Úvod do počítadiel - typy počítadiel

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





Počítadlo je digitálne zariadenie a výstup počítadla obsahuje preddefinovaný stav na základe aplikácií hodinových impulzov. Výstupom z pult možno použiť na spočítať počet impulzov. Počítadlá všeobecne pozostávajú z klopného obvodu, ktorým môže byť synchrónne počítadlo alebo asynchrónne počítadlo. V synchrónnom počítadle je všetkým žabkám pridelená iba jedna taktovaná i / p, zatiaľ čo v asynchrónnom počítadle je o / p žabky je hodinový signál z blízkeho. Aplikácie mikrokontrolér je potrebné počítať vonkajšie udalosti, ako je presné generovanie vnútorného časového oneskorenia a frekvencia sledov impulzov. Tieto udalosti sa často používajú v digitálnych systémoch a počítačoch. Obidve tieto udalosti je možné vykonať softvérovými technikami, ale softvérové ​​slučky na počítanie neposkytnú presný výsledok, dôležitejšie funkcie sa nerobia. Tieto problémy je možné napraviť časovačmi a počítadlami v mikrokontroléroch, ktoré sa používajú ako prerušenia.

Počítadlá

Počítadlá



Typy počítadiel

Počítadlá je možné rozdeliť do rôznych typov podľa spôsobu ich časovania. Oni sú


  • Asynchrónne počítadlá
  • Synchrónne čítače
  • Počítadlá asynchrónnej dekády
  • Počítadlá synchrónnej dekády
  • Asynchrónne čítače nahor a nadol
  • Synchrónne čítače nahor a nadol

Pre lepšie pochopenie tohto typu počítadiel tu diskutujeme o niektorých počítadlách.



Asynchrónne počítadlá

Schéma 2-bitového asynchrónneho počítadla je uvedená nižšie. Vonkajšie hodiny sú pripojené iba k hodinám i / p na FF0 (prvý klopný obvod). Takže tento FF mení stav na klesajúcej hrane každého hodinového impulzu, ale FF1 sa mení iba vtedy, keď je aktivovaný klesajúcou hranou Q o / p FF0. Kvôli integrálnemu oneskoreniu šírenia cez FF nemôže nikdy nastať zmena hodinového impulzu i / p a zmena Q o / p FF0 v rovnakom čase. FF teda nemožno aktivovať súčasne, čím sa vygeneruje asynchrónna operácia.

Asynchrónne počítadlá

Asynchrónne počítadlá

Všimnite si, že pre uľahčenie sú zmeny Q0, Q1 a CLK vo vyššie uvedenom diagrame zobrazené ako súbežné, aj keď ide o asynchrónne počítadlo. V skutočnosti existuje malé oneskorenie b / n zmien Q0, Q1 a CLK.

Spravidla sú všetky CLEAR i / ps spojené dohromady, takže pred spustením počítania môže jediný impulz vyčistiť všetky FF. Hodinový impulz privádzaný do FF0 sa vlní novými čítačmi po oneskoreniach šírenia, ako napríklad vlnenie na vode, odtiaľ termín Ripple Counter.


Schéma zapojenia dvojbitového počítadla zvlnenia obsahuje štyri rôzne stavy, z ktorých každý pozostáva z hodnoty počítania. Rovnako aj počítadlo s n FF môže mať 2N stavy. Počet stavov v počítadle sa nazýva ako jeho číslo mod. Preto je dvojbitové počítadlo čítačom mod-4.

Počítadlá asynchrónnej dekády

V predchádzajúcom počítadle majú 2n štáty. Možné sú ale aj počítadlá so stavmi menšími ako 2n. Sú navrhnuté tak, aby mali č. štátov v ich sériách. Nazývajú sa skrátené sekvencie, ktoré sa dosiahnu riadením počítadla recykláciou predtým, ako prejdú všetky jeho stavy. Spoločný modul pre počítadlá so skrátenou sekvenciou je 10. Počítadlo s 10 stavmi v jeho sérii sa nazýva desaťročné počítadlo. Implementovaný obvod počítadla desaťročia je uvedený nižšie.

