 100,
построенного на основе двух десятичных счётчиков.
Счётчики относятся к функциональным узлам последовательностного типа, логическое состояние которых определяется последовательностью поступления входных сигналов. Счётчики применяются в различных цифровых устройствах. Назначение счётчика очевидно: это подсчёт числа некоторых событий или временных интервалов, либо упорядочение событий в хронологической последовательности. Счётчики могут выполнять и другие функции, например, их можно использовать для адресации, в качестве делителей частоты и элементов памяти.
Счётчик характеризуются прежде всего модулем счёта (ёмкостью) М. Он переходит при поступлении входных сигналов из состояния в состояние, после каждых М сигналов возвращаясь к началу цикла. Счётчики классифицируют по значению модуля, направлению счёта, способу организации межразрядных связей, по способу подачи тактового импульса.
По значению модуля счёта различают двоичные (М=2n), двоично-кодированные (с произвольным модулем, но кодированием состояний двоичными кодами), счётчики с одинарным кодированием и др.
По направлению счёта счётчики делят на суммирующие (прямого счёта), вычитающие (обратного счёта) и реверсивные (с изменением направления счёта).
По способу организации межразрядных связей различают счётчики с последовательным, параллельным и комбинированными переносами. Параллельные счётчики называют синхронными, а последовательные - асинхронными.
Цифровую схему, выполняющую функцию счёта, можно собрать из триггеров. Рассмотрим некоторые схемы счётчиков.
Счётчики со сквозным переносом
Процедура двоичного и десятичного счёта показана в табл. 13.1. Используя 4 двоичных разряда (D, C, B и A) можно считать от 0000 до 1111 (от 0 до 15 в десятичной системе). Столбец А соответствует самому младшему разряду, а столбец D самому старшему разряду. Если нужен счётчик, который считает от 0000 до 1111 (в двоичной системе), у него должно быть 16 различных выходных состояний, т.е. нужен счётчик с модулем 16. На рис.13.1 показана схема счётчика по модулю 16, составленная из 4 JK‑триггеров. Каждый JK‑триггер работает в режиме переключения (J=K=1). Пусть в начальный момент состояние выходов счётчика соответствует двоичному числу 0000 (счётчик очищен). При поступлении тактового импульса 1 на синхронизирующий вход (C) триггера T1 этот триггер переключается (при прохождении среза импульса) и на индикаторе появляется двоичное число 0001. Тактовый импульс 2 возвращает триггер T1 в исходное состояние 0 (Q=0), что в свою очередь приводит к переключению триггера T2 в состояние 1 (Q=1). На индикаторе появится число 0010. Счёт продолжается: срез сигнала на выходе каждого триггера запускает следующий триггер.
Таблица двоичного и десятичного счета
Рис.13.1. Схема счетчика по модулю 16
На рис.13.2 показаны временные диаграммы при работе счётчика в процессе счёта до 10 (двоичное число 1010).
Рис.13.2. Временные диаграммы работы счетчика по модулю 16
Синхронизирующему входу состветствует верхняя диаграмма. Диаграммы для выходов Q триггеров T1, T2, T3, T4 приведены ниже. Под диаграммами указаны двоичные числа, соответствующие различным состояниям счётчика. Из рис.13.2 видно, что тактовые импульсы запускают только триггер T1, триггер T1 запускает триггер T2, триггер T2 запускает триггер T3 и т.д. Каждый триггер воздействует только на один (следующий за ним триггер), поэтому для переключения всех триггеров необходимо некоторое время. Например, на импульсе 8 (рис.13.2) тактовый импульс запускает триггер T1, вызывая его переключение в состояние 0. Это в свою очередь приводит к переключению триггера T2 из состояния 1 в состояние 0. Затем точно также переключается T3. В момент установки на выходе Q триггера T3 уровня логического 0 запускается триггер T4, который переключается из состояния 0 в состояние 1. Таким образом, изменение состояний последовательно распространяется по цепочке триггеров. Рассматриваемый счётчик называют счётчиком со сквозным переносом. Кроме этого данный счётчик можно назвать асинхронным, поскольку предыдущий триггер вырабатывает для последующего тактовые импульсы. По направлению счёта счётчик, изображённый на рис.13.1 является суммирующим (прямого счёта).
