3.6. Синтез и выбор микросхемы двоичного счетчика.
Для выполнения задания определите роль счетчика в данной схеме. Вспомните элементную базу и классификацию типов счетчиков, особенности принципа работы устройства. Также необходимо проработать тему «Синтез работы счетчиков». Методика синтеза счетчиков представлена в [I, c. 214-218].
Двоичный счетчик в данной схеме подсчитывает выходные импульсы тактового генератора (G) и выходной двоичный код счетчика фиксирует дешифратор для подключения соответствующего индикатора. (см. рис.3.1, рис.3.2).
При этом циклический коэффициент счетчика N=n (числу индикаторов).
Методику синтеза и выбора ИМС счетчика рассмотрим на примере для N = n = 3.
Синтез счетчика.
Необходимое число
триггеров в схеме счетчика определяется
как минимальное m,
соответствующее неравенству
.
В данном случае число JK-триггеров
m=2.
Под действием входных импульсов счетчик переходит из одного состояния (с одной комбинацией состояний триггеров) в другое (с другой комбинацией состояний триггеров) при одновременном (синхронном) переключении всех триггеров.
Переход счетчика в новое состояние связан с переключением триггеров. Для перевода триггеров в требуемые состояния на его входах необходимо наличие определенных логических уровней. В таблице 3.3. показаны все возможные переходы состояний триггера и требуемые для этих переходов логические уровни на входах J и K. Знак «–» означает, что логический уровень на входе может быть произвольным (лог.0 или 1).
Пользуясь таблицей переходов, приведем таблицу истинности для входов J и K всех триггеров счетчика (табл. 3.4.).
Таблица 3.3.
-
Вид перехода
триггера
Логические уровни на входах
J
К
0 → 0
0 → 1
1 → 0
1 → 1
0
1
–
–
–
–
1
0
Таблица 3.4.
Таблица истинности функционирования триггеров счетчика.
-
Номер входного импульса
Состояние триггеров
Текущее
Следующее
1
0
0
0
1
2
0
1
1
0
3
1
0
0
0
4
0
0
0
1
Далее необходимо заполнить карты Карно для входов J и K каждого триггера(рис.3.8). При этом лог. уровни на входах J и K являются функциями текущего состояния, и на картах Карно под и следует понимать состояния триггеров перед поступлением на вход счетчика очередного импульса.
Пусть к моменту подачи импульса на вход счетчика триггеры находились в состоянии =0, =0. Под действием входного импульса должно быть обеспечено
новое состояние =0, =1. Следовательно, в триггере Тр происходит переход
вида 0 → 1, при
подаче на входы
=1,
=
–; в триггере Тр
переход вида 0 → 0 обеспечивается уровнями
=0,
=
–. Эти значения занесены в клетки карт
соответствующие
=0,
=0
(т.е.
и
).
Перевод триггеров из состояния =0, =1 в следующее состояние
=1, =0 требует подачи на информационные входы триггеров уровней = –, = 1 и =1, = –. Эти значения занесены в клетки карт для состояния =0, =1
И перевод триггеров из состояния =1, =0 в состояние =0, =0 происходит при =0, = – ; и = – , = 1.
Состояние =1, =1 в рассматриваемом счетчике не используется, поэтому в соответствующих этому состоянию клетках карт – символ «*», означающий запрещенную комбинацию.
Карты Карно для входов триггеров счетчика.
Рис.3.8
Далее записываем минимальные логические выражения для информационных входов триггеров:
= ; = 1;
= ; = 1.
Полученные выражения определяют способ включения входов J и K триггеров в схеме счетчика (рис.3.9.).
Логическая схема счетчика.
Рис.3.9
Выбор ИМС счетчика.
Составим таблицу состояний и приведем диаграмму состояний счетчика с N= 3.
Таблица
3.5.
Таблица состояний счетчика
Входной импульс |
Двоичный код на выходах |
||
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
0 |
3 |
0 |
0 |
0 |
Диаграмма состояний счетчика
Рис. 3.9.
Выбираем микросхему требуемого двоичного счетчика.
Для обеспечения заданного коэффициента счета N = 3 необходимо, чтобы при появлении на выходах двоичного кода 011(2) = 3(I0) все триггеры счётчика сбросились в лог.0. (000). Для этого следует ввести цепь обратной связи с выходов счётчика и , с которых уровень лог.1 поступит на вход сброса R (рис.3.10).
Ограничение коэффициента счета ИМС счетчика
Рис. 3.10.
Частоту тактовых импульсов определяем исходя из количества индикаторов. Так как n = 3, а для включения одного индикатора требуется частота выше 50 Гц, то для того чтобы человеческий глаз не замечал мелькания индикации при поочередном переключении всех индикаторов, выбираем частоту F ≥ 150 Гц.
Осуществите выполнение данного задания в следующей последовательности:
3.5.1. Приведите назначение счетчика в схеме УЦДИ.
3.5.2. Выполните синтез двоичного счетчика согласно приведенной методике и
изобразите его логическую схему.
3.5.3. Произведите выбор микросхемы двоичного счетчика, изобразите его
условно-графическое обозначение и составьте краткое ее описание.
3.5.4. Приведите таблицу состояний счетчика с учетом того, что коэффициент
счета N = n.
3.5.5. Выполните построение диаграммы состояний заданного счетчика n-ым
входным импульсом, при котором все триггеры счетчика должны сброситься
в лог. 0, проверьте соответствие.
3.5.6. Обеспечьте ограничение коэффициента счета, путем определенного
соединения выходов счетчика со входом сброса R.
3.5.7. Определите частоту тактовых импульсов, вырабатываемых генератором
в соответствии с заданным количеством индикаторов.