Schéma zapojenia počítadla asynchrónneho desaťročia

Schéma zapojenia počítadla asynchrónneho desaťročia

Keď bude počítadlo počítať do desať, všetky FF sa vymažú. Všimnite si, že iba Q1 a Q3 sa používajú na dekódovanie počtu 10, čo sa nazýva čiastočné dekódovanie. Zároveň jeden z ďalších stavov od 0 do 9 bude mať Q1 aj Q3 vysoké. Séria tabuľky desaťročia počítadla je uvedená nižšie.

Poradie počítadla dekády

Poradie počítadla dekády

Asynchrónne čítače nahor a nadol

V konkrétnych aplikáciách musí byť počítadlo schopné počítať hore aj dole. Pod obvodom je trojbitový čítač hore a dole, ktorý počíta NAHORU alebo DOLU na základe stavu riadiaceho signálu. Keď je UP i / p na hodnote 1 a DOWN i / p na hodnote 0, brána NAND medzi FF0 a FF1 bude brániť neinvertovaný o / p (Q) klopného obvodu (FF0) do hodinového i / p flip flopu (FF1). Rovnako bude neinvertovaný o / p Flip Flop1 bránou cez druhú bránu NAND do hodinových i / p flip-flopu2. Počítadlo sa preto bude počítať.

Asynchrónny obvodový diagram počítadla hore-dole

Asynchrónny obvodový diagram počítadla hore-dole

Akonáhle je riadenie i / p (UP) na 0 & DOWN je na 1, obrátený o / ps flip-flop0 (FF0) a flip-flop1 (FF) sú bránené do hodinových i / ps FF1 a FF2 osobitne . Ak sa FF spočiatku zmenia na 0, potom bude počítadlo prechádzať nasledujúcou sériou, keď sa použijú impulzy i / p. Všimnite si, že asynchrónny čítač smerom nahor a nadol je pomalší ako počítadlo UP / počítadlo nadol z dôvodu zvláštneho oneskorenia šírenia zavedeného bránami NAND.

Sekvencia asynchrónneho počítadla smerom nahor

Sekvencia asynchrónneho počítadla smerom nahor

Synchrónne čítače

V tomto typ počítadiel , CLK i / ps všetkých FF sú navzájom spojené a sú aktivované impulzmi i / p. Takže všetky FF menia stav okamžite. Schéma zapojenia uvedená nižšie je trojbitové synchrónne počítadlo. Vstupy J a K klopného obvodu0 sú pripojené k HIGH. Flip-flop 1 má svoje J & K i / ps pripojené k o / p flip-flop0 (FF0) a vstupy J & K flip-flop2 (FF2) sú pripojené k o / p brány AND, ktorá je napájaný o / ps flip-flop0 a flip-flop1. Keď sú obidva výstupy FF0 a FF1 VYSOKÉ. Kladná hrana štvrtého impulzu CLK spôsobí, že FF2 zmení svoj stav kvôli bráne AND.

Schéma synchrónneho počítadla

Schéma synchrónneho počítadla

Séria tabuľky troch bitových počítadiel je uvedená nižšie. Hlavnou výhodou týchto počítadiel je, že nedochádza k zvyšovaniu časového oneskorenia v dôsledku paralelného aktivovania všetkých FF. Maximálna pracovná frekvencia tohto synchrónneho počítadla bude teda podstatne vyššia ako u ekvivalentného počítadla zvlnenia.

CLK impulzy synchrónnych počítadiel

CLK impulzy synchrónnych počítadiel

Počítadlá synchrónnej dekády

Synchrónne počítadlo sa počíta od 0 do 9 podobne ako asynchrónne počítadlo a potom znova recykluje nulu. Tento proces sa vykonáva vrátením 1010 stavov späť do stavu 0000. Toto sa nazýva skrátená sekvencia, ktorú je možné navrhnúť obvodom pod ním.

Schéma zapojenia počítadla synchrónneho desaťročia

Schéma zapojenia počítadla synchrónneho desaťročia

Zo série na ľavom stole to môžeme pozorovať

  • Q0 sa viaže na každý impulz CLK
  • Q1 sa zmení na nasledujúcom hodinovom impulze zakaždým, keď Q0 = 1 & Q3 = 0.
  • Q2 sa zmení na nasledujúcom hodinovom impulze zakaždým, keď Q0 = Q1 = 1.
  • Q3 sa mení na nasledujúcom pulze CLK zakaždým, keď Q0 = 1, Q1 = 1 & Q2 = 1 (počet 7), alebo keď Q0 = 1 & Q3 = 1 (počet 9).
Poradie počítadla synchrónnej dekády

Poradie počítadla synchrónnej dekády

Vyššie uvedené vlastnosti sa používajú pri Brána AND alebo brána OR . Logický diagram tohto je znázornený na vyššie uvedenom diagrame.

Synchrónne čítače nahor a nadol

Ďalej sú uvedené trojbitové synchrónne počítadlo nahor a nadol, tabuľková forma a série. Tento typ počítadla má riadenie i / p hore-dole podobné ako asynchrónne počítadlo hore-dole, ktoré sa používa na riadenie smeru počítadla cez určitú sériu.

Schéma zapojenia synchrónnych počítadiel hore-dole

Schéma zapojenia synchrónnych počítadiel hore-dole

Séria tabuľky ukazuje

  • Q0 sa viaže na každý impulz CLK pre sériu hore aj dole
  • Keď Q0 = 1 pre vyššiu sériu, potom sa stav Q1 zmení na nasledujúcom impulze CLK.
  • Keď Q0 = 0 pre zostupnú sériu, potom sa stav Q1 zmení na nasledujúcom impulze CLK.
  • Keď Q0 = Q1 = 1 pre vyššiu sériu, potom sa stav Q2 zmení na nasledujúcom impulze CLK.
  • Keď Q0 = Q1 = 0 pre zostupnú sériu, potom sa stav Q2 zmení na nasledujúcom impulze CLK.
Poradie počítadiel synchrónnej dekády

Poradie počítadiel synchrónnej dekády

Vyššie uvedené charakteristiky sa používajú pri bráne AND, bráne OR a bráne NOT. Logický diagram tohto je znázornený na vyššie uvedenom diagrame.

Aplikácie počítadiel

Aplikácie počítadiel zahŕňajú hlavne digitálne hodiny a multiplexovanie. Najlepší príklad počítadla je paralelný s logikou konverzie sériových údajov, ktorá je uvedená nižšie.

Sada bitov vykonávajúcich súbežne na paralelných linkách sa nazýva paralelné dáta. Sada bitov, ktorá sa vykonáva na jednom riadku v časovej rade, sa nazýva sériové dáta. Konverzia údajov paralelne na sériové sa obvykle vykonáva pomocou počítadla, čím sa získa binárna séria dát, vyberte i / ps z MUX, ako je vysvetlené v nasledujúcom obvode.

Konverzia dát paralelne k sériovému portu

Konverzia dát paralelne k sériovému portu

Vo vyššie uvedenom obvode sa počítadlo modulo-8 skladá z Q o / ps, ktoré sú pripojené k údajom, vyberte i / ps 8-bitový MUX . Prvá 8-bitová skupina paralelných dát sa aplikuje na vstupy MUX. Keď počítadlo prechádza binárnou sériou od 0 do 7, každý bit začína s D0, je vybraný sériovo a prechádza cez MUX na o / p linku. Po impulzoch 8-CLK sa dátový bajt zmenil na sériový formát a poslal sa prenosovou linkou. Potom sa počítadlo opätovne spracuje na 0 a v podobnom procese opäť zmení ďalší paralelný bajt.

Toto je teda všetko o počítadlách a typoch počítadiel, ktoré zahŕňajú asynchrónne čítače, synchrónne čítače, čítače asynchrónnej dekády, počítadlá synchrónnej dekády, asynchrónne čítače hore-dole a synchrónne čítače hore-dole. Ďalej akékoľvek pochybnosti týkajúce sa tejto témy resp časovače a počítadlá v mikrokontroléri 8051 komentujte prosím v sekcii komentárov nižšie.