Асинхронные счётчики по модулю 10
Счётчик по модулю 10 считает от 0000 до 1001 (от 0 до 9 в десятичной системе), т.е. до черты в табл.13.1. Для построения такого счётчика трёх триггеров недостаточно (10>23), поэтому он содержит 4 триггера, но имеет обратные связи, останавливающие счёт при коде 9=1001. На рис.13.3 показана схема счётчика по модулю 10, в которую кроме 4 триггеров включён логический элемент И‑НЕ, для установки всех триггеров в нулевое состояние (очистки счетчика) с приходом десятого импульса.
Рис.13.3. Схема асинхронного счетчика по модулю 10
Рассмотрим принцип работы данной схемы (рис.13.3). Из табл.13.1 видно, что за числом 1001 следует 1010 (10 в десятичной системе). При подаче логической 1, содержащейся в разрядах двоек и восьмерок двоичного числа 1010, на входы элемента И‑НЕ, этот элемент подаст логический 0 на входы R четырех триггеров. Таким образом, все триггеры установятся в состояние 0 и счетчик снова начинает считать от 0000 до 1010. Подобное использование логического элемента И‑НЕ позволяет создать счетчики с некоторыми другими значениями модуля. Счетчик, изображенный на рис.13.3 называют также декадным (десятичным) счетчиком.
В синхронных счетчиках все триггеры получают тактовый импульс одновременно, поскольку тактовые входы их соединяются параллельно. Такие триггеры переключаются практически одновременно. В асинхронных счетчиках каждый триггер вносит в процесс счета определенную задержку, поэтому младшие разряды результирующего кода появляются на выходах триггеров не одновременно, т.е. несинхронно с соответствующим тактовым импульсом. Например, для четырехразрядного асинхронного счетчика код 1111 появится на выходах триггеров уже после того, как поступит шестнадцатый тактовый импульс. Код 1111 сформируется не одновременно.
Рассмотрим схему 3‑разрядного счетчика по модулю 8 (рис.13.4). Все синхронизирующие входы триггеров (C) соединены параллельно, тактовые импульсы поступают непосредственно на синхронизирующий вход каждого триггера.
Рис.13.4. Схема синхронного счетчика по модулю 8
Последовательность двоичных чисел, проходимая счетчиком за один цикл счета (счетная последовательность) приведена в табл.13.2.
Счетная последовательность импульсов
Рассмотрим принцип работы данного счетчика в течение одного цикла счета. На каждом шаге цикла входной импульс поступает на синхронизирующий вход каждого триггера.
Импульс 1 — строка 2 табл.13.2. Переключается только триггер T1, поскольку только у него на входах J и K действует уровень логической 1. T1 переходит из состояния 0 в состояние 1.
Результат: на выходе счетчика 001.
Импульс 2 — строка 3. Переключаются два триггера T1 и T2, поскольку на входах J и K этих триггеров действует уровень логической 1. T1 переходит из состояния 1 в состояние 0, T2 — из состояния 0 в состояние 1.
Результат: на выходе 010.
Импульс 3 — строка 4. Переключается только один триггер. T1 переходит из состояния 0 в состояние 1. T2 не переключается, поскольку на входах J и K действует уровень логического 0.
Результат: на выходе 011.
Импульс 4 — строка 5. Все триггеры меняют свое состояние на противоположное. T1 и T2 переходят из 1 в 0. T3 переключается из 0 в 1.
Результат: на выходе 100.
Импульс 5 — строка 6. Триггер T1 переходит из состояния 0 в состояние 1.
Результат: на выходе 101.
Импульс 6 — строка 7. Переключаются два триггера. T1 переходит из 1 в 0, T2 - из 0 в 1.
Результат: на выходе 110.
Импульс 7 — строка 8. Триггер T1 переходит из состояния 0 в состояние 1.
Результат: на выходе 111.
Импульс 8 — строка 9. Все триггеры меняют свое состояние, переходя из 1 в 0.
Результат: на выходе 000.
Следует заметить, что в данном счетчике JK‑триггеры используются как в режиме переключения (J=K=1), так и в режиме блокировки (J=K=0).
Помимо суммирующих счетчиков (прямого счета), рассмотренных выше, существуют счетчики которые считают в обратном направлении - вычитающие.
Рассмотрим схему асинхронного вычитающего счетчика по модулю 8 (рис.13.5).
Рис.13.5. Схема асинхронного вычитающего счетчика по модулю 1
Отличие данной схемы от схемы суммирующего счетчика (рис.13.1) состоит в способе переноса сигнала от триггера к триггеру. В суммирующем счетчике синхронизирующий вход каждого триггера связан с прямым выходом Q предыдущего триггера. В вычитающем счетчике синхронизирующий вход каждого триггера связан с инверсным выходом предыдущего триггера. В счетчике изображенном на рис.13.5, перед началом счета в обратном направлении предусмотрена предварительная его установка в состояние 111 (десятичное число 7) с помощью входа предустановки (S). Счетная последовательность двоичных чисел приведена в табл.13.3.
Счетная последовательность импульсов
Вычитающий счетчик, схема которого показана на рис.13.5 — счетчик циклического типа. Когда этот счетчик приходит в состояние 000, он снова начинает счет с двоичного числа 111. В некоторых случаях нужны счетчики, которые останавливаются, когда исчерпывается вся счетная последовательность. Рассмотрим, какие изменения нужно внести в схему вычитающего счетчика, чтобы счет прекращался при достижении состояния 000.
Рис.13.6. Схема самоостанавливающегося счетчика
Из рис.13.6 видно, что для этого нужно ввести в схему логический элемент ИЛИ, который будет устанавливать на входах J и K триггера T1 уровень логического 0, когда на выходах (C, B, A) счетчика появится сигнал 000. Если нужно начать новый цикл счета с двоичного числа 111, на вход предустановки S следует подать уровень логического 0.
Используя один логический элемент или их комбинацию, можно останавливать счет прямом и обратном направлении, на любом наперед заданном двоичном числе. Выход логического элемента нужно для этого присоединить к входам J и K первого триггера в асинхронном счетчике. При этом триггер T1 переводится в режим хранения.
Счетчики — делители частоты
Одной из функций которую выполняют счетчики в цифровых системах, является деление частоты. Пример простой системы с делителем частоты показан на рис.13.7. Эта система составляет основу цифровых часов. Периодический сигнал электросети с частотой 50 Гц, сформированный в виде последовательности прямоугольных импульсов, подается на вход системы, которая делит частоту на 50.
Рис.13.7. Система с делителем частоты
На выходе схемы имеем последовательность прямоугольных импульсов с частотой 1 Гц (1 импульс в 1 сек). Это таймер секунд.
На рис.13.8 схематически изображен декадный счетчик, а на рис.13.9 приведены временные диаграммы для его синхронизирующего входа C и выхода QD, соответствующего двоичному разряду восьмерок.
Рис.13.8. Схема декадного счетчика
Рис.13.9. Временные диаграммы декадного счетчика
Из рис.13.9 видно, что 20 импульсов на входе счетчика преобразуются в 2 выходных импульса. Выполняется деление 20/2=10. Снимая сигнал с входа QD, декадного счетчика, получим счетчик‑делитель на 10. Т.е. частота выходного сигнала состовляет 1/10 частоты на входе счетчика.
Последовательно соединяя рассмотренный декадный счетчик (счетчик‑делитель на 10) и по модулю 5 (счетчик‑делитель на 5) получим схему, осуществляющую деления частоты на 50. Структура такой схемы показана на рис.13.10. Последовательность прямоугольных импульсов с частотой 50 Гц поступает на вход счетчика - делителя на 5, а с его выхода с частотой 10 Гц подается на вход счетчика‑делителя на 10. На выходе схемы получим сигнал с частотой 1 Гц.
Рис.13.10. Структурная схема делителя частоты на 50
Функция деления частоты используется в таких цифровых устройствах, как частотомер, осциллограф и т.п.
Интегральные схемы счетчиков
На рис.13.11 представлена схема четырехразрядного двоичного счетчика‑делителя на 2, на 6 и на 12 (К155ИЕ4).
Рис.13.11. Схема четырехразрядного двоичного счетчика
Если подать тактовые импульсы с частотой f на вход С1, то на выходе А получим частоту f/2. Тактовые импульсы с частотой f на входе С2 запускают делитель на 6 и на выходе D имеем частоту f/6. При этом на выходах B и C имеем импульсы с частотой f/3. На выводы R1 и R2 подаются команды сброса. Для построения счетчика с модулем деления 12, требуется соединить делители на 1 и на 6, соединив выход А со входом С2. На вход С1 подается входная частота f, на выходе D получаем последовательность импульсов с частотой f/12.
Рассмотрим пример структурного проектирования счетчиков. Выполним синтез структуры суммирующего синхронного (параллельного) счетчика по модулю 10 на JK‑триггерах. Следует отметить, что синхронные счетчики обычно строятся на базе RS, JK, D‑триггеров, синхронизируемых фронтом.
Таблица состояний счетчика
Функция переходов показывает изменения (или сохранения) состояния разряда в зависимости от значений управляющих сигналов. Эта функция принимает следующие значения
переход из состояния Qn=0 в Qn+1=1,
переход из состояния Qn=1 в Qn+1=0,
сохранение состояния Qn=Qn+1=0,
сохранение состояния Qn=Qn+1=1.
