Моделирование дополнительного элемента-счетчика К564ИЕ9

Счетчики

Счетчиком называется ОЭ (электронный узел), обеспечивающий выполнение микрооперации счета сигналов (импульсов), поступающих на его вход.

Счетчики выполняются на триггерах и логических элементах, количество и тип которых определяется назначением счетчика. В общем случае счетчик имеет М устойчивых состояний. Под действием входных сигналов счетчик, установленный в начальное состояние, изменяет его и сохраняет до тех пор, пока на вход не поступит следующий сигнал. Каждому состоянию счетчика соответствует порядковый номер 0, I. 2, ..., М. Если в момент времени t_i счетчик находится в i-м состоянии, то оно определяет число поступивших на счетчик сигналов. Таким образом, счетчик осуществляет преобразование числоимпульсного (унитарного) кода в позиционный двоичный код.

При подаче на вход счетчика М считываемых сигналов, на выходе его возникает сигнал переполнения, а счетчик возвращается в начальное состояние, т.е. счет единичных сигналов осуществляется в нем по модулю М (или с периодом счета Т_n = М.)

В ЭВМ счетчики используются для образования последовательности адресов команд, для счета количества циклов выполнения операций, в преобразователях информации из непрерывной формы в дискретную и т.п.

В зависимости от способа кодирования различают счетчики с позиционным (единичным, двоичным, троичным и т.д.), комбинированным позиционным и непозиционным (код Грея) кодированием. В счетчиках с позиционным кодированием числовое выражение текущего состояния определяется формулой:

y_i =  w_к Q _к

где n - количество разрядов;

w_к - вес к-го разряда;

Q_к - логическое значение разряда, определяемое состоянием соответствующего триггера.

На практике в основном используются счетчики с позиционным кодированием.

По целевому назначению счетчики бывают простые (суммирующие и вычитающие) и реверсивные. На простые счетчики сигналы поступают с одним знаком, т.е. эти счетчики имеют переходы от состояния к состоянию только в одном направлении. Суммирующий счетчик предназначен для выполнения счета в прямом направлении, т.е. для сложения. С подачей очередного единичного сигнала на вход показание счетчика увеличивается на единицу. Вычитающий счетчик предназначен для выполнения счета единичных сигналов в режиме вычитания. Каждый счетный сигнал, поступивший на вход такого счетчика, уменьшает его показания на единицу. Реверсивные счетчики предназначены для работы в режиме сложения и вычитания.

В зависимости от способа организации счета счетчики подразделяются на асинхронные и синхронные. В асинхронных счетчиках сигнал от каскада к каскаду передается естественным путем в различные интервалы времени в зависимости от сочетания входных сигналов. В синхронных счетчиках сигналы от каскада к каскаду передаются принудительным путем при помощи тактовых сигналов,

По способу организации цепей переноса между каскадами различают счетчики с последовательным, сквозным (параллельным), групповым и частично групповым переносом.

Основными характеристиками счетчика являются:

- модуль счета - период счета или коэффициент пересчета;

- разрешающая способность;

- время регистрации;

- емкость счетчика.

Модуль счета (М) характеризует число устойчивых состояний счетчика, т.е. предельное число входных сигналов которое может сосчитать конкретный счетчик.

Разрешающая способность - это минимально допустимый период следования входных сигналов, при котором еще обеспечивается надежная работа счетчика. Чем больше частота поступления счетных сигналов, тем больше быстродействие счетчика.

Время регистрации (Т_р) - интервал времени между моментами поступления входного сигнала и окончания самого длинного переходного процесса в схеме счетчика.

Емкость счетчика (N) определяется максимальным числом единичных сигналов, которое может быть зафиксировано на счетчике. Эта характеристика зависит от основания системы счисления и числа каскадов. (N= 2ⁿ).

Счетчик К564ИЕ9

Микросхема К564ИЕ9— четырехразрядный счетчик-делитель на восемь Джонсона.

Назначение выводов ИС К564ИЕ9

Условно-графическое обозначение ИС К564ИЕ9:

Основой счетчика Джонсона является кольцевой сдвигающий регистр, у которого имеется одна перекрестная связь, обеспечивающая инверсную перезапись информации в один из разрядов регистра при прямой перезаписи информации во всех остальных разрядах. Важными свойствами счетчиков Джонсона являются их высокое быстродействие и простота дешифрации состояний. Быстродействие определяется временем установки одного разряда, а дешифрация состояний осуществляется с помощью двухвходовых ЛЭ И.

В качестве одного разряда счетчика используется тактируемый M-S-триггер типа D с непосредственным входом установки L. Триггер состоит из двух триггеров: основного М и вспомогательного S. Запись информации в триггер осуществляется последовательно, сначала в основной (при отсутствии тактового импульса), затем во вспомогательный (по тактовому импульсу). Счетчик осуществляет счет от положительного фронта тактового сигнала С при напряжении низкого уровня на входе разрешения Е. При высоком уровне напряжения на входе Е происходит блокировка счета. Счетчик осуществляет счет также от отрицательного фронта сигнала Е при высоком уровне напряжения по входу С.

Функциональная схема ИС:

В процессе работы счетчика на выходе переноса CR формируется последовательность импульсов со скважностью Q=2 и частотой, равной /_вк/8. Обнуление счетчика происходит при подаче уровня Н на вход установки нуля R , при этом выходы 0 и CR принимают состояние высокого уровня, а все остальные выходы —состояние низкого уровня. При работе микросхемы сначала происходит последовательная запись уровня Н во все разряды, начиная с первого, затем первый разряд переходит в состояние L ипроисходит обратный процесс последовательное заполнение всех разрядов счетчика уровнем L . Дешифрация состояния счетчика производится с помощью восьми двухвходовых схем И — НЕ, при этом напряжение Н имеется всегда лишь на одном из выходов 0—7. В ИС К564ИЕ9 используется восьмеричный код Джонсона, который отличается от двоичного и двоично-десятичного кода тем, что, когда счетчик переходит к следующему логическому состоянию, меняется только одна логическая переменная.

Таблица истинности ИС К564ИЕ9:

Для счетчика создаётся, как и для всех элементов, УГО, посадочное место и библиотечный элемент. Посадочное место будет несколько иным из-за количества ножек = 16.

Рис. 14 Штыревое посадочное место для счетчика ИС К564ИЕ9

При моделировании данного счетчика в качестве входных сигналов С, Е, R используются значения C, Q2, HR2.

Временные диаграммы работы счетчика будут иметь вид:

Рис 15. Временные диаграммы работы счетчика.

Разработка принципиальной электрической схемы

Графический редактор P-CAD Schematicпредназначен для разработки электрических принципиальных схем с использованием условных графических обозначений элементов. При этом УГО ЭРЭ могут извлекаться из соответствующей библиотеки или создаваться средствами самой программы.

Если не разрабатывается узел печатной платы, то при вычерчивании схем берутся УГО элементов, не связанные с их конструктивной базой. Такая схема может использоваться как иллюстративный материал. При возникновении необходимости разработки ПП ее надо дополнить соответствующей конструкторско-технологической информацией.

При выполнении проекта с разработкой узла ПП схема должна формироваться из библиотечных элементов, которые включают полную информацию о конструктивных особенностях ЭРЭ и их посадочных местах на ПП.

Рис 16. Принципиальная электрическая схема.

Комплекс временных диаграмм работы триггерного устройства и счетчика К564ИЕ9:

Рис 15.Временные диаграммы работы триггерного устройства и счетчика К564ИЕ9.