Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Четырехразрядный двоичный счетчик принцип работы

Устройство умножения двоичных чисел

Описание принципа работы структурной электрической схемы устройства умножения двоичных чисел

Структурная электрическая схема устройства умножения четырехразрядных двоичных чисел представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Устройство умножения двоичных чисел.

Схема электрическая структурная

Рассмотрим назначение узлов, входящих в структурную схему устройства.

Умножитель Y3 предназначен для умножения четырехразрядных двоичных чисел A и B, представленных разрядами , , , и , , , . На выходе умножителя формируется восьмиразрядное произведение Q, представленное разрядами ,,…,.

Регистр Y1 предназначен для параллельного ввода четырехразрядного множимого A в двоичной системе счисления (СС). Значение множимого A может меняться в пределах от 0 до 15 в десятичной СС.

Счетчик Y2 предназначен для параллельного ввода четырехразрядного множителя B в двоичной СС. Значение множителя B также может меняться от 0 до15 в десятичной СС.

Регистр Y4 предназначен для параллельного вывода результата умножения, который представляет собой восьмиразрядное кодовое слово.

Загрузка сомножителей и запись результата умножения синхронизируется тактовыми импульсами . Причем ввод сомножителей осуществляется по отрицательным фронтам тактовых импульсов, а вывод результата умножения — по положительным.

Процесс функционирования устройства поясняется временной диаграммой, которая представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 — Временная диаграмма, поясняющая процесс функционирования устройства

В момент времени по отрицательному фронту тактового импульса начинается ввод сомножителей в регистр Y1 и счетчик Y2 (рисунок 1). К моменту времени ввод заканчивается, и начинается процесс умножения в умножителе Y3. Этот процесс в худшем случае завершается к моменту времени . Затем по положительному фронту тактового импульса результат умножения записывается в регистр Y4 и т.д. При подаче низкого уровня напряжения на вход (рисунок 1) устройство сбрасывается в исходное нулевое состояние.

Рассмотрим процесс умножения двоичных чисел на примере умножения заданных чисел), например: и . Умножение выполним, начиная с младшего разряда множителя:

Цифровая система коммутации для мини-АТС
В настоящее время развитие цифровых телефонных сетей идет по нескольким направлениям. Среди этих направлений можно выделить основные. Это создание средств сотовой связи, средств ISDN для телефонии и цифровых сетей с аналоговым .

Техническое обслуживание и ремонт кабельных линий
Как известно основа надёжного электроснабжения потребителей электрической энергией — безаварийная работа кабельных линий. Бесперебойное электроснабжение потребителей городских сетей и промышленных предприятий зависит от принят .

Синхронные счётчики

Теперь возникает вопрос того, что делать со входами J и K? Мы знаем, что нам необходимо поддерживать принцип деления частоты на два для каждого последующего разряда, и что такое деление частоты легче всего создать с помощью триггеров, работающих в режима переключения между двумя устойчивыми состояниями, следовательно, на входы J и K должен подаваться сигнал высокого уровня. Однако, если мы просто соединим все входы J и K с положительной шиной питания (как в случае асинхронного счётчика), то такая схема не будет работать, поскольку изменение состояний триггеров будет происходить одновременно: по каждому новому синхроимпульсу.

Давайте ещё раз посмотрим на последовательность двоичных чисел и попробуем выявить ещё одну закономерность, с помощью которой можно было бы предсказать момент изменения состояния битов. Принцип действия асинхронных счётчиков основан на том факте, что смена состояния триггеров происходит в тот момент, когда предыдущий триггер переходит с высокого уровня на низкий (с 1 на 0). Поскольку в схеме синхронного счётчика невозможно тактировать триггер, исходя из перемены состояния предыдущего триггера, нам следует найти другую закономерность в последовательности двоичных чисел:

Читайте так же:
Счетчик меркурий 220в характеристики

При изучении последовательности четырёхразрядных двоичных чисел, можно обнаружить ещё одну закономерность. Обратите внимание, что непосредственно перед сменой состояния триггера, все предыдущие триггеры находятся в состоянии высокого логического уровня:

Эту закономерность можно использовать при разработке схемы счётчика. Если сделать так, чтобы каждый J-K-триггер менял своё состояние исходя из того, находятся ли выходы (Q) предыдущих триггеров в состоянии единицы, то мы сможем получить схему, в которой все триггеры будут тактироваться одновременно:

Первый триггер (слева) меняет состояние по каждому синхроимпульсу; второй триггер меняет состояние, только когда на Q – сигнал высокого логического уровня; третий триггер меняет состояние, только если на Q и Q1 – сигнал высокого логического уровня; последний триггер меняет состояние, только если на Q и Q1 и Q2 – сигнал высокого логического уровня.

Такова схема четырёхразрядного синхронного счётчика. Каждый из триггеров старшего разряда готов к изменению состояния (на входах J и K высокий уровень), если выходы Q всех предыдущих также находятся на высоком уровне. В противном случае, на входах J и K будет сигнал низкого уровня, что переведёт их в режим «защёлки», и они будут сохранять текущее состояние до следующего синхроимпульса. Поскольку триггер, соответствующий самому младшему разряду должен изменять состояние по каждому синхроимпульсу, его входы J и K соединены с Vcc или Vdd, благодаря чему на них всегда будет подаваться логическая единица. Для изменения своего состояния следующий триггер должен лишь «распознать», что на выходе Q первого триггера высокий логический уровень, поэтому здесь не требуется логический элемент И. Тем не менее, остальные триггеры должны быть готовы к перемене состояния только в тот момент, когда на всех предыдущих триггерах высокий логический уровень, и здесь необходимо использовать логические элементы И.

Для того чтобы собрать синхронный счётчик, осуществляющий обратный счёт, необходимо сделать схему, которая бы опознавала соответствующие последовательности битов, которые предсказывают моменты переключения при обратном счёте. Не удивительно, что при изучении последовательности двоичных чисел, мы видим, что все предыдущие разряды находятся на низком логическом уровне перед переменой состояния (если смотреть на последовательность в обратном порядке):

На каждом триггере имеется выход Q’, который можно использовать для разрешения переключения состояния каждого следующего триггера, когда на этих выходах будет сигнал высокого логического уровня (что происходит каждый раз, когда на соответствующих выходах Q присутствует сигнал низкого логического уровня).

Первый триггер (слева) меняет состояние по каждому синхроимпульсу; второй триггер меняет состояние, только когда на Q – сигнал высокого логического уровня; третий триггер меняет состояние, только если на Q и Q1 – сигнал высокого логического уровня; последний триггер меняет состояние, только если на Q и Q1 и Q2 – сигнал высокого логического уровня.

Читайте так же:
Prestashop как добавить счетчик

Эту схему можно улучшить и собрать счётчик с возможностью выбора между счётом в прямом и обратном направлении. Для этого необходимо собрать две линии из элементов И, которые будут обнаруживать соответствующие состояния триггеров, а затем используем элементы ИЛИ для объединения и подачи сигналов с выходов элементов И на входы J и K каждого следующего триггера:

Эта схема не так сложна, как это может показаться на первый взгляд. Управляющая линия прямого/обратного счёта включает либо верхнюю либо нижнюю цепь элементов И, вследствие чего на следующие триггеры поступают сигналы с выходов Q/Q’. Если на линии управления прямого/обратного счёта сигнал высокого уровня, то будут включены верхние элементы И, а схема будет работать также как и первая схема, показанная в этой статье. Если на линии управления прямого/обратного счёта сигнал низкого уровня, то будут включены нижние элементы И, — схема будет работать также как и вторая схема, показанная в этой статье (обратный счёт).

