m_th_i.v.belyantseva_2017

По – другому,такая схема называется двоичным счетчиком импульсов. Недостаток такой схемы - невозможность задать любой (не кратный числу 2) коэффициент деления. Для этого существуют другие, более сложные схемы.

Делитель частоты на семь

Для деления частоты в «нестандартное» число раз, к примеру, на 3 или 7, необходима специальная схема контроля, которая бы сбрасывала все триггеры при определенном их состоянии, чтобы счет начинался с нуля.

Благодаря элементу 3И-НЕ при состоянии триггеров 1-1-1 низкий уровень, появившийся на его выходе, сбросит все триггеры в ноль (входы R), и счетчик начнет считать сначала. Если перевести 111 в более привычную для нас десятичную систему счисления, получим 7, и это значит, что наш счетчик будет обнуляться после каждого седьмого импульса.

Рис.3.8 Функциональная схема делителя частоты на 7

Рис. 3.9 Временные диаграммы делителя частоты на 7

50

Делитель с изменяемым коэффициентом деления

Рис. 3.7 Делитель с изменяемым коэффициентом деления

В исходном состоянии на входной 7 шине поддерживается уровень логического нуля (счетных импульсов нет), счетчик 1 находится в исходном нулевом состоянии (вход сброса счетчика 1 на рис. 3.7 не показан). Уровень логического нуля, поступающий со входной 7 шины на второй вход элемента 5 И, поддерживает на его выходе уровень логического нуля, независимо от уровня сигнала на первом входе. Поэтому на входах элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ могут быть любые сочетания уровней сигналов, следовательно, в исходном состоянии переключатель 9 коммутатора 3 может находиться в любом из положений, а на шине 6 управления может поддерживаться любой из двух логических уровней.

Рассмотрим работу делителя при установке конкретного коэффициента деления (коэффициента передачи), выбор которого осуществляется установкой переключателя 9 коммутатора 3 в нужное положение и подачей по шине 6 управления соответствующего сигнала (логического уровня). Состояния уровней сигнала на шине 6 управления и положения переключателя 9 коммутатора 3 для всех возможных значений коэффициента деления (коэффициента передачи) делителя при использовании в нем четырехразрядного двоичного счетчика 1, показанного на рис. 4.7, приведены в таблице 2.

51

Таблица 2

Допустим, что переключатель 9 коммутатора 3 установлен в положение 5, на шину 6 управления подан уровень логической единицы, а счетчик 1 переключается по фронту (по положительному перепаду) счетных импульсов.

При подаче по входной 7 шине счетных импульсов начинается их подсчет. Поскольку переключатель 9 коммутатора 3 установлен в положение 5, то в состояниях счетчика, соответствующих числам 3, 7, 11 и 15, на выходе

52

коммутатора 3 появляется (в соответствии с выражением ) уровень логического нуля, который поступает на второй вход элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, на первом входе которого имеется уровень логической единицы. Поэтому на выходе элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ в указанных состояниях счетчика появляется уровень логической единицы, открывающий элемент 5 И по второму входу, на первый вход которого поступают счетные импульсы по входной 7 шине. В результате на выход элемента 5 И проходят третий, седьмой, одиннадцатый и пятнадцатый счетные импульсы, то есть четыре импульса из шестнадцати поступивших на счетный вход счетчика 1 до его обнуления (переполнения). При поступлении последующих импульсов указанный процесс выделения четырех импульсов из каждых шестнадцати циклически повторяется, то есть в рассматриваемом случае коэффициент передачи импульсов на выходную 8 шину равен 4/16 (коэффициент деления делителя равен четырем).

Если при выбранном положении (пятом) переключателя 9 коммутатора 3 на шину 6 управления подать уровень логического нуля, то уровень логической единицы на выходе элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ будет появляться во всех остальных состояниях счетчика 1, кроме указанных четырех, то есть на выход делителя пройдут двенадцать импульсов из каждых шестнадцати (коэффициент деления - 1,33).

При установке переключателя 9 коммутатора 3 в положение 9 уровень логического нуля на выходе коммутатора 3 будет появляться в нечетных

состояниях счетчика (так как ), поэтому при логической единице на шине 6 управления на выходе элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ уровень логической единицы будет появляться при нечетных состояниях счетчика 1 и через элемент 5 И на выходную 8 шину будут проходить нечетные счетные импульсы, то есть коэффициент передачи импульсов на выходную 8 шину равен 8/16 (коэффициент деления равен двум). При логическом нуле на шине 6 управления коэффициент деления делителя в рассматриваемом случае также будет равен двум, только на выходную 8 шину через элемент 5 И будут пропускаться все четные счетные импульсы.

Аналогично работает делитель при других сочетаниях положений переключателя 9 и логических уровней сигнала на шине 6 управления (см. таблицу), то есть при выборе других возможных коэффициентов деления. При этом счетчик 1 делителя работает без принудительного сброса в исходное нулевое состояние, то есть в полном объеме, поэтому в процессе

53

работы делителя с конкретным выбранным коэффициентом деления счетчик 1 может одновременно использоваться для деления счетных импульсов на максимальный для этого счетчика коэффициент деления (в данном случае - для деления на 16). При этом сигнал снимается с выхода старшего разряда счетчика 1.

При переключении счетчика 1 по срезу (по отрицательному перепаду) счетных импульсов делитель работает аналогично, только при этом на выход элемента 5 И пропускаются импульсы, следующие за импульсами, по срезу которых счетчик 1 переключается в состояния, выделяемые переключателем 9 и логическим уровнем сигнала на шине 6 управления.

Таким образом, предлагаемый делитель частоты с изменяемым коэффициентом деления может работать с любым возможным для счетчика 1 коэффициентом деления, при этом длительность выходных импульсов делителя равна длительности счетных импульсов, а необходимый коэффициент деления устанавливается с помощью коммутатора 3 и уровнем сигнала на шине 6 управления. Одновременно при выбранном коэффициенте деления делитель может применяться для деления частоты поступающих счетных импульсов на максимальный для счетчика 1 коэффициент деления (в нашем случае это 16, при этом снимается с выхода старшего разряда счетчика 1) или даже на некоторые другие коэффициенты деления (в нашем случае это 8, 4, 2) при снятии выходных сигналов с выходов других разрядов счетчика 1, поскольку счетчик 1 в процессе работы не сбрасывается принудительно в исходное нулевое состояние. В последних случаях длительность выходных сигналов делителя, снимаемых с выходов его разрядов, зависит от точки снятия сигнала, а скважность их равна двум.

54

Делитель на кольцевом регистре сдвига

Рис. 3.10 Конструкция делителя частоты импульсов на регистре сдвига (На примере трехразрядного регистра).

1-преобразователь код-код; 2-RS-триггеры; 3-задерживающий элемент; 4-

ключ; 5-сумматор

Приведенный делитель частоты представляет собой кольцевой (в качестве примера трехразрядный) регистр сдвига с регулируемым количеством ячеек (RS-триггеров). Начальное состояние триггеров таково, как показано на рисунке 3.10.

Напреобразователь код-код 1 подается кодированный сигнал, соответствующий данному числу деления, пришедший кодированный сигнал преобразуется в распределительный код, в котором во всех разрядах, кроме одного, ноли. Единичка из одного разряда подается на ключи 4 (закрывая ключ продвижения по делителю далее и открывая ключи канала возврата и канала выхода через сумматор 5) соответствующего триггера 2, образуя тем самым кольцевой регистр сдвига с количеством ячеек равным порядковому номеру В регистра, на который была подана единица.

Импульсы, поступающие на вход делителя (на шину сдвига) будут перемещать единицу (перекидывая состояние триггеров), находящуюся навыходе первого триггера далее по делителю до В-го триггера. Когда единичка придет на В-ый триггер она через сумматор 5 пройдет на выход

55

делителя, следующий импульс на входе делителя вернет эту единичку по каналу возврата на выход первого триггера.

Таким образом, меняя подключенный триггер, мы меняем емкость кольцевого регистра сдвига, следовательно, меняем коэффициент деления.

Делитель на двоичном счетчике импульсов

Конструкция данного делителя представляет собой двоичный счетчик импульсов, работающий на вычитание.

Для настройки данной схемы необходимо переводя переключающие устройства 5 (тумблеры, рычажки, кнопки, ключи и т.п.) в определенное положение подать сигнал на соответствующие входы ключей 4 от источника питания 6. Тем самым задавая число, которое будет введено в счетчик импульсов, т.е. коэффициент деления.

Далее при поступлении сигнала пуск на сумматор 3 ключи 4 откроются и пропустят имеющиеся у них на входе единички на соответствующие Т- триггеры 1. В соответствии с поступившими на вход единичками на выходах триггеров появится сигнал – определенное двоичное число.

Рис. 3.11 Конструкция делителя частоты импульсов на двоичном счетчике импульсов

56

1-Т-триггер; 2-элемент ИЛИ-НЕ; 3-сумматор; 4-ключ; 5-переключающее устройство; 6-источник питания;

При поступлении на вход делителя импульсов это двоичное число будет уменьшаться на один за каждый пришедший импульс. Так будет до тех пор, пока на выходах всех триггеров не будет ноли. Тогда элемент ИЛИ-НЕ 2 подаст импульс на выход делителя и через сумматор 3 на ключи 4, тем самым опять вводя заданное число (оно же коэффициент деления).

Если вводимое число – n, то делитель будет пропускать каждый n-ный импульс.

Делитель, построенный по каскадному принципу

Конструкция такого делителя частоты импульсов приведена в [7, стр.133]. Наладка делителя заключается в подключении переключающим устройством 3 необходимых входов кольцевых регистров сдвига 1,4,5 к элементу И 2. Регистр 1 задает единицы числа деления, регистр 4 – десятки, регистр 5 – сотни. На рисунке заданный коэффициент деления m составляет - 443.

57

Рис. 3.12 Конструкция делителя частоты импульсов, построенного по каскадному принципу.

1,4,5-кольцевой регистр сдвига; 2-элемент И; 3-переключающее устройство;

При поступлении импульсов на вход регистра 1 единичка в нем перемещается по ячейкам, по достижении девятой ячейки следующий импульс на входе пройдет на регистр 4, а в регистре 1 единичка вернется в ячейку 1. И так будет до тех пор, пока во всех подключенных к элементу И 2 ячейках не будут единички, тогда элемент И 2 подаст импульс на выход делителя и на сброс всех регистров в начальное положение (единички во всех регистрах находятся в нулевой ячейке).

58

3.2 ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙИМПУЛЬСОВ, ПЕРЕДАВАЕМЫХ ЧЕРЕЗ ДЕЛИТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Рассмотрим подробнее неравномерность следования импульсов в делителях частоты. Имеется двоичный счетчик. На вход этого счетчика подаются последовательно импульсы с некоторой постоянной частотой. С последовательных разрядов этого счетчика выдаются импульсы. Если для заданного перемещения по этой координате требуется ∆ импульсов, то в программе должен быть предусмотрен отбор импульсов с разрядов счетчика, соответствующих двоичному разложению числа ∆. При отборе импульсов с различных разрядов последовательность импульсов, в силу принципа работы схемы, удовлетворяет следующим условиям:

1)импульсы каждого разряда следуют равномерно (через равные промежутки времени);

2)импульсы каждого следующего по старшинству разряда следуют с частотой, вдвое меньшей частоты непосредственно предшествующего ему младшего разряда; импульсы первого по старшинству разряда следуют

счастотой, равной половине частоты, подаваемой на счетчик;

3)в любом разряде (кроме первого) каждый импульс попадает в середину промежутка времени между двумя последовательными импульсами непосредственно предшествующего разряда.

Сказанное продемонстрируем на графике (рис. 3.13).

Из этих трех условий непосредственно следует, что в любом разряде (кроме первого) каждый импульс попадает в середину между двумя последовательными импульсами любого более младшего разряда, и в любом разряде между двумя последовательными импульсами может попасть не более одного импульса от всех старших разрядов.

Рис. 3.13 Пример неравномерности следования импульсов:

а – от отдельных разрядов, б – от объединения трех разрядов

59