Счетчик на схеме: Схема электрическая счетчика

Содержание

Схема электрическая счетчика

Электрический счетчик, точнее — счетчик расхода электрической энергии является специальным прибором, предназначенным для учета потребляемой нагрузкой электрической энергии. По своей технической идее он представляет из себя комбинацию измерителя потребляемой электрической энергии с отображающим показания счетным механизмом. Различают электрические счетчики для измерения энергии постоянного или переменного тока. Счетчики электроэнергии переменного тока бывают однофазными и трехфазными. По принципу действия электрические счетчики могут быть индукционными и электронными.

Краткая история создания электрического счетчика

В 1885 году итальянцем Галилео Феррарисом (1847-1897) было сделано интересное наблюдение вращения сплошного ротора в виде металлического диска или цилиндра под воздействием двух не совпадающих по фазе полей переменного тока. Это открытие послужило отправной идеей для создания индукционного двигателя и одновременно открыло возможность разработки индукционного счетчика.

Первый счетчик такого типа был создан в 1889 году венгром Отто Титуцем Блати, который работал на заводе «Ганц» (Ganz) в Будапеште, Венгрия. Им был запатентована идея электрического счётчика для переменных токов (патент, выданный в Германии, № 52.793, патент, полученный в США, № 423.210).

В таком устройстве Блати смог получить внутреннее смещение фаз практически на 90°, что позволило счетчику отображать ватт-часы достаточно точно. В электросчетчике этой модели уже применялся тормозной постоянный магнит, обеспечивавший широкий диапазон измерений количества потребляемой энергии, а также был использован регистр циклометрического типа.

Дальнейшие годы ознаменовались многими усовершенствованиями, проявившимися в уменьшении веса и размеров прибора, расширении диапазона допустимых нагрузок, компенсации изменения величины коэффициента нагрузки, значений напряжения и температуры. Было существенно снижено трение в опорах вращающегося ротора счетчика с помощью замены шарикоподшипниками подпятников, позже применили двойные камни и магнитные подшипники. Значительно увеличился срок стабильной эксплуатации счетчика за счет повышения технических характеристик тормозной электромагнитной системы и неприменения масла в опорах ротора и счетном механизме. Значительно позже для промышленных потребителей был создан трехфазный индукционный счетчик, в котором применили комбинацию из двух или трех систем измерения, установленных на одном, двух или даже трех отдельных дисках.

Схема для подключения счетчика индукционного типа

Схема электрическая принципиальная счетчика индукционного типа в общем случае предельно проста и представляет собой две обмотки (тока и напряжения) и клеммную колодку, на которую выведены их контакты. Условная схема, по которой подключается однофазный электрический счетчик, в стандартном электрощите многоквартирных домов имеет следующий вид:

Здесь фазу «А» обозначает линия желтого цвета, фазу «В» — зеленого, фазу «С» – красного, нулевой провод «N» – линии синего цвета, проводник для заземления «PЕ» — линия желто-зеленого цвета. Пакетный выключатель в настоящее время часто заменяют более современным двухполюсным автоматом с защитой от перегрузки. Следует отметить, что между схемой подключения счетчика индукционного типа и аналогичной схемой подключения электронного счетчика принципиальных различий нет.

Условная схема для подключения электрического счетчика в трехфазной четырехпроводной сети напряжением 380 вольт имеет вид:

Здесь цветовые обозначения аналогичны предыдущей схеме подключения счетчика для однофазной сети.

Важно соблюдать прямой порядок чередования фаз трехфазной сети на колодке контактов счетчика. Определить его можно с помощью фазоуказателя или прибора ВАФ. В прямом порядке чередование фаз напряжений производится так: АВС, ВСА, САВ (если идти по часовой стрелке). В обратном порядке чередование фаз напряжений производится так: АСВ, СВА, ВАС. При этом создается дополнительная погрешность и возникает самоход ротора индукционного счетчика для активной энергии. В электрическом счетчике реактивной энергии обратный порядок чередования фаз нагрузки и напряжений приводит к вращению ротора в обратном направлении.

Схема электрических соединений однофазного индукционного электрического счетчика

На схеме линии красного цвета обозначают фазный провод и токовую катушку, а синего цвет — нулевой провод и катушку напряжения.

Схема электрических соединений трехфазного счетчика индукционного типа при прямом включении в четырехпроводной сети напряжения 380 вольт:

Здесь: фазу «А» обозначает желтый цвет, фазу «В» — зеленый, фазу «С» — красный, нулевой провод «N» — синим цвет; L1, L2, L3 – обозначают токовые катушки; L4, L5, L6 — обозначают катушки напряжения; 2, 5, 8 – контакты напряжения; 1, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 11 – контакты для подключения внешней электропроводки к трехфазному счетчику.

Принцип действия и устройство индукционного электросчетчика

Токовая обмотка, включенная последовательно с потребителем электроэнергии, имеет малое число витков, которые намотаны толстым проводом, соответствующим номинальному току данного счетчика. Это обеспечивает минимум ее сопротивления и внесения погрешности измерения тока.

Обмотка напряжения, включенная параллельно нагрузке, имеет большое количество витков (8000 — 12000), которые намотаны тонким проводом, что уменьшает потребляемый ток холостого хода счетчика. Когда к ней подключено переменное напряжение, а в токовой обмотке течет ток нагрузки, через алюминиевый диск, являющийся ротором, замыкаются электромагнитные поля, наводящие в нем так называемые вихревые токи. Эти токи взаимодействуют с электромагнитным полем и создают вращающий момент, приводящий в движение подвижный алюминиевый диск.

Постоянный магнит, создающий магнитный поток через диск счетчика, создает эффект тормозного (противодействующего) момента.

Неизменность скорости вращения диска достигается при балансе вращающего и тормозного усилий.

Количество оборотов ротора за час будет пропорциональным израсходованной энергии, что эквивалентно тому, что значение установившейся равномерной скорости вращения диска является пропорциональным потребляемой мощности, если вращающий момент, воздействующий на диск, адекватен мощности потребителя, к которому подключен счетчик.

Трение в кинематических парах механизма индукционного счетчика создает появление погрешностей в измерительных показаниях. Особенно значительно влияние трения на малых (до 5-10% от номинального значения) нагрузках для индукционного счетчика, когда величина отрицательной погрешности может составлять 12 — 15%. Для сокращения влияния сил трения в индукционном счетчике используют специальное устройство, которое называется компенсатор трения.

Существенный параметр счетчика электрической энергии переменного тока — порог чувствительности прибора, который подразумевает значение минимальной мощности, выраженной в процентах от номинального значения, при котором ротор счетчика начинает устойчиво вращаться. Другими словами, порог чувствительности – это минимальный расход электроэнергии, который счетчик в состоянии зафиксировать.