Для наглядной иллюстрации на схеме ниже (счёт в прямом направлении) отключённая часть схемы изображена серым цветом:

На этой схеме показан режим обратного счёта (отключённая часть схемы также изображена серым цветом):

Счётчики прямого/обратного счёта — очень полезные устройства. Такие счётчики часто применяются в системах управления перемещением машин, в которых устройство под названием кодер или круговой датчик положения вала преобразует механическое вращение в серию электрических импульсов, которые применяются в качестве синхроимпульсов для отслеживания суммарного перемещения:

При передвижении машины происходит вращение вала кодера, в ходе чего образуется или прерывается луч света между светодиодом и фототранзистором, что позволяет генерировать синхроимпульсы, используемые для тактирования счётчика. Таким образом, счётчик накапливает значение суммарного перемещения вала, выступая электронным указателем значения смещения машины. Если нам требуется лишь отследить суммарное значение перемещения и нет необходимости принимать во внимание изменение направления движения, то мы можем воспользоваться показанной выше . Однако, если мы желаем, чтобы счётчик увеличивал значение при движении в одном направлении и уменьшал его при движении в противоположном направлении, то необходимо использовать счётчик прямого/обратного счёта, а также схему кодер/декодер с возможностью различения направлений движения.

Если мы будем использовать кодеры с двумя наборами пар светодиодов/фототранзисторов, так чтобы их прямоугольные импульсные сигналы были сдвинуты по отношению друг к другу на 90 o , то мы получим кодер с квадратурным выходом (квадратурными сигналами называются два сигнала со сдвинутыми по отношению друг к другу на 90° прямоугольными импульсами). Схема определения последовательности фаз может быть собрана с помощью D-триггера, что необходимо для различения последовательности импульсов при вращении в ту или иную сторону:

Когда кодер вращается по часовой стрелке, прямоугольный сигнал входа «D» будет опережать сигнал входа «C», то есть он будет находиться на высоком логическом уровне при переходе кривой сигнала «С» с низкого уровня на высокий, при этом D-триггер будет находиться в состоянии SET (выход Q будет в состоянии логической единицы) при каждом новом синхроимпульсе. При логической единице на выходе Q счётчик будет переведён в режим счёта в прямом направлении, и при каждом синхроимпульсе, получаемом с кодера (с двух светодиодов) выходное значение будет увеличиваться. И наоборот, когда направление вращения кодера меняется на противоположное, сигнал входа «D» будет отставать от формы кривой «C», то есть он будет находиться на низком логическом уровне при переходе кривой «С» с низкого уровня на высокий, при этом D-триггер будет сброшен в исходное состояние (выход Q будет в состоянии логического нуля) при каждом новом синхроимпульсе. Этот сигнал низкого уровня отдаёт команду на уменьшение значения при каждом синхроимпульсе с кодера.

Читайте так же:
Сброс счетчика принтера canon mp270

Эта схема, или очень похожая на неё, является главной частью любой системы для определения местоположения на импульсном датчике-кодере. Подобные схемы широко распространены в робототехнике, станках с ЧПУ, и других системах, где необходимо измерение двустороннего механического перемещения.

Четырехразрядный двоичный счетчик принцип работы

Подумываю над изготовлением устройства захвата для осцилографа..
входная цепь пока простая до АЦП я дошел
теперь мне нужно данные с АЦП записывать в SRAM — для этого нужно в автоматическом режиме генерировать адрес для записи — вот для этого мне и нужен счетчик который сможет работать на частоте 50-60 мгц и будет иметь 16-20 счетных разрядов..

наверняка для этого есть какие то микросхемы (не делать же на ИЕ4 или ИЕ7, тем более что у них максимальная частота 25 мгц)

ктото сможет что нить подсказать ?

на чем можно это сделать ?

p.s. варианты с микроконтроллерами не рассматриваем, со скоростью 50-60 мгц ни один контроллер формировать адрес не сможет на своих шинах

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

а поточнее не пошлете ?

плис это дорого (я так понял не менее 10 баксов стоит одна, а в моей деревне точно 20).
или есть что нить подешевле ?

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Цен и ассортимента на ПЛИСы не знаю. Можно найти счетчики, работающие и на бОльших частотах, но проблемы при каскадном включении счетчиков (синхнонные? асинхронные?), задержки распространения, звоны фронтов (типично для быстродействующих микросхем) и т.д.

Здесь на сайте был самодельный осциллограф на ПЛИС, можно посмотреть, как на пример.

Приглашаем всех желающих 13 октября 2021 г. посетить вебинар, посвященный искусственному интеллекту, машинному обучению и решениям для их реализации от Microchip. Современные среды для глубинного обучения нейронных сетей позволяют без детального изучения предмета развернуть искусственную нейронную сеть (ANN) не только на производительных микропроцессорах и ПЛИС, но и на 32-битных микроконтроллерах. А благодаря широкому портфолио Microchip, включающему в себя диапазон компонентов от микроконтроллеров и датчиков до ПЛИС, средств скоростной передачи и хранения информации, возможно решить весь спектр задач, возникающий при обучении, верификации и развёртывании модели ANN.

Читайте так же:
Штрафы за неустановку счетчиков по воде

сейчас смотрю alter’овские..
самая дешевая плата разработки 4900 руб..

блин, мне только счетчные функции нужны.. грубо говоря от тактового генератора в 50-60 мгц — импульсы считать и в параллельной шине выводить.. — это будет адресом для SRAM
какой это счетчик ?

а какие быстродействующие счетчики бывают ?

Компания TRACO представила ультракомпактные ИП, монтируемые на печатную плату. В семейство входят три серии с выходной мощностью 3, 5 и 10 Вт. Особенность серий – малогабаритность; серии на 3 и 5 Вт имеют посадочный размер 1″x1″ (25,4×25,4 мм), а модели на 10 Вт имеют размер 1,5″х1″ (38,5х25,4 мм). При этом эти серии ИП обладают усиленной изоляцией и предназначены для широкого применения в различных приложениях.

Первый попавшийся пример, 74AC161 частота 125 МГц при питании 5В.

4-разрядный синхронный счетчик. Можно каскадировать. Можно каскадировать, чтобы в результате получился один большой синхронный счетчик, но максимальная частота сильно упадет, из-за переносов. Можно по-простому включать последовательно, но данные на выходах последних счетчиков будут отставать от первых счетчиков (не всегда это допустимо), т.е. получившийся большой счетчик будет по-сути асинхронным, зато сможет работать на максимальной частоте.

эхх.. хотелось хотябы 8 разрядов.

4-5 корпусов ведь придется ставить для 16 — 20 бит.
при цене у нас в городе до 80 руб за корпус — плис выйдет дешевле

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 12

Двоично-десятичный счётчик

Кафедра ВМСиС

Отчет по лабораторной работе № 4

«Сумматоры, счётчики, регистры»

Проверил: Образцова
Выполнили: студент группы 480561 Макаров А.Н.

Цель работы

— Изучить принципиальные схемы, принцип действия интегральных счётчиков импульсов.

— Приобрести практические навыки в работе с комбинационными и последовательностными операционными узлами.

Краткие теоретические сведения

Счётчики

Счётчик импульсов – это узел ЭВМ, обеспечивающий хранение слова информации и выполнение над ним микрооперации счета, заключающейся в изменении значения числа в счётчике на 1. По существу счётчик представляет собой совокупность соединённых определённым образом триггеров. Счётчики обозначают через СТ (от англ. counter).

Основными характеристиками счётчика являются разрешающая способность, быстродействие и информационная ёмкость. Разрешающая способность – это максимальное время между двумя сигналами, которые надёжно фиксируются счётчиком. Быстродействие счётчика – величина, обратная разрешающей способности и равная числу сигналов, фиксируемых счётчиком в единицу времени. Информационная ёмкость – максимальное число импульсов, которые могут быть подсчитаны счётчиком. Ёмкость счётчика определяется модулем счета М.

Основное функциональное назначение счётчиков:

· счёт импульсов, поступивших на вход;

Из определения и логики работы счётчиков следует, что их текущее состояние зависит не только от нового пришедшего импульса, но также и от количества предыдущих импульсов. Значит, счётчики относятся к устройствам с памятью. Строятся счётчики, как и регистры, на основе однотипных связанных между собой триггеров. Наиболее часто используются T- и JK-триггеры. Комбинационные элементы в счётчиках используются для управления работой триггеров. Число триггеров определяет максимальное количество импульсов, которое может быть подсчитано счётчиком.

Читайте так же:
Микросхемы с памятью регистры триггеры счетчики

Наибольшее распространение получили двоичные счётчики, счётчики с другим коэффициентом пересчёта можно получить путём введения дополнительный связей между разрядами.

Двоичные счётчики.

Четыре последовательно соединённых триггера образуют счетчик по модулю 2 4 = 16 . Максимально хранимое в счётчике число при полном его заполнении

В исходном состоянии на всех триггерах установлены логические нули. Каждый триггер меняет своё состояние лишь в тот момент, когда на него действует отрицательный перепад напряжения. Таким образом, данный счётчик реализует суммирование входных импульсов.

При срабатывании по заднему фронту (срезу) триггеры имеют инверсные динамические входы. Состояние счётчика в двоичном коде по приходу на вход каждого нового импульса увеличивается на единицу, осуществляется операция инкремента.

Если исходные асинхронные Т-триггеры имеют прямые динамические входы, срабатывают по переднему фронту импульса при переходе из 0 в 1, то счётчик превращается в вычитающий. Он выполняет операцию декремента.

Двоично-десятичный счётчик

Для построения счётчика с модулем 10 число log210 округляют до ближайшего большего целого числа 4.

В результате получаем число необходимых триггеров. Основанием для счётчика с модулем 10 служит двоичный счётчик, имеющий 2n состояний. Следовательно, счётчик с модулем 10 будет иметь L лишних неиспользуемых состояний, подлежащих исключению, L = 2 4 -10=6.

Наибольшее распространение при построении таких счётчиков получили:

· метод исключения лишних состояний;

· метод управляемого сброса.

Реверсивный счётчик

Используя различные варианты прямого и обратного счёта, можно получить реверсивный счётчик. Такое переключение осуществляется с использованием элементов И-ИЛИ, И-ИЛИ-НЕ, которые устанавливаются между триггерами.

Сумматор

Сумматор — логический операционный узел, выполняющий

арифметическое сложение кодов двух чисел. При арифметическом сложении выполняются и другие дополнительные операции: учёт знаков чисел, выравнивание порядков слагаемых и тому подобное. Указанные операции выполняются в арифметическо-логических устройствах (АЛУ) или процессорных элементах, ядром которых являются сумматоры.

Выполнение работы.

Двоичный счётчик

Условно графическое обозначение счетчика:

Статический режим.

Данный счётчик суммирующий (счёт ведётся вверх от меньших значений к большим), Ксч = 16.

Динамический режим.

Вход R2Вход R1Режим работы
Счёт
Счёт
Счёт
Сброс

Переключение счётчика происходит по спаду сигнала С («1» -> «0»).

Двоично-десятичный счётчик

УГО Двоично-десятичный счётчик:

Схема двоично-десятичного счетчика:

Статический режим.

Данный счётчик является суммирующим, Ксч = 10.

Динамический режим.

Вход R2Вход R1Режим работы
Счёт
Счёт
Счёт
Сброс в «0»

Вход S2Вход S1Режим работы
Счёт
Счёт
Счёт
Установка «9»

Переключение счётчика происходит по спаду сигнала на входе С «1» -> «0».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector