§ 14.4. СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ
Электронные счетчики импульсов широко применяются в различных областях техники: в ЦВМ, в качестве счетчиков эле ментарных частиц, для подсчета больших партий мелких изде лий в различных областях промышленности и т. д. Счет обыч но производится в двоичной или десятичной системе счисления. В любой позиционной системе счисления после того, как в ре зультате счета наполняется один разряд, происходит перенос единицы в следующий высший разряд. При этом низший раз ряд опорожняется и счет продолжается.
Счетчики импульсов состоят из делителей частоты. Каж дый разряд представляет собой делитель с коэффициентом де ления /г, равным основанию системы счисления (рис. 14.16). Такие делители называют пересчетными ячейками.
Третий |
ß m o p o u |
П е р е с п и |
И р л е Ь о и |
р а з р я д |
р а з р я д |
р а з р я д |
р а з р я д |
// |
{ / |
// |
// и |
/ / к |
/я* |
/ и * |
/Я к |
|
|
Рис. 14.1C |
|
При построении счетчиков необходимо учитывать следую щие требования:
1. Период повторения подсчитываемых импульсов может изменяться. Часто эти импульсы вообще не являются периоди ческими. Кроме того, после подсчета счетчик должен в течение некоторого времени сохранять информацию. Поэтому в каче стве делителей частоты, как правило, используются триггеры, так как коэффициент деления триггера не зависит от частоты повторения импульсов и он обладает устойчивыми состояния ми равновесия.
2. В счетчиках каждое устойчивое состояние нересчетной ячейки соответствует определенному числу. Поэтому перед на чалом отсчета специальным импульсом счетчик должен уста навливаться в положение, которое соответствует начальному значению числа,
Регистрация результатов счета осуществляется обычно ин дикаторными устройствами на неоновых лампах, тиратронах с холодным катодом, электроннолучевых трубках и т. д.
Счетчики подразделяют на суммирующие, вычитающие и реверсивные. Будем рассматривать счетчики на транзистор ных триггерах, которые являются наиболее распространенны ми и перспективными.
Симмиртоише счетчики
Принципиальная схема двоичного счетчика показана на рис. 14.17,а. В триггерах применен управляемый счетный за пуск. В качестве индикатора состояний применена неоновая лампочка. Правый триггер составляет нулевой разряд двоич
ной системы (2 °), |
следующий триггер — первый |
разряд (2 1) |
и т. д. Условимся |
считать состояние равновесия: |
транзистор |
77 открыт, Т2 заперт — записью «О»; противоположное состоя ние — записью «1». Функциональная схема счетчика изобра жена на рис. 14.17, б.
Перед началом счета на вход правых транзисторов всех триггеров одновременно подается положительный импульс установки нуля, который запирает эти транзисторы и переводит все триггеры в положение «О». Первый входной импульс пере брасывает триггер нулевого разряда в состояние «1». При этом на выходе этого триггера образуется отрицательный пе
репад, который не вызывает опрокидывания триггера первого разряда. Таким образом, в счетчике оказалось записанным число 001. При подаче второго импульса триггер нулевого раз ряда перебрасывается в положение «0». При этом на выходе этого триггера образуется положительный перепад, который опрокидывает триггер первого разряда в положение «1 ».
В счетчике записано в двоичном коде число «2» (010). Мак симальное число, которое может быть записано в двоичном счетчике из m триггеров, равно 2 m — 1 .
Индикация осуществляется при помощи неоновой лампоч ки. Когда транзистор, к коллектору которого подсоединена лампочка, открыт, напряжение на лампочке равно Е и лампоч ка не светится. Когда транзистор запирается, напряжение на лампочке увеличивается (становится равным Е + Е к) и она зажигается. Таким образом, светящаяся лампочка свидетель ствует о том, что в данном разряде записана единица.
Работа схемы иллюстрируется следующей таблицей.
Триггер |
|
Триггер |
Триггер |
|
|
|
Число |
пторого |
|
первого |
пулевого |
|
|
|
|
разряди |
|
разряда |
разряда |
|
двоичная |
десятичная |
77 |
Т2 |
77 |
Т2 |
77 |
Т2 |
система |
система |
|
|
|
|
О |
3 |
О |
3 |
о |
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
О |
3 |
О |
3 |
3 |
о |
0 |
0 |
1 |
1 |
О |
3 |
3 |
о |
о |
3 |
0 |
1 |
0 |
2 |
О |
3 |
3 |
о |
3 |
о |
0 |
1 |
1 |
3 |
3 |
о |
О |
3 |
о |
3 |
1 |
0 |
0 |
4 |
3 |
о |
О |
3 |
3 |
о |
1 |
0 |
1 |
5 |
3 |
о |
3 |
о |
о |
3 |
1 |
1 |
0 |
6 |
3 |
о |
3 |
о |
3 |
о |
1 |
1 |
1 |
7 |
П р и м е ч а н и е . |
В таблице |
приняты следующие |
обозначения: 3 — |
транзистор закрыт; О — транзистор открыв
Существенным недостатком рассмотренного счетчика явля ется малое быстродействие, так как при последовательной пе редаче единицы суммируется задержка в каждом триггере и общая задержка в установке состояния счетчика оказывается значительной (особенно в счетчиках с большим числом разря дов). Значительное увеличение быстродействия может быть получено при применении счетчиков с параллельной переда чей единиц.
Идея построения такого счетчика основана на свойстве сложения чисел в двоичной системе; при прибавлении едини цы первый нуль в низшем разряде заменяется единицей, а все
/ |
1010111 |
+ |
1 ч |
единицы до него — нулями (например, |
1()|[()0ц ). |
Схема Счетчика с параллельным переносом единиц изобра жена на рис. 14.18. Входные импульсы, подлежащие счету, по даются одновременно на все триггеры через элементы совпаде ния И.
Разрешающие потенциалы подаются на элементы И с от крытых транзисторов. Предположим, что в рассматриваемом счетчике записано число 1 0 1 1 и соответственно открыты эле менты И, подключенные к выходам триггеров нулевого и пер вого разрядов, и заперт элемент И, подключенный к выходу триггера второго разряда. Входной импульс проходит через открытые элементы И и вызывает одновременное опрокидыва-
fine триггеров нулевого, первого и второго разрядов и не вызы вает опрокидывания триггера третьего разряда. Новое состоя-
7 р * т и и |
В т о р о й |
П е р ё ш и |
H y/te ß o o |
р а з р я д . |
р а з р я д |
р а з р я д |
р а з р я д |
Рис. |
14.18 |
ние счетчика, таким образом, |
соответствует числу 1 1 0 0 , что |
соответствует прибавлению единицы
(1011 + 1 = 1100).
В схеме с параллельным перевесом быстродействие опреде ляется практически быстродействием одного триггера. Недо статком такого счетчика является наличие дополнительных элементов И.
Вычитающие счетчики
В вычитающих счетчиках происходит вычитание числа им пульсов из числа, записанного в счетчике. Вычитающий счет чик получается из суммирующего (см. рис. 14.17), если им пульс на следующий разряд подавать не с левого, а с правого транзистора, а перед началом счета устанавливать не нули, а единицы во всех разрядах.
На рис. 14.19 изображена схема вычитающего 4-разрядного счетчика. Начальным импульсом в счетчике устанавливается двоичное число Н И . При подаче первого импульса происходит опрокидывание триггера нулевого разряда. На выходе этого триггера образуется отрицательный перепад, который не вы зывает опрокидывания триггера первого разряда. Таким обра зом, в счетчике устанавливается двоичное число 1 1 1 0 , что соот ветствует вычитанию единицы из начального двоичного числа
1 1 1 1.
При подаче второго импульса триггер нулевого разряда оп рокидывается и переходит в исходное состояние «1». На вы ходе триггера образуется положительный перепад, который вызывает опрокидывание триггера первого разряда. На выхо де триггера первого разряда образуется отрицательный пере пад, который не вызывает опрокидывания триггера второго разряда. Таким образом, в триггере устанавливается двоичное число 1 1 0 1 , которое соответствует вычитанию двойки из на чального двоичного числа 1 1 1 1 .
Уст /
K J |
т 5 < |
— Т |
5 < |
т |
J |
- |
S<- |
и |
<3- |
< р— |
|
< Ь і |
|
< р |
|
|
|
|
|
--- <> |
|
|
|
|
Рис. 14.19
Аналогичным образом срабатывает счетчик при подаче третьего, четвертого импульса и т. д.
Реверсивные счетчики
Реверсивные счетчики могут производить как сложение, так и вычитание. В реверсивных счетчиках с помощью логиче ских элементов И и ИЛИ осуществляется коммутация связи между триггерами (рис. 14.20). Управление логическими эле ментами И осуществляется при помощи управляющего тригге ра. Входные импульсы для сложения устанавливают управ ляющий триггер в состояние равновесия, при котором высо кий потенциал подается на шину сложения.
Таким образом, элементы И, подключенные к шине сложения, подготавливаются к срабатыванию, и между триггерами уста навливается связь, характерная для суммирующего счетчика (см. рис. 14.17). Импульсы для вычитания переводят управ ляющий триггер в противоположное состояние равновесия, при котором высокий потенциал подается на шину вычитания. При этом подготавливаются к срабатыванию подключенные к этой шине элементы И и между триггерами устанавливается связь, характерная для вычитающего счетчика (см. рис. 14.19).
В настоящем параграфе рассмотрены счетчики, производя щие счет в двоичной системе. Построение счетчиков, произво-
Дящих счет в другой системе счисления, строятся анало гичным образом, но каждый разряд состоит из делителя на триггерах, который обладает коэффициентом деления, равным основанию системы счисления (например, при счете в десятич ной системе каждый разряд состоит из делителей на триггерах с обратными связями с коэффициентом деления /?= 1 0 ).
ВОПРОСЫ Д ЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Нарисуйте временные диаграммы для последовательно го суммирующего счетчика (рис. 14.17).
2 . Нарисуйте временные диаграммы для суммирующего счетчика с параллельным переносом (рис. 14.18).
3. Нарисуйте временные диаграммы для вычитающего счетчика (рис. 14.19).
4. В трехразрядном реверсивном счетчике записано чис ло 001. Поясните последовательность работы счетчика при по даче сначала четырех единиц на вход сложения, а затем двух единиц на вход вычитания.
Глава
ИМПУЛЬСНЫЕ ДВОИЧНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ФЕРРОМАГНИТНЫХ СЕРДЕЧНИКАХ
§ 15.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНЫХ СЕРДЕЧНИКОВ
СПРЯМОУГОЛЬНОЙ ПЕТЛЕЙ ГИСТЕРЕЗИСА
1.Понятие о двоичных ячейках на ферромагнитных сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ)
Вимпульсной технике широко применяются устройства на ферромагнитных сердечниках с ППГ. Можно указать два основных свойства сердечников с ППГ, на базе ко
торых строятся импульсные устройства.
Первое свойство состоит в том, что сердечник с ППГ обес печивает резкий переход в область насыщения при сравни
тельно небольших значениях напряженности поля. Это свой ство используется для формирования импульсов малой дли тельности.
Второе свойство определяется наличием у ферромагнитных сердечников двух значений остаточной магнитной индукции (-j- Вг н — Вг), которые условно принимаются за «1» и «О» двоичного числа. Это свойство позволяет строить двоичные ячейки цифровых устройств для хранения двоичной информа ции и выполнения различных логических и арифметических операций.
Магнитные двоичные ячейки (МДЯ) могут быть построены либо только на трансформаторах с сердечником из материала с ППГ, либо на сочетании таких трансформаторов с полупро водниковыми приборами. Последние получили наиболее ши рокое распространение.
Полупроводниковые приборы в МДЯ выполняют вспомога тельную роль (развязывают ячейки друг с другом, усиливают