Используя таблицу состояний счетчика (табл. 13.4) для каждого разряда представляем функцию переходов в виде карты Карно (рис. 13.12).
Рис. 13.12. Карты Карно для функции переходов
Определив для каждого из значений FQ соответствующие ему значения входных переменных J и K, получим словарь переходов JK‑триггера (табл. 13.5).
Словарь переходов JK-триггера
Используя словарь переходов JK‑триггера получаем карты Карно для функций входов J‑ и K‑триггеров в каждом разряде (рис. 13.13).
Рис. 13.13. Карты Карно для входов J и K триггеров
На основание карт Карно произведем минимизацию функции входов. В результате объединения клеток, показанных на рис. 13.13, получим простые выражения для функции входов
В соответствие с полученными выражениями для функции входов построим декадный счетчик (рис. 13.14).
Рис. 13.14. Схема декадного счетчика
Из рис.13.14 видно, что схема декадного счетчика реализована на четырех триггерах и трех логических элементах И, два из которых имеют два входа и один имеет три входа. Счетчик, изображенный на рис. 13.14 является параллельным, т.к. все триггеры переключаются одновременно (синхронно).
Раздел: Информатика, программирование
Количество знаков с пробелами: 15519
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 14
Счетчик - устройство для подсчета числа входных импульсов. Счетчик можно реализовать на нескольких триггерах.
по модулю счёта:
с произвольным постоянным модулем счёта;
с переменным модулем счёта;
по направлению счёта:
по способу формирования внутренних связей:
с последовательным переносом;
Символом счетчиков на схемах служат буквы СТ (от англ. counter — счетчик), после символа проставляют число, характеризующее модуль счета (например, 2 или 10 — СТ2, СТ10).
Основными эксплуатационными показателями счетчика являются емкость и быстродействие. Емкость счетчика, численно равная коэффициенту счета, равна числу импульсов за один цикл.
В суммирующих счетчиках каждый входной импульс увеличивает число на его выходе на единицу, в вычитающих счетчиках каждый входной импульс уменьшает это число на единицу. Наиболее простые счетчики - двоичные. Счетчики можно реализовать на триггерах, которые соединяют последовательно. Выход каждого триггера действует на тактовый вход следующего. Для того чтобы реализовать суммирующий счетчик, необходимо счетный вход очередного триггера подключать к инверсному выходу предыдущего. Для того чтобы изменить направление счета (реализовать вычитающий счетчик), используют следующие способы:
а). считывание выходных сигналов счетчика не с прямых, а с инверсных выходов триггеров;
б). изменение структуры связей в счетчике. Подача на счетный вход следующего триггера сигнала не с инверсного, а с прямого выхода предыдущего триггера.
Реверсивный счетчик может работать в качестве суммирующего и вычитающего. Эти счетчики имеют дополнительные входы для задания направления счета. Режим работы определяется управляющими сигналами на этих входах. В программе EWB такие счетчики представлены ИМС 74163 и 74169 (К155ИЕ18, ИЕ17).
Главное достоинство счетчиков с последовательным переносом — простота схемы. Увеличение разрядности осуществляется подключением дополнительных триггеров к выходу последнего триггера. Основной недостаток счетчиков с последовательным переносом — сравнительно низкое быстродействие, поскольку триггеры срабатывают последовательно, один за другим. Счетчики этого класса в библиотеке EWB не представлены.
Счетчики с последовательным переносом представляют собой цепочку триггеров, в которой импульсы, подлежащие счету, поступают на вход первого триггера, а сигнал переноса передается последовательно от одного разряда к другому.
Счетчики с параллельным переносом состоят из синхронных триггеров. Счетные импульсы подаются одновременно на все тактовые входы, а каждый из триггеров цепочки служит по отношению к последующим только источником информационных сигналов. Срабатывание триггеров параллельного счетчика происходит синхронно, и задержка переключения всего счетчика равна задержке одного триггера. В таких счетчиках используются JK- и D-триггеры. В схемном отношении они сложнее счетчиков с последовательным переносом. Число разрядов у этих счетчиков обычно невелико (4. 6), поскольку с повышением числа разрядов число внутренних логических связей быстро растет.
Счетчики с параллельным переносом (их чаще называют синхронными) в библиотеке EWB представлены счетчиками 74160, 74162, 74163 и 74169 (аналоги — К155ИЕ9, ИЕН, ИЕ18, ИЕ17 соответственно).
Счетчики с параллельным переносом применяются в быстродействующих устройствах. Они обладают более высокой помехоустойчивостью, так как в паузах между импульсами триггеры счетчика блокированы. К их недостаткам следует отнести меньшую нагрузочную способность отдельных разрядов из-за дополнительной нагрузки внутренними связями. Каскад, предшествующий счетчику, должен иметь достаточную мощность, чтобы управлять входами нескольких триггеров.
Проектирование счетчика сводится к определению числа триггеров и организации связей между ними и логическими элементами, а также вычислению разрешающей способности счетчика (максимальной частоты счета).
Вопрос №36
Узлы как структурная единица ЭВМ, их типы.
Основные узлы ЭВМ.
Основными узлами ЭВМ являются :
- центральный процессор (ЦП)
- оперативная память (ОЗУ)
- постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
- внешняя память (ВЗУ)
- устройства Ввода (УВв)
- устройства Вывода (УВыв)
Все устройства ЭВМ подсоединены к единой ИНФОРМАЦИОННОЙ
Основные узлы ЭВМ объединены в следующую схему.
| УУ |
| АЛУ |
| Ц П |
| Системные программы |
| ПЗУ |
| Программа Данные Результаты |
| ОЗУ |
| Системная шина |
| Устройства ВВОДА |
| ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ |
| Устройства ВЫВОДА |
1. Центральный процессор
| Главным элементом любой ЭВМ является ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР . ЦП сосотоит из - Устройства Управления (УУ) - Арифметико-Логического устройства (АЛУ) |
Назначение ЦП : 1) Управление узлами компьютера
2) Обработка информации, которая сводится к
выполнению арифметических операций.
| УУ - управляет работой ЭВМ, путем исполнения команд ПРОГРАММЫ. Рабочая программа хранится в ОЗУ. |
В оперативной памяти. Работающая программа и результат ее работы
находится в ОЗУ!
Рабочая программа находится в ОЗУ .
| Недостатки ОЗУ ОЗУ современных ЭВМ является ЭНЕРГОЗАВИСИМОЙ. При выключении питания содержимое ОЗУ теряется. |
| Главное достоинство ОЗУ ВЫСОКОЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЕ . ОЗУ выполнена из электронных элементов, поэтому быстродействие ОЗУ сопоставимо с быстродействием ЦП. Это значит, что время чтения (записи) двоичного числа из (в) ОЗУ примерно равно времени , за которое ЦП выполняет одну операцию над парой чисел. |
| Ответ : В принципе можно, но при этом резко упадет быстродействие ЭВМ (в 10 000 раз). Операции чтения записи с диска выполняются примерно в 10 000 раз медленнее, чем из электронных ячеек. |
Магнитная память обладает низким быстродействием (по сравнению с электронной памятью). Операции чтения записи с диска выполняются примерно в 10 000 раз медленнее, чем из электронных ячеек.
Если бы рабочая программа располагалась на диске, то ЦП большую часть времени пришлось бы простаивать в ожидании, пока будет прочитана очередная команда.
Работа компьютера сводится к чтению и исполнению команд программы. Поэтому быстродействие ЭВМ не может превысить, скорость чтения команд программы.
Чарльз Бэбидж - первый конструктор автоматической вычислительной машины, предполагал хранить программу на картонных картах.
| 1) До запуска все программы хранятся в .exe файлах на магнитном диске (винчестере). 2)После запуска программа копируются из .exe файла в ОЗУ. Зачем это делается? Для поддержки высокого быстродействия ЭВМ. (Что бы быстродействие ЭВМ было высоким, рабочая программа должна храниться в быстрой памяти, т.е. в ОЗУ) 3)После завершения выполнения очередной программы она удаляется из ОЗУ, тем самым освобождая место для запуска других программ. (программа удаляется только из ОЗУ, но остается в файле на диске) |
Ведь после выключения питания или перезагрузки ОЗУ очищается и не содержит никакой информации.
Первой в ОЗУ попадает ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА. Она копируется из файлов на магнитном диске в ОЗУ.
Но чтобы выполнить это копирование, нужно запустить программу, специально для этого предназначенную. Ведь на компьютере все делается только с помощью программ.
Таковой программой является начальный загрузчик. ОН хранится в ПЗУ. НАЧАЛЬНЫЙ ЗАГРУЗЧИК стартует первым сразу при включении компьютера и копирует в ОЗУ ОС. Далее ОС включается в работу и управляет компьютером.
Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам.
Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все.
Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право.
Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор.
Читайте также: