| КП.090201.32КСКпв.13.002.ПЗ
|
| ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ СЧЕТЧИКОВ С НЕДВОИЧНЫМ КОДИРОВАНИЕМ
|
| ГАПОУ ПК № 8 им. И.Ф. Павлова
|
В этой главе мы рассмотрим принцип разработки, и работы счетчиков в коде Грей и в коде «1из N»
Разработка счетчика в коде грея не особо отличается от разработки счетчика с двоичным кодированием. Поэтому разработку такого счетчика мы будем рассматривать на основе разработки счетчика с двоичным кодированием.
Метод заключается в использовании стандартной методики синтеза последовательностных устройств. При построении счетчика с модифицированными межразрядными связями последние, лишние, состояния исключаются непосредственно из таблицы функционирования счетчика. При этом после построения схемы обычным для синтеза автоматов способом получается счетчик, специфика которого состоит в нестандартных функциях возбуждения триггеров, и, следовательно, в нестандартных связях между триггерами, что и объясняет название способа. Схема получается как специализированная, изменение модуля счета требует изменения самой схемы, т. е. легкость перестройки с одного модуля на другой отсутствует. В то же время реализация схемы счетчика может оказаться простой.
Рассмотрим более подробно этот метод на примере построения счетчика с модулем счета M =5. Отметим, что методика синтеза может быть полностью стандартизирована при использовании для минимизации логических функций управления J и K входами триггеров счетчика метода карт Карно (см. пример синтеза счетчика-делителя на 3 в методических указаниях к ЛР №2 по ЭПУ).
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
Карты Карно делают синтез более надежным и наглядным, хотя при достаточной внимательности можно ограничиться и таблицей состояний с сигналами возбуждения используемых триггеров (см. табл. 1.1).
| Исходное состояние
| Следующее состояние
| Функции возбуждения
| | | | |
| Q2
| Q1
| Q0
| Q2
| Q1
| Q0
| J2
| K2
| J1
| К1
| J0
| К0
| | Qi®Qi+1
| J
| K
|
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| 1
| 0
| X
| 0
| X
| 1
| X
| |
| 0
| 0
| 1
| 0
| 1
| 0
| 0
| X
| 1
| X
| X
| 1
| | 0®0
| 0
| X
|
| 0
| 1
| 0
| 0
| 1
| 1
| 0
| X
| X
| 0
| 1
| X
| | 1®0
| 1
| X
|
| 0
| 1
| 1
| 1
| 0
| 0
| 1
| X
| X
| 1
| X
| 1
| | 1®1
| X
| 0
|
| 1
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| X
| 1
| 0
| X
| 0
| X
| | 0®1
| X
| 1
|
Табл.1.1
Счетчики с недвоичным кодированием могут использоваться в счетчиках электронергии из-за синхронизации сигнала внутри схемы. Это позволяет упрощать потребление электроэнергии в домах и на предприятиях. При этом не затрачивается особо много сил в разработки и реализации схемы электросчетчика с последующим использованием счетчиков с недвоичным кодированием.
Счетчик в коде «1 из N» можно построить так же как и счетчик с двоичным но на при этом на выход должен быть подключен дешифратор.
Для наращивания разрядности десятичного счетчика используется межразрядный десятичный перенос. Сигнал переноса р]0 возникает при коде цифры «9». Он формируется из каждого десятого счетного импульса при р]0 = 1 и должен проходить на выход в течение длительности счетного импульса, т.е. активным для триггеров всех декад должен быть задний фронт счетного импульса. В приведенной на рис. 8 схеме декадного счетчика для формирования выходного переноса используется элемент ИЛИ.
Рисунок 8. Схема десятичного счетчика на D-триггерах
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
В спроектированной схеме счетчика имеются шесть лишних состояний. Они исключены в том смысле, что не используются при нормальном функционировании счетчика. Но при сбоях или после подачи на схему напряжения питания в начале ее работы лишние состояния могут возникать. Поэтому полезно определить поведение схемы (автомата), в которой возникло лишнее состояние. Имея схему, можно полностью предсказать поведение схемы во всех возможных ситуациях. Сделаем это для полученной схемы счетчика с модулем 10.
Взяв каждое лишнее состояние, найдем для него функции возбуждения триггеров, определяющие их переходы в следующее состояние. При необходимости найдем таким же способом следующий переход и т.д. Для взятого примера лишними являются состояния 1001, 1010, 1011, 1101, 1110, 1111. Определяем переходы счетчика из каждого запрещенного состояния:
Удобно построить диаграмму состояний счетчика (граф переходов), в которой учтен не только рабочий цикл (его состояния на рисунке 9 показаны кружками), но и поведение автомата, попавшего в неиспользуемые состояния (эти состояния показаны прямоугольниками). Из диаграммы видно, что рассматриваемый счетчик обладает свойством самозапуска (самовосстановления после сбоя) — независимо от исходного состояния он приходит в рабочий цикл после начала работы
Рисунок 9. Диаграмма состояний десятичного счетчика
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
Этим свойством обладают не все схемы. В некоторых схемах автоматический вход в рабочий цикл не происходит. При разработке таких схем в них вводят специальные элементы или подсхемы для придания свойств самозапуска.