В соответствии с ГОСТом, значение порога чувствительности для индукционных счетчиков различных классов точности, должно составлять не больше 0,5 — 1,5%.

Уровень чувствительности задается значением компенсирующего момента и момента торможения, который создается специальным противосамоходным устройством.

Принцип работы электронного счетчика

Индукционные счетчики расхода электрической энергии при всей их простоте и невысокой стоимости обладают рядом недостатков, в основе которых находится использование механических подвижных элементов, имеющих недостаточную стабильность параметров при долгосрочной эксплуатации прибора. Электронный счетчик электроэнергии лишен этих недостатков, имеет низкий порог чувствительности, более высокую точность измерения потребляемой энергии.

Правда, для построения электронного счётчика требуется применение узкоспециализированных интегральных микросхем (ИС), которые могут выполнять перемножение сигналов тока и напряжения, формировать полученную величину в виде, удобном для обработки микроконтроллером. Например, микросхемы, преобразующие активную мощность — в значение частоты следования импульсов. Общее число полученных импульсов, интегрируемых микроконтроллером, является прямо пропорциональным потребляемой электроэнергии.

Блок-схема электронного счетчика

Не менее важным для полноценной эксплуатации электронного счетчика является наличие всевозможных сервисных функций, таких как удаленный доступ к счётчику для дистанционного контроля показаний, определение дневного и ночного потребления энергии и многие другие. Применение цифрового дисплея позволяет пользователю программно задавать различные форматы вывода сведений, например, отображать на дисплее информацию о количестве потреблённой энергии за определенный интервал, задавать различные тарифы и тому подобное.

Для выполнения отдельных нестандартных функций, например, согласования уровней сигналов, потребуется применение дополнительных ИС. В настоящее время начат выпуск специализированных микросхем — преобразователей мощности в пропорциональную частоту — и специализированные микроконтроллерные устройства, имеющие подобный преобразователь на одном кристалле. Но, чаще всего, они слишком дорогостоящи для применения в коммунально-бытовых устройствах индукционных счётчиков. Поэтому многими мировыми производителями микроконтроллеров разрабатываются специализированные недорогие микросхемы, специально предназначенные для подобного применения.

Какой вид имеет схема электрическая принципиальная счетчика по простейшему цифровому варианту на наиболее недорогом (менее доллара) 8-разрядном микроконтроллере компании Motorola? В рассматриваемом решении осуществлены все минимально обязательные функции устройства. Оно основано на применении недорогой ИС, преобразующей мощность в частоту импульсов типа КР1095ПП1 и 8-разрядного микроконтроллерного устройства MC68HC05KJ1. При такой архитектуре счетчика микроконтроллеру необходимо суммировать получаемое число импульсов, отображать информацию на дисплее и осуществлять защиту устройства в различных нештатных режимах. Описываемый счётчик в действительности является цифровым функциональным аналогом имеющихся механических счётчиков, приспособленным для дальнейшего усовершенствования.

Схема электрическая принципиальная простейшего цифрового счетчика электроэнергии

Сигналы, эквивалентные значениям напряжения и тока в сети, получаются от датчиков и подаются на вход преобразователя. Микросхема осуществляет перемножение входных сигналов, формируя мгновенное значение потребляемой мощности. Это значение поступает на микроконтроллер, преобразуется в ватт-часы. По мере накопления данных изменяются показания счётчика на ЖКИ. Наличие частых сбоев напряжения электропитания устройства приводит к необходимости применения EEPROM для обеспечения сохранности показаний счётчика. Поскольку сбои напряжения питания являются наиболее распространенной нештатной ситуацией, подобная защита требуется в любом электронном счётчике.

Схема электрическая принципиальная счетчика (цифровой вычислитель) приведена ниже. Через разъём X1 присоединяется напряжение сети 220 В и электропотребитель. Датчики напряжения и тока формируют сигналы, поступающие на микросхему КР1095ПП1 преобразователя, имеющего оптронную развязку частотного выхода. Ядром счётчика является микроконтроллер MC68HC05KJ1 производства компании Motorola, производимый в 16-выводном корпусе (корпус DIP или SOIC) и оснащенный 1,2 Кбайтом ПЗУ и 64 байтом ОЗУ. Для сохранения накопленного количества потребленной энергии во время сбоев по питанию применяется EEPROM с малым объёмом памяти 24С00 (16 байт) от компании Microchip. Дисплеем служит 7-сегментный 8-разрядный ЖКИ, который управляется любым недорогостоящим микроконтроллером, обменивающимся с центральным микроконтроллером данными по протоколам SPI или I2C и подключенный через разъём Х2.

Заложенный алгоритм работы счетчика потребовал менее 1 Кбайт памяти и меньше половины из всех портов ввода/вывода на микроконтроллере MC68HC05KJ1. Его технических возможностей достаточно для того, чтобы дополнить счетчик некоторыми сервисными функциями, например, возможностью объединения счётчиков в локальную сеть через интерфейс RS-485. Эта возможность позволяет получать данные о потребленной энергии в сервисный центр и дистанционно отключать электричество, если потребителем не внесена оплата. Сетью, содержащей такие счётчики можно оснастить жилой многоквартирный дом. Все показания счетчиков по сети будут дистанционно поступать в диспетчерский пункт.

Практический интерес представляет применение семейства 8-разрядных микроконтроллеров с кристаллом, содержащим встроенную FLASH-память. Это позволяет его программировать прямо на собранной плате. Это также обеспечивает защищённость от взлома программного кода и удобство обновления ПО без выполнения монтажных работ.

Цифровой вычислитель для электронного счетчика электроэнергии

Более интересным представляется вариант электронного счётчика электроэнергии без применения внешней EEPROM и дорогостоящего внешнего энергонезависимого ОЗУ. В этом случае можно при возникновении аварийной ситуации фиксировать показания и другую служебную информацию во внутренней FLASH-памяти микроконтроллера. Это дополнительно обеспечивает требуемую конфиденциальность данных, что нельзя обеспечить, если применяется внешний кристалл, не защищённый от несанкционированного доступа посторонних лиц. Такой электронный счётчик электроэнергии с любым уровнем сложности и функциональности можно создать с применением микроконтроллера компании Motorola из семейства HC08 с FLASH-памятью, встроенной в основной кристалл.

Осуществление перехода на цифровые дистанционные автоматические средства учёта и контроля расхода электроэнергии является вопросом времени. Технические и потребительские достоинства таких систем являются очевидными. Стоимость их будет неизменно уменьшаться. И даже в случае применения простейшего микроконтроллера такой электронный счётчик электроэнергии обладает очевидными преимуществами: высокая надёжность вследствие полного отсутствия подвижных деталей; миниатюрность; возможность выпуска счетчика в корпусе с учётом особенностей интерьера в современных жилых домах; увеличение интервала поверок в несколько раз; высокая ремонтопригодность и предельная простота в обслуживании и эксплуатации. Даже небольшие дополнительные аппаратные и программные затраты в простейшем цифровом счётчике могут дополнить его рядом сервисных функций, принципиально отсутствующих у всех механических электросчетчиков, например, применение многотарифного начисления оплаты за потребляемую энергию, возможность реализации автоматизированного учёта и управления потреблением электроэнергии.

Схема подключения электросчетчика | Заметки электрика

Приветствую Вас на сайте «Заметки электрика».

В предыдущих статьях я Вам рассказал как правильно выбрать и купить электросчетчик.

И сейчас перед нами стоит задача в его подключении.

После прочтения этой статьи у Вас не возникнет затруднений по установке и подключению счетчика электрической энергии.

 

Схема подключения однофазного электросчетчика

Красным цветом обозначены токовая катушка (обмотка) и фазный провод, синим цветом — катушка (обмотка) напряжения и нулевой провод.

Данная схема предназначена для подключения любого однофазного счетчика электрической энергии.

Однофазные счетчики чаще всего подключают по схеме прямого включения в сеть и только в очень редких случаях через трансформаторы тока.

В клеммной колодке однофазного счетчика электроэнергии имеется 4 контакта:

  • 1 клемма — ввод фазы
  • 2 клемма — выход фазы на нагрузку (в квартиру)
  • 3 клемма — ввод нуля
  • 4 клемма — выход нуля на нагрузку (в квартиру)
  • винт напряжения — для отключения катушки напряжения в индукционных счетчиках при проведении государственной поверки

Вот внешний вид, распространенного в последнее время, однофазного электронного счетчика СОЭ-55/50Ш-Т-112.

А вот внешний вид однофазного электронного счетчика СЕ-102 от Энергомеры.

Кстати, читайте мою статью о том, как правильно снимать показания со счетчиков Энергомера (положение запятой или точки на счетном механизме).

Пример схемы подключения однофазного электросчетчика в квартире или на даче.

В данной схеме перед счетчиком электроэнергии установлен вводной автоматический выключатель. Эту схему можно использовать для электроснабжения своей квартиры, дачи или коттеджа. Более подробно о выполнении монтажа электропроводки Вы можете познакомиться в следующих статьях:

Дополнительно: наглядное представление о схеме подключения однофазного счетчика можете узнать из статьи про этажный щит на 3 квартиры. В ней я подробно рассказываю про замену счетчика на лестничной площадке в этажном щите.

 

Схема подключения трехфазного электросчетчика

Данная схема предназначена для подключения трехфазного счетчика электрической энергии прямого включения.

Существует несколько способов подключения трехфазных счетчиков электроэнергии, в зависимости от электроустановки:

  • прямого включения
  • через трансформаторы тока
  • через трансформаторы тока и измерительные трансформаторы напряжения

Все вышеперечисленные схемы отличаются только наличием в них трансформаторов тока и напряжения. Более подробно об этом Вы можете прочитать в моей статье подключение счетчика через трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

Для бытовых нужд (квартиры, дачи, коттеджи) чаще всего используется прямой способ включения трехфазного электросчетчика. Эти счетчики ограничены по току до 100 (А).

Если необходимо расширить пределы по напряжению или току, то применяют измерительные трансформаторы тока (ТОП-0,66, ТШП-0,66, ТК-20, ТПЛ-10, ТПОЛ-10, ТОЛ-10, ТПФМ-10 и др.) и трансформаторы напряжения (НОС-0,5, НТСИ-0,5, НТМИ-10, НАМИ-10, ЗНОЛ.06-10, НОМ-10 и др.), которые уменьшают первичные величины тока и напряжения до безопасного уровня.

В клеммной колодке трехфазного счетчика прямого включения имеется 8 контактов. Все аналогично однофазному электросчетчику, только различается количеством фаз.

В данной статье я покажу Вам наглядно только один, самый распространенный способ — подключение трехфазного трехэлементного счетчика прямого включения в 4-проводную сеть напряжением 380/220 (В).

Внимание!!! При подключении важно соблюдать фазировку и цветовую маркировку проводов.

В данной схеме перед счетчиком электроэнергии установлен вводной четырехполюсный автоматический выключатель. После счетчика питание электроприемников производится через групповые однополюсные автоматические выключатели с равномерным распределением нагрузки по фазам. Эту схему можно использовать для электроснабжения своей дачи или коттеджа.

P.S. Чтобы грамотно и профессионально выполнить вышеперечисленные работы, необходимо хорошо знать схемы подключения электросчетчиков. Думаю, что после изучения этой статьи Вы своими руками сможете подключить электросчетчик. А также Вы можете пригласить специалистов электролаборатории, которые качественно и быстро выполнят все электромонтажные работы.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


Как определить тип импульсного выхода у счетчика и проверить его исправность? — База знаний

Тип (НАМУР, ГЕРКОН) и дискретность импульсного выхода добросовестные производители указывают в паспорте на счетчик. Счетчики воды ITELMA, VALTEC, ПУЛЬС, ПУЛЬСАР, ЭКОНОМ имеют дискретность 10 литров на импульс. Если эта информация отсутствует, то рекомендуем воспользоваться мультиметром или попробовать действовать методом проб и ошибок.

Для диагностики импульсного выхода вам потребуется любой мультиметр или омметр.

  • Обязательно отключите счетчик от контроллера;
  • Установите мультиметр в режим измерения сопротивления на диапазон не менее 10 кОм;
  • Подключите мультиметр к проводам от счетчика, если использовалось удлинение, то подключайтесь к удлинителю, чтобы заодно проверить и данный кабель;
  • Откройте подачу ресурса;

У исправного счетчика значения, отображаемые на мультиметре, должны меняться каждые 10 литров. Крайне редко встречаются счетчики с дискретностью 1, 2, 100, 1000 литров на импульс.

Чтобы увидеть изменения на импульсном выходе необходимо пролить достаточное количество воды. Так при полностью открытом кране через счетчик диаметром 1/2″ проходит примерно 10-30 литров воды за одну минуту. Открывайте тот вид ресурса который проверяете, т.е. если вы проверяете холодный счетчик, то и кран открывайте только холодной воды.

В зависимости от типа выхода ГЕРКОН или НАМУР значения будут отличаться:

  • Для механических счетчиков с ГЕРКОН значения будут чередоваться: обрыв, короткое замыкание, обрыв, короткое замыкание и т.д. В контроллере используются чуть более широкие диапазоны: до 1 кОм — низкий уровень импульса, от 10 кОм — высокий уровень импульса, от 1 кОм до 10 кОм — ошибка «значение вне диапазона».
  • Для механических счетчиков с НАМУР значения будут чередоваться: 1.6 кОм, 5.6 кОм, 1.6 кОм, 5.6 кОм и т.д. В контроллере используются чуть более широкие диапазоны: от 0 до 1 кОм — ошибка «короткое замыкание», от 1 кОм до 4 кОм — низкий уровень импульса, от 4 кОм до 10 кОм — высокий уровень импульса, от 10 кОм — ошибка «обрыв».
  • Для цифровых счетчиков возможны иные значения, зависящие от конкретной модели прибора!

Обратите внимание, что у некоторых счетчиков в схеме присутствует диод или у них цифровой выход, т.е. для них требуется соблюдение полярности подключения! Известные нам марки, для которых требуется соблюдение полярности: АЛЕКСЕЕВСКИЙ, ВОДОМЕРЪ, БЕТАР, СГМБ. Если мультиметр не улавливает изменение сопротивления, то попробуйте поменять щупы местами. Общая рекомендация — если один из проводников счетчика красный, то следует его подключать к +, а второй проводник к -.

Если значение сопротивления при любой полярности подключения не меняется при расходе или не соответствуют описанным выше значениям, то:
  • либо производитель перепутал маркировку проводников
  • либо не исправен импульсный выход счетчика
  • либо нарушена целостность кабеля от счетчика, что нередко случается при удлинении кабеля.

Обновлена: 19. 08.2021 ID: 2499


AD13B.1-LRs-Z-R-VW (1-5-1) — трехфазный счетчик электроэнергии

Описание

Трехфазный счeтчик электроэнергии AD13В.1-LRs-Z-R-VW (1-5-1) предназначен для измерения потребляемой электрической энергии (активной и реактивной, прямой и обратной), оценки текущей активной, реактивной, полной мощности, коэффициента мощности, частоты напряжения сети и ряда других параметров в трехфазных сетях переменного тока напряжением 3х230/400 В, позволяет осуществлять централизованный сбор информации о потреблении электроэнергии по линиям 0,4 кВ или по двухпроводной линии RS-485. Прибор учета обладает единой неразборной прозрачной крышкой корпуса и крышкой клеммника. 

Технические характеристики

Класс точности:
активная энергия
реактивная энергия

1
1

Постоянная счетчика:
активная энергия
реактивная энергия

1 000 имп/(кВт∙ч)
1 000 имп/(квар∙ч)

Чувствительность:

активная и реактивная энергия

0,02 А

Минимальный ток:

активная и реактивная энергия

0,25 А

Базовый ток

5 А

Максимальный ток

80 А

Номинальное напряжение и рабочий диапазон

3х230/400 В ± 20 %

Частота сети 

50 Гц

Мощность, потребляемая цепью тока, не более:

0,1 В∙А

Мощность, потребляемая цепью напряжения, не более:

активная

полная

1,3 Вт

9,0 В∙А

Коммуникационные интерфейсы

PLC LV (силовая линия 0,4 кВ) для связи с УСПД RTR;

оптический порт;

RS-485 для связи с УСПД RTR или подключения дополнительного коммуникационного модуля

Датчики

вскрытия объединенной крышки корпуса, магнитного поля, датчик диф. тока

Число тарифов в расписании, не более

6

Число переключений между тарифами в сутки, не более

24

Погрешность часов в сутки при + 25 °С, не более

± 0,5 с/сутки

Интервал между поверками

16 лет

Степень защиты оболочкой

IP54

Сроки службы прибора учета:

срок службы батарейки, не менее

средний срок службы, не менее

средняя наработка на отказ счетчика, не менее

16 лет

30 лет

230 000 ч

Габаритные размеры

(242×179×48) мм

Масса, не более

1,4 кг

Габаритные и установочные размеры счетчика:

Схема подключения счетчика:

Схема счетчика с трехразрядным индикатором » Паятель.

Ру
Счетчик минут имеет трехразрядный индикатор, отображающий до 999 минут. Три кнопки управления, кнопка «пуск-стоп» — при ее нажатии начинается (или продолжается) отсчет, при отжатии — счет останавливается, кнопка сброс, при нажатии на неё показания сбрасываются в «000», и последняя кнопка индикация, при нажатии на неё включается светодиодное цифровое табло.


Схема простая, выполнена на четырех микросхемах серии К176. На D1 (К176ИЕ12) -генератор минутных импульсов, на D2 — D4 (3 х К176ИЕ4) счетчик минут от «000» до «999». В качестве источника питания используется девятивольтовая батарея типа «Корунд» или составленная из шести элементов типа (А316). Можно использовать и сетевой адаптер.

Минутные импульсы получаются путем деления частоты 32768 Гц в счетчике D1, в состав которого входит и мультивибратор. Частота стабилизирована резонатором Q1. Пока кнопочный переключатель S1 находится в отжатом (показанном на схеме) положении на входы R счетчика D1 поступает единица, и этот счетчик принудительно удерживается в нулевом положении.

На его выходе М, при этом, присутствует логический ноль. При нажатии S1 она фиксируется в нижнем, по схеме, положении, при этом на входы R D1 через R1 поступает нуль, и счетчик начинает работать. На его выходе М появляются импульсы, следующие с периодом в 1 минуту. Эти импульсы поступают на трехразрядный десятичный счетчик на микросхемах D2-D4 с выходами на светодиодные цифровые индикаторы Н1-Н3. Показания счетчиков можно сбросить нажатием на S3, которая не имеет фиксации.

Питание универсальное, от гальванического источника типа «Крона» (батарея G1) и от сетевого 10-вольтового адаптера от игровой приставки (подключается к разъему XS1). При питании от адаптера счетчик минут функционирует, и постоянно светится трехразрядное табло.

При отключении сетевого напряжения или при отключении адаптера счетчик минут продолжает функционировать питаясь от G1 через диод VD3, при этом диод VD2 закрывается и питание на индикаторы не поступает. Для того чтобы в таком режиме просмотреть показания цифрового табло нужно нажать на S2 и удерживать её во время просмотра (кнопка S2 без фиксации).

Большинство деталей счетчика минут смонтированы на печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1-2 мм, с двухсторонним расположением печатных дорожек. За пределами платы расположен блок кнопочных переключателей. Это стандартный узел из трех модульных переключателей на два направления типа П2К.

Исходно все переключатели модуля были с независимой фиксацией. Нужно осторожно разобрать два модуля и извлечь из них фиксаторы, затем собрать. Таким образом на узле будет один кнопочный переключатель с независимой фиксацией (S1) и две кнопки без фиксации (S2 и S3). Можно вместо П2К использовать аналогичные серии ПКН-61.

Микросхемы D1 — К176ИЕ12, D2-D4 — К176ИЕ4, можно заменить на импортные аналоги. Светодиодные индикаторы — АЛС335Б, с общим анодом или АЛС321Б. Можно использовать и другие светодиодные индикаторы, но это может потребовать изменения разводки печатной платы.

Диоды КД503 можно заменить на КД522, КД521, КД102, КД105, КД208, КД209. Конденсатор СЗ должен быть на емкость не менее 470 мкФ.

Схема подключения электрического счетчика


Наглядная схема подключения однофазного электрического счетчика в стандартных электрощитах следующая:

Примечание: фаза «А» обозначена желтым цветом, фаза «В» — зеленым, фаза «С» — красным, нулевой провод «N» — синим цветом, заземляющий проводник «PЕ» — желто-зеленым. Вместо пакетного выключателя может быть установлен двухполюсный автомат. Схема подключения индукционного счетчика не отличается от схемы подключения электронного.

Наглядная схема подключения трехфазного электрического счетчика прямого включения в четырехпроводной сети напряжением 380 вольт:

Примечание: фаза «А» обозначена желтым цветом, фаза «В» — зеленым, фаза «С» — красным, нулевой провод «N» — синим цветом, заземляющий проводник «PЕ» — желто-зеленым.
Обязательно соблюдение прямого порядка чередования фаз напряжений на колодке зажимов счетчика. Определяется фазоуказателем или прибором ВАФ. Прямой порядок чередования фаз напряжений — АВС, ВСА, САВ (по часовой стрелке). Обратный порядок чередования фаз напряжений — АСВ, СВА, ВАС, создает дополнительную погрешность и вызывает самоход индукционного счетчика активной энергии. Счетчик реактивной энергии при обратном порядке чередования фаз напряжений и нагрузки вращается в обратную сторону.

Схема однофазного индукционного электрического счетчика:

Примечание: фазный провод и токовая катушка обозначены красным цветом; нулевой провод и катушка напряжения обозначены синим цветом.

Схема соединений трехфазного индукционного счетчика прямого включения для четырехпроводной сети напряжением 380 вольт:

Примечание: фаза «А» обозначена желтым цветом, фаза «В» — зеленым, фаза «С» — красным, нулевой провод «N» — синим цветом; L1, L2, L3 — токовые катушки; L4, L5, L6 — катушки напряжения; 2, 5, 8 — винт напряжения; 1, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 11 — клеммы для подключения электропроводки к счетчику.



Счетчик. Часть 2. Проверяем на симуляторе, создаем символы.

РадиоКот >Обучалка >Микроконтроллеры и ПЛИС >Программируемая логика Altera — первые шаги >

Счетчик. Часть 2. Проверяем на симуляторе, создаем символы.

Ну продолжаем, короче…

Как рисовать схему, вы уже знаете. Поэтому открываем наш прожект:
File>Open

Внизу окошка выбираем тип отрываемого файла — Graphic Editor files *.gdf
Выбираем из списка наш файл — counter.gdf. Жмем OK. Файл открывается.

На всякий случай, еще раз сделаем этот файл проектом — мало ли чего могло произойти со времени его последнего использования.
File>Project>Set Project to Current File

Теперь можно рисовать схему. Как рисовать — вы уже знаете. Должно получиться что-то типа вот:

Это и есть схема 4-разрядного счетчика. Она состоит из 4-х счетных триггеров, включенных последовательно.
Компилируем. Открываем Waveform editor, вытаскиваем на него все входы и выходы схемы.

В File>End Time…


устанавливаем Time = 10.0us. Это — время окончания графика.

Вам не знакома величина us? Это «микросекунда». Почему u? Да потому что буква «мю«, которая обозначает у буржуев приставку «микро-«, очень похожа на букву u. Поскольку «мю» на клаве нет — используют ее заменитель.

Не сильно увлекайтесь — берите всегда минимально необходимое время. Симулятор считает довольно медленно.

Едем дальше.
Генерим на входе CLK тактовую частоту, сохраняем файл под именем counter.snf, запускаем симулятор. Как симулятор все просимулирует, пересимулирует, высимулирует — смотрим график. Должно быть что-то вроде:

Ну, в принципе, очень даже неплохо. По графику четко прослеживается работа счетчика. И вроде бы, он работает как надо… Но! Давайте увеличим масштаб:

Посмотрите! Как вам это нравится? Все фронты, отмеченные красным (кроме первого), должны происходить в одно и то же время. Однако, мы видим совершенно обратное:
Фронт на Q0 отстает от фронта CLK на 2,5 нс.
Фронт на Q1 отстает от вронта Q0 ажно на 5 нс.
То же безобразие творится между фронтами Q1,Q2 и Q3.

Возникает резонный вопрос: кто виноват и что делать?

По порядку.
Кто виноват?

Виновата наша схема, а точнее — каскадное включение счетных триггеров.
Каждый триггер вносит свою задержку — в результате каскадного (последовательного) включения эти задержки суммируются. Вот если бы мы смогли сделать так чтобы все триггеры срабатывали одновременно…

Что делать?

Мы хотим, чтоб триггеры переключались одновременно? Хорошо. Значит — к черту счетный триггер. Делаем хитрее: рисуем вот такую схему:

Это — ни что иное, как 4-разрядный регистр параллельной загрузки. В момент фронта на тактовых входе clk, во все триггеры захлопываются логические уровни по входам D[3..0].
Происходит это совершенно одновременно. Вот график работы этой схемы:

На входы D[] совершенно от балды подаем какие-то значения и смотрим на выходы.

«Так а причем здесь счетчик?» — спросите вы.
«Адын мамэнт» — отвечу я.

Счетчик что делает? Считает! То есть, по каждому такту его значение увеличивается на 1. Иначе говоря, каждое последующее значение счетчика равно предыдущему+1, верно?
Гениально! Значит что мы сделаем. Мы нарисуем хитрющую схемулину, которая будет прибавлять единицу к 4-разрядному числу, и включим эту схему между выходом и входом регистра. Для начала составим таблицу истинности:



        D[3210] Q[3210]
      0    0000 |  0001
      1    0001 |  0010
      2    0010 |  0011
      3    0011 |  0100
      4    0100 |  0101
      5    0101 |  0110
      6    0110 |  0111
      7    0111 |  1000
      8    1000 |  1001
      9    1001 |  1010
      10   1010 |  1011
      11   1011 |  1100
      12   1100 |  1101
      13   1101 |  1110
      14   1110 |  1111
      15   1111 |  0000


Теперь создадим новый графический файл — и приступим.

Смотрим в таблицу истинности.Что мы сразу видим? А вот что: младший разряд выхода (Q0) всегда противоположен младшему разряду входа (D0) — значит, смело ставим инвертор.

Если D0 равен 1, то на выходе меняется состояние Q1 на противоположное. Например, смотрим строчки 1, 3, 5 и т.д. Значит, юзаем элемент «исключающее ИЛИ». Вот его таблица истинности:



               D[10]| Q
                --------
                 00 | 0
                 01 | 1
                 10 | 1
                 11 | 0


Этот элемент можно назвать «управляемым инвертером». Когда на одном из его входов 1, он инвертирует состояние другого входа. Такое вот волшебство 🙂
В МаксПлюсе этот элемент зовут «xor«. Дополняем схему:

Перенос на 2-й разряд происходит, когда 0-й и 1-й равны 1. Значит, придется использовать элемент «И». Он называется «and2«. Почему «2»? Да потому что — два входа. есть and3 — у нее 3 входа. И так далее…
Продолжаем наши художества:

Ну, что нужно для обработки 3-го разряда, думаю, и так ясно.

Все! Теперь мы можем оформить эту схему как отдельный элемент.

Делаем раз: сохраняем файл со схемой. Пусть его зовут increment.gdf.
Теперь делаем два: File>Create Default Symbol.
Делаем три: открываем схему регистра, которую мы нарисовали в начале сегодняшней беседы. Тыкаемся два раза по пустому месту — появляется окошко:

Из списка Symbol Files выбираем только что созданный символ. И вот он, такой молодой и красивый, появляется на нашей схеме:

Гармонично дополняем им наше произведение:

Проверяем на симуляторе:

Это — в общем виде. Похоже? Похоже!
Увеличиваем масштаб:

Красота! Задержка после тактового сигнала осталась, остальные — исчезли без следа 🙂

Теперь это уже можно назвать неплохим 4-разрядным счетчиком. Настолько неплохим, что его даже можно оформить как отдельный символ. Вот такой:

В следующий раз мы немного доработаем его: приделаем вход сброса, разрешения счета. Может быть сделаем параллельную загрузку… Короче, придумаем чего-нибудь…

<<—Вспомним пройденное—-Поехали дальше—>>


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Проектирование счетчиков — Пример 1.5

Проектирование счетчиков — Пример 1.5

Конструкция счетчиков

Этот пример взят из T. L. Floyd, Digital Fundamentals , Fourth Edition, Macmillan Publishing, 1990, стр. 395.

Пример 1.5 Счетчик сначала описывается диаграммой состояний, которая показывает последовательность состояний, через которые счетчик продвигается при тактировании. На рисунке 18 показано диаграмма состояний 3-битного двоичного счетчика.

Рисунок 18. Диаграмма состояний 3-битного двоичного счетчика.

Схема не имеет входов, кроме тактового импульса, и нет выходов кроме его внутреннего состояния (выходы снимаются с каждого триггера счетчика). В следующее состояние счетчика полностью зависит от его текущего состояния, а переход состояния происходит каждый раз, когда возникает тактовый импульс.На рисунке 19 показана последовательность подсчета после каждый тактовый импульс.

Как только последовательная цепь определена диаграммой состояний, Следующим шагом является получение таблицы следующего состояния, которая выводится из диаграммы состояний в Рисунок 18 и приведен в Таблице 15.

Таблица 15. Таблица состояний

Текущее состояние Следующее состояние
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0 0 0

Поскольку имеется восемь состояний, необходимое количество триггеров было бы три. Теперь мы хотим реализовать дизайн счетчика с помощью триггеров JK.

Следующим шагом является создание таблицы возбуждений из таблицы состояний, что показано в Таблице 16.

Таблица 16. Таблица возбуждения

Переходы состояний вывода

Триггерные входы

Текущее состояние Следующее состояние
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0 0 0
0 х 0 х 1 х
0 х 1 х Х 1
0 х Х 0 1 х
1 х Х 1 Х 1
х 0 0 х 1 х
х 0 1 х Х 1
х 0 Х 0 1 х
х 1 Х 1 Х 1

Теперь передайте состояния JK входов триггера из таблицы возбуждения в карты Карно, чтобы получить упрощенное логическое выражение для каждого вход триггера. Это показано на рисунке 20.

Рис. 20. Карты Карно

1 на картах Карно на Рисунке 20 сгруппированы с «безразлично» и следующие выражения для входов J и K каждого в триггере получается:

J 0 = K 0 = 1
J 1 = K 1 = Q 0
J 2 = K 2 = Q 1 * Q 0

Последний шаг — реализация комбинационной логики из уравнения и соедините триггеры, чтобы сформировать последовательную схему.Полная логика 3-битный двоичный счетчик показан на рисунке 21.

Рисунок 21. Логическая схема 3-битного двоичного счетчика.

Пример 1.6

Инструкции счетчика ПЛК

| Счетчики в релейной логике программирования ПЛК

Счетчик — это инструкция ПЛК, которая либо увеличивает (считает), либо уменьшает (обратный отсчет) целочисленное значение при переходе бита с 0 на 1 («ложь» на «истина»).

Инструкции счетчика бывают трех основных типов:

  1. счетчиков вверх,
  2. счетчиков вниз и
  3. счетчиков вверх / вниз.

Инструкции счетчика «вверх» и «вниз» имеют одиночные входы для запуска счетчиков, тогда как счетчики «вверх / вниз» имеют два входа запуска: один для увеличения счетчика, а другой — для уменьшения счетчика.

Инструкции счетчика ПЛК

Чтобы проиллюстрировать использование команды счетчика, мы проанализируем систему на основе ПЛК, предназначенную для подсчета объектов, когда они проходят по конвейерной ленте:

В этой системе непрерывный (непрерывный) световой луч заставляет датчик света замыкать свой выходной контакт, запитывая дискретный канал IN4.

Когда объект на ленте конвейера прерывает световой луч от источника к датчику, контакт датчика размыкается, прерывая подачу питания на вход IN4.

Кнопочный переключатель, подключенный для активации дискретного входа IN5, при нажатии служит для ручного «сброса» значения счета.

Индикаторная лампа, подключенная к одному из дискретных выходных каналов, будет служить индикатором того, когда значение счетчика объектов превысило некоторый заранее установленный предел.

Теперь мы проанализируем простую программу лестничной диаграммы, предназначенную для увеличения счетчика инструкции каждый раз, когда световой луч прерывается:

Эта конкретная команда счетчика (CTU) является увеличивающимся счетчиком, что означает, что она ведет счет «вверх» с каждым входом перехода из состояния во включенное состояние на свой вход «CU».

Нормально замкнутый виртуальный контакт (объект датчика IN) обычно удерживается в «открытом» состоянии, когда световой луч непрерывен, в силу того факта, что датчик удерживает этот дискретный входной канал под напряжением, пока луч непрерывен.

Когда луч прерывается проходящим объектом на конвейерной ленте, входной канал обесточивается, в результате чего объект датчика виртуального контакта IN «замыкается» и посылает виртуальную мощность на вход «CU» команды счетчика.

Увеличивает счетчик, как только передний край объекта прерывает луч.Второй вход блока команд счетчика («R») — это вход сброса, получающий виртуальную мощность от контактного переключателя IN, который сбрасывается всякий раз, когда нажимается кнопка сброса. Если этот вход активирован, счетчик немедленно сбрасывает свое текущее значение (CV) на ноль.

Также прочтите: Инструкции по таймеру ПЛК

Индикация состояния показана в этой программе лестничной диаграммы, при этом предварительно установленное значение счетчика (PV) 25 и текущее значение счетчика (CV) 0 выделены синим цветом.

Предустановленное значение — это то, что запрограммировано в инструкции счетчика перед вводом системы в эксплуатацию, и оно служит порогом для активации выхода счетчика (Q), который в этом случае включает индикаторную лампу счета (счетчик OUT показывает, что катушка достигнута). .

В соответствии со стандартом программирования IEC 61131-3 этот выход счетчика должен активироваться всякий раз, когда текущее значение равно или больше заданного значения (Q активен, если CV ≥ PV).

Это состояние той же программы после того, как датчик на конвейерной ленте прошел тридцать объектов.

Как видите, текущее значение счетчика увеличилось до 30, превысив заданное значение и активировав дискретный выход:

Если бы все мы не заботились о поддержании точного общего количества объектов после 25 — а просто хотели, чтобы программа показывала, когда 25 объектов прошли мимо.

, мы также могли бы использовать инструкцию обратного счетчика, предварительно установленную на значение 25, которая включает выходную катушку, когда счетчик достигает нуля:

Здесь вход «нагрузка» приводит к тому, что текущее значение счетчика при активации становится равным предварительно установленному значению (25).

С каждым полученным импульсом датчика инструкция счетчика уменьшается. Когда он достигает нуля, активируется выход Q.

Потенциальная проблема в любой версии этой системы подсчета объектов заключается в том, что ПЛК не может различать прямое и обратное движение на конвейерной ленте.

Если, например, конвейерная лента когда-либо изменилась в обратном направлении, датчик продолжил бы считать объекты, которые уже прошли раньше (в прямом направлении), когда эти объекты отступили на ленту.

Это было бы проблемой, потому что система «думала», что по ленте прошло больше объектов (что указывает на большую производительность), чем на самом деле.

Также читайте: математические инструкции ПЛК

Одним из решений этой проблемы является использование счетчика увеличения / уменьшения, способного как увеличивать (счетчик), так и уменьшения (счетчик вниз), и оборудовать этот счетчик двумя датчиками светового луча, способными определять направление движения.

Если два световых луча ориентированы параллельно друг другу, ближе, чем ширина самого узкого объекта, проходящего вдоль конвейерной ленты, у нас будет достаточно информации, чтобы определить направление движения объекта:

Это называется квадратурной синхронизацией сигнала, потому что две формы импульса разнесены по фазе примерно на 90 градусов (четверть периода).

Мы можем использовать эти два сигнала со сдвигом по фазе для увеличения или уменьшения инструкции счетчика вверх / вниз, в зависимости от того, какой импульс опережает и какой задерживает.

Программа ПЛК с релейной диаграммой, предназначенная для интерпретации сигналов квадратурных импульсов, показана здесь с использованием контактов с отрицательным переходом, а также стандартных контактов:

Счетчик будет увеличиваться (увеличиваться), когда датчик B обесточен, только если датчик A уже находится в обесточенном состоянии (т.е. световой луч A прерывается раньше B).

Счетчик будет уменьшаться (обратный отсчет), когда датчик A обесточен, только если датчик B уже находится в обесточенном состоянии (т.е. световой луч B прерывается до A).

Обратите внимание, что повышающий / понижающий счетчик имеет как вход «сброса» (R), так и вход «загрузки» («LD»), чтобы принудительно установить текущее значение.

Активация входа сброса приводит к обнулению текущего значения счетчика (CV), как мы видели с инструкцией «вверх» счетчика.

Затем Активация входа нагрузки приводит к тому, что текущее значение счетчика возвращается к предварительно установленному значению (PV), как мы видели с командой «вниз» счетчика.

В случае прямого / обратного счетчика есть два выхода Q: QU (выход вверх), чтобы указать, когда текущее значение равно или больше, чем заданное значение, и QD (выход вниз), чтобы указать, когда текущее значение равно или меньше нуля.

Обратите внимание, как текущее значение (CV) каждого показанного счетчика связано с собственным именем тега, в данном случае подсчитываются части.

Целое число текущего значения счетчика (CV) является переменной в памяти ПЛК, как и логические значения, такие как IN, датчик A и сброс переключателя IN, и может быть точно так же связан с именем тега или символическим адресом.

Это позволяет другим инструкциям в программе ПЛК считывать (а иногда и записывать!) Значения из этой области памяти и в нее.

Кредиты: Тони Р. Купхальдт — Лицензия Creative Commons Attribution 4.0

PLC Учебники:

Если вам понравилась эта статья, то подпишитесь на наш канал YouTube с видеоуроками по ПЛК и SCADA.

Вы также можете подписаться на нас в Facebook и Twitter, чтобы получать ежедневные обновления.

Цифровые счетчики

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Понимать работу схем цифрового счетчика и может:
  • Опишите действие асинхронных (пульсационных) счетчиков с помощью триггеров типа D.
  • • Счетчики вверх.
  • • Прилавки вниз.
  • • Частотное деление.
  • Разберитесь в работе синхронных счетчиков.
  • Опишите общие функции управления, используемые в синхронных счетчиках.
  • • Счетчики BCD.
  • • Управление вверх / вниз.
  • • Включить / выключить.
  • • Предустановка и очистка.
  • Используйте программное обеспечение для моделирования работы счетчика.

Рис. 5.6.1 Четырехбитный асинхронный счетчик с повышением частоты

Рис. 5.6.2 Формы сигналов четырехбитного асинхронного повышающего счетчика

Асинхронные счетчики.

Счетчики, состоящие из нескольких триггеров, подсчитывают поток импульсов, подаваемых на вход CK счетчика. Выход представляет собой двоичное значение, значение которого равно количеству импульсов, полученных на входе CK.

Каждый выход представляет один бит выходного слова, которое в 74 серийных ИС счетчика обычно имеет длину 4 бита, а размер выходного слова зависит от количества триггеров, составляющих счетчик.Выходные строки 4-битного счетчика представляют значения 2 0 , 2 1 , 2 2 и 2 3 или 1,2,4 и 8 соответственно. Обычно они отображаются на схематических диаграммах в обратном порядке, с наименее значимым битом слева, это позволяет схематической диаграмме показать схему в соответствии с соглашением, согласно которому сигналы проходят слева направо, поэтому в этом случае вход CK слева.

Четырехбитный асинхронный счетчик с повышением частоты

Рис.5.6.1 показан 4-битный асинхронный восходящий счетчик, построенный из четырех триггеров типа D с положительным фронтом, подключенных в режиме переключения. Тактовые импульсы подаются на вход CK FF0, выход которого Q 0 обеспечивает выход 2 0 для FF1 после одного импульса CK.

Нарастающий фронт выхода Q каждого триггера запускает вход CK следующего триггера на половине частоты импульсов CK, подаваемых на его вход.

Выходы Q затем представляют четырехбитный двоичный счет с Q 0 до Q 3 , представляющим 2 0 (1) до 2 3 (8) соответственно.

Предполагая, что четыре выхода Q изначально имеют значение 0000, нарастающий фронт первого примененного импульса CK приведет к тому, что выход Q 0 перейдет в логическую 1, а следующий импульс CK вернет выход Q 0 в логическое состояние. 0, и при этом Q 0 перейдет с 0 на 1.

По мере того, как Q 0 (и вход CK FF1 становится высоким), это теперь сделает Q 1 высоким, указывая значение 2 1 (2 10 ) на выходах Q.

Следующий (третий) импульс CK заставит Q 0 снова перейти к логической 1, поэтому оба Q 0 и Q 1 теперь будут иметь высокий уровень, что делает 4-битный выход 1100 2 (3 10 с учетом того, что Q 0 является младшим значащим битом).

Четвертый импульс CK заставит как Q 0 , так и Q 1 вернуться к 0, и поскольку Q 1 будет в это время повышенным, это переключит FF2, сделав Q 2 высоким и указав 0010 2 (4 10 ) на выходах.

При чтении выходного слова справа налево выходы Q, следовательно, продолжают представлять двоичное число, равное количеству входных импульсов, полученных на входе CK FF0. Поскольку это четырехступенчатый счетчик, триггеры будут продолжать переключаться последовательно, и четыре выхода Q будут выводить последовательность двоичных значений от 0000 2 до 1111 2 (от 0 до 15 10 ) перед выходной сигнал возвращается к 0000 2 и снова начинает отсчет, как показано на диаграммах на рис.6.2.

Рис. 5.6.3 Четырехбитный асинхронный счетчик с понижением частоты

Четырехбитный асинхронный счетчик с понижением частоты

Чтобы вместо этого преобразовать счетчик вверх на рис. 5.6.1 в ВНИЗ, достаточно просто изменить соединения между триггерами. Принимая обе выходные линии и импульс CK для следующего триггера в последовательности от выхода Q, как показано на рис. 5.6.3, счетчик, запускаемый положительным фронтом, будет вести обратный отсчет от 1111 2 до 0000 2 .

Хотя могут быть построены как повышающие, так и понижающие счетчики с использованием асинхронного метода распространения тактовых импульсов, они не широко используются в качестве счетчиков, поскольку становятся ненадежными при высоких тактовых частотах или когда большое количество триггеров соединено вместе, чтобы дать большие числа из-за эффекта пульсации часов.

Рис.5.6.4 Детали временной диаграммы, показывающие пульсацию часов

Clock Ripple

Эффект пульсации часов в асинхронных счетчиках показан на рис. 5.6.4, который представляет собой увеличенную часть (импульс 8) на рис. 5.6.2.

На рис. 5.6.4 показано, как задержки распространения, создаваемые затворами в каждом триггере (обозначены синими вертикальными линиями), складываются по ряду триггеров, чтобы сформировать значительную задержку между временем, в которое выходной сигнал изменяется в первом триггере (младший бит) и последнем триггере (самый старший бит).

Поскольку каждый из выходов Q 0 — Q 3 изменяется в разное время, возникает ряд различных состояний выхода, поскольку любой конкретный тактовый импульс вызывает появление нового значения на выходах.

Например, при импульсе 8 CK выходы Q 0 на Q 3 должны измениться с 1110 2 (7 10 ) на 0001 2 (8 10 ), однако, что происходит на самом деле (чтение вертикальные столбцы единиц и нулей на рис. 5.6.4) означает, что выходные значения изменяются в течение периода примерно от 400 до 700 нс в следующей последовательности:

  • 1110 2 = 7 10
  • 0110 2 = 6 10
  • 0010 2 = 4 10
  • 0000 2 = 0 10
  • 0001 2 = 8 10

При импульсах CK, отличных от импульса 8, конечно, будут возникать разные последовательности, поэтому будут периоды, поскольку изменение значения колеблется в цепочке триггеров, когда неожиданные значения появляются на выходах Q на очень короткое время .Однако это может вызвать проблемы, когда нужно выбрать конкретное двоичное значение, как в случае десятичного счетчика, который должен отсчитывать от 0000 2 до 1001 2 (9 10 ), а затем сбрасывать на 0000 2 по счету 1010 2 (10 10 ).

Эти кратковременные логические значения также вызовут серию очень коротких всплесков на выходах Q, поскольку задержка распространения одного триггера составляет всего около 100–150 нс. Эти всплески называются «кратковременными всплесками», и хотя они не могут каждый раз достигать полного значения логической единицы, а также могут вызывать ложное срабатывание счетчика, их также следует рассматривать как возможную причину помех для других частей схемы.

Хотя эта проблема не позволяет использовать схему в качестве надежного счетчика, она все же полезна как простой и эффективный делитель частоты, где высокочастотный генератор обеспечивает входной сигнал, а каждый триггер в цепи делит частоту на два.

Синхронные счетчики

Синхронный счетчик обеспечивает более надежную схему для целей подсчета и для высокоскоростной работы, поскольку тактовые импульсы в этой схеме подаются на каