Контрольная работа по «Микропроцессоры»

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Ижевский Государственный Технический Университет

имени М.Т. Калашникова»

Кафедра «Конструирование Радиоэлектронной Аппаратуры»

 
Контрольная работа 
по дисциплине «Микропроцессоры»

 

 

                                                                               Выполнил студент гр. Б07-071-1зт

 
Проверил преподаватель

Бажин А.Г.

 

 

 

 

 

 

 

Ижевск-2014

Счетчики

Счетчиком называют устройство, сигналы, на входе которого в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на счетный вход. Триггер Т-типа может служить примером простейшего счетчика. Такой счетчик считает до двух. Счетчик, образованный цепочкой из m-триггеров, сможет посчитать в двоичном коде 2m импульсов. Каждый из триггеров цепочки называют разрядом счетчика. Число m определяет количество разрядов двоичного числа, которое может быть записано в счетчик. Число Ксч=2m называют коэффициентом (модулем) счета.

Информация снимается с прямых и (или) инверсных выходов всех триггеров. В паузах между входными импульсами триггеры сохраняют свое состояние, т. е. Счетчик запоминает число сосчитанных импульсов.

Нулевое состояние всех триггеров принимается за нулевое состояние счетчика в целом.

После каждого цикла счета на выходах последнего триггера возникают перепады напряжения. Это свойство определяет второе назначение счетчиков: Деление числа входных импульсов. Если входные сигналы периодичны и следуют с частотой fвх , то частота выходных импульсов будет fвых=fвх/Ксч

У счетчиков в режиме деления используется выходной сигнал только последнего триггера, промежуточные состояния остальных триггеров не учитываются. Всякий счетчик может быть использован как делитель частоты. Поэтому подобное устройство часто называют счетчиком-делителем. Такие делители имеют целочисленный коэффициент деления. Элементная база современной микроэлектроники позволяет строить делители и с дробным коэффициентом деления.

Символом счетчиком на схемах служат буквы СТ (от англ. counter – счетчик). Если требуется, после символа проставляют число, характеризующее модуль счета, например СТ2.

Основные эксплуатационные показатели: емкость и быстродействие.. Емкость счетчика, численно равная коэффициенту счета, характеризует число импульсов, доступное счету за один цикл.

Быстродействие счетчика определяется разрешающей способностью tразр.сч и временем установки кода счетчика. Под разрешающей способностью подразумевают минимальное время между двумя входными сигналами, в течение которого еще не возникают сбои в работе счетчика.

Обратная величина fmax=1/tразр. сч называется максимальной частотой счета. Время установки кода tуст равно времени между моментом поступления входного сигнала и переходом счетчика в новое устойчивое состояние. Временные свойства зависят от временных характеристик триггеров и способа их соединения между собой.

Классификация счетчиков.

Цифровые счетчики классифицируются следующим образом:

По коэффициенту счета: двоичные(бинарные); двоично-десятичные (декадные) или с другим основанием счета; с произвольным постоянным модулем; с переменным модулем.

По направлению счета: суммирующие; вычитающие; реверсивные.

По способу организации внутренних связей: с последовательным переносом; с параллельным переносом; с комбинированным переносом; кольцевые.

Для двоичного счетчика с Ксч=2m, зная номера триггеров и состояния выходов Q, можно определить записанное в счетчик двоичное число

 

М=Qm* 2m-1+Qm-1*2m-2 +…+Q1*20,

 

где m-номер триггера, 2m-1 – вес m-ного разряда.

Введением дополнительных логических связей – обратных и прямых – двоичные счетчики могут быть обращены в недвоичные, для которых Ксч¹2m. Наибольшее распространение получили десятичные (декадные) счетчики, работающие с привычным Ксч=10. Десятичный счет осуществляется в двоично-десятичном коде (двоичный по коду счета, десятичный – по числу состояний).

Десятичные счетчики организуются из четырехразрядных двоичных счетчиков. Избыточные шесть состояний исключаются введением дополнительных связей.

Возможны 2 варианта построения схем: а) счет циклически идет от 0000 до 1001 и б) исходным состоянием служит 01102=610 и счет происходит до 11112=1510. Первый вариант применяют чаще.

В суммирующем счетчике каждый входной импульс увеличивает число, записанное в счетчик, на 1. Как следует из таблицы, перенос информации из одного разряда в другой, более высокий, имеет место, когда происходит смена состояния с 1 на 0.

Вычитающий счетчик действует обратным образом: двоичное число, хранящееся в счетчике, с каждым поступающим импульсом уменьшается на 1. Переполнение вычитающего счетчика происходит после достижения им нулевого состояния. Перенос из младшего разряда в старший здесь имеет место при смене состояния младшего разряда с 0 на 1.

 

N состояния	Состояние суммирующего счетчика			N состояния	Состояние вычитающего счетчика
	Q3	Q2	Q		Q3	Q2	Q1
0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	1¯	7	1	1	1
2	0	1¬	0	6	1	1	0
3	0	1	1	5	1	0¬	1¯
4	1¬	0¯	0	4	1	0	0
5	1	0	1	3	0¬	1¯	1
6	1	1	0	2	0	1	0
7	1	1	1	1	0	0	1
0	0	0	0	0	0	0	0

 

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. Имеются счетчики и с отдельными входами для суммирования и вычитания.

 Когда  счетчик используется в качестве  делителя, направление счета не  играет роли.

 Счетчики  с последовательным переносом  – цепочка триггеров, в которой  импульсы, подлежащие счету, поступают  на вход 1 триггера, а сигнал переноса передается последовательно от одного разряда к другому. В этих счетчиках используются асинхронные Т-триггеры с прямым либо с инверсным управлением, а также JK- и D-триггеры в счетном режиме. Главное достоинство счетчиков с последовательным переносом – простота схемы. Увеличение разрядности (наращивание) осуществляется подключением нужного числа триггеров к выходу последнего триггера. Поскольку входные сигналы поступают на вход только первого триггера, такой счетчик мало нагружает предшествующий каскад.

Основной недостаток счетчиков с последовательным переносом – сравнительно низкое быстродействие, поскольку триггеры здесь срабатывают последовательно, один за другим. Другой недостаток, обусловленный этой же причиной, состоит в том, что из-за накопления временных сдвигов в разрядах на выходах дешифраторов таких счетчиков могут появляться кратковременные ложные импульсы, особенно заметные на высоких частотах.

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 переключения для одного триггера. Счетчики с параллельным переносом широко применяются в быстродействующих устройствах.

 

 

 

Счетчики – делители, оформленные как самостоятельные изделия, имеются в составе многих серий микросхем. Номенклатуру счетчиков отличает большое разнообразие. Многие из них обладают универсальными свойствами и позволяют управлять коэффициентом и направлением счета, вводить до начала цикла исходное число, прекращать счет по команде, наращивать число разрядов и т. п.

Счетчики с коэффициентом счета Ксч=2m представляют собой последовательную цепочку из m триггеров.

 

 

С помощью дополнительного логического элемента можно изменять Ксч (деления) в пределах 2m-1<Kсч<2m, для чего входы ЛЭ подключаются к выходам определенных триггеров, а его выход – ко входам R принудительной установки триггеров в нулевое состояние, а иногда и ко входам S – установки в "1".

 Работу  такого счетчика рассмотрим на  примере счетчика с Ксч=5. Для получения такого Kсч достаточно 3-х триггеров. Из таблицы состояний видно, что после 5-го импульса счетчик будет иметь состояние 101. Чтобы организовать обратную связь и исключить лишние импульсы путем сброса счетчика в исходное состояние. Подадим на 3-х входовый элемент И-НЕ три высокие уровня со всех трех триггеров.

Только в этом случае ячейка совпадения единиц И-НЕ даст "0" на выходе, который и сбросит триггер в исходное состояние.

 

 

 

Другой пример счетчика с Ксч=13. Первый триггер срабатывает от каждого входного импульса, т.е. 1=20; второй – от каждого 2-го импульса (2=21); третий – от четвертых импульсов (4=22); а четвертый триггер – от каждого восьмого импульса (8=23). Коэффициенту счета Ксч=13=8+4+1=1*23+1* 22 +0*21+1* 20 соответствуют, следовательно, состояния Q3=Q2=Q0=1. За цикл счета ДД5 сработает только 1 раз. Выходной сигнал ("0") с ДД5 подается на R-входы всех триггеров, в том числе и на 2-й триггер. Сделано это для того, чтобы исключить ложное срабатывание ДД2 после перехода ДД1 в нулевое состояние, т.к. этот перепад после 13-го импульса подобен полезному сигналу. Проектирование счетчика сводится к определению числа триггеров, виду логического элемента, организации связей между триггерами и ЛЭ.

 

Счет	Q3	Q2	Q1	Q0	Счет	Q3	Q2	Q1	Q0
0	0	0	0	0	8	1	0	0	0
1	0	0	0	1	9	1	0	0	1
2	0	0	1	0	10	1	0	1	0
3	0	0	1	1	11	1	0	1	1
4	0	1	0	0	12	1	1	0	0
5	0	1	0	1	13	1	1	0	1
6	0	1	1	0	14	1	1	1	0
7	0	1	1	1	15	1	1	1	1