Рисунок 10. Схема использования счетчиков с недвоичным кодированием в электроустановках более 1000 в
Сложность схемотехнической реализации счетчика с кодом Грея выше за счет усложнения логических функций возбуждения информационных входов триггеров (дополнительные логические элементы), преобразователь кодов относительно прост. Нетрудно построить счетчик с кодом Грея формальным способом с помощью минимизации на основе карт Карно, исходя из таблицы переходов счетчика (выполнить самостоятельно). Последовательность кодовых комбинаций для кода Грея можно получить по соотношению gi=bi Å bi+1, где gi — значение разряда кода Грея; bi, значение разряда двоичного кода, преобразуемого в код Грея. Разряд левее старшего для двоичного кода считается нулевым.
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
Счетчики в коде «1 из N» находят применение в системах синхронизации, управления и других ЦУ. На их основе получают импульсные последовательности с заданными временными диаграммами. Для этого можно вначале разбить период временной диаграммы на части («кванты»), соответствующие минимальному интервалу временной диаграммы, применив задающий генератор с частотой, равной m/T, где m — число «квантов» в периоде диаграммы T. Выходные импульсы задающего генератора затем распределяются во времени и пространстве так, что каждый «квант» появляется в свое время и в своем пространственном канале.
Счетчик в коде «1 из N» имеет один вход, на который подаются импульсы задающего генератора, и N выходов. Причем первый импульс генератора передается на первый выход счетчика (канал), второй импульс — во второй канал и т.д. Структура такого счетчика, называемого также распределителем тактов, и временные диаграммы его работы показаны на рисунке 11, причем временная диаграмма на рисунке 11, б соответствует режиму распределения уровней (паузы между активными состояниями каналов отсутствуют).
Рисунок 11. а) Структурная схема счетчика в коде «1из N», б) Диаграмма состояний каналов.
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
Распределители импульсов реализуются на основе РУ путем включения в их выходные цепи конъюнкторов, на вторые входы которых подаются импульсы задающего генератора.
Имея распределенные во времени и пространстве «кванты», можно с помощью логических элементов ИЛИ собирать из них импульсные последовательности с необходимыми временными диаграммами. Часто нужны именно те последовательности, которые вырабатываются непосредственно распределителями тактов.
Распределителем тактов (РТ) является регистр сдвига, замкнутый в кольцо, если записанное в регистр слово содержит всего одну единицу. При сдвигах единица перемещается с одного выхода на другой, циркулируя в кольце. Число выходов РТ равно разрядности регистра. Недостаток схемы — потеря правильного функционирования при сбое. Возможны варианты с самовосстановлением работы РТ на кольцевом регистре. Работа схемы такого РТ (рисунок 37) основана на том, что на последовательный вход регистра подаются нули, пока в нем имеется хотя бы одна единица. Таким образом, лишние единицы будут устранены. Когда регистр очистится, сформируется сигнал записи единицы на его входе. Следовательно, потеря единственной единицы также будет исключена. Выход логического элемента ИЛИ-НЕ, выполняющего самовосстановление схемы, дает еще один дополнительный канал.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
| КП.090201.32КСКпв.13.002.ПЗ
|
| ГАПОУ ПК № 8 им. И.Ф. Павлова
|
Данный курсовой проект был направлен на исследование разработки счетчиков с недвоичным кодированием, за основу исследования были взяты два самых известных счетчиков этого класса: счетчик в коде Грея и счетчик «1 из N».
Поставленные задачи курсового проекта были выполнены. В первой главе рассмотрели понятия счетчиков, а так же рассмотрели понятия выбранных счетчиков и объяснили, как они работают. Во второй главе мы рассмотрели разработку счетчиков с недвоичным кодированием методом синтеза последовательных устройств. Цель курсовой работы так же была выполнена исходя из выполнения задач по рассмотрению разработки счетчиков методом синтеза.
Актуальность счетчиков была доказана из-за простого использования этого класса счетчиков. Счетчики в коде грея используются в качестве переходника кодовой комбинации на один разряд, а счетчик «1 из N» используется в качестве синхронизации передаваемой информации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
| КП.090201.32КСКпв.13.002.ПЗ
|
| ГАПОУ ПК № 8 им. И.Ф. Павлова
|
1. Информационные системы и технологии: Научное издание / Под ред. Ю.Ф. Тельнова. - М.: ЮНИТИ, 2012. - 303 c.
2. Информационные системы и технологии: Научное издание. / Под ред. Ю.Ф. Тельнова. - М.: ЮНИТИ, 2016. - 303 c.
3. Румянцева, Е.Л. Информационные технологии: Учебное пособие / Е.Л. Румянцева, В.В. Слюсарь; Под ред. Л.Г. Гагарина. - М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 256 c.
4. https://studopedia.ru/5_128316_schetchiki-s-nedvoichnim-kodirovaniem.html
5. https://studfiles.net/preview/2713968/page:14/
2020-04-20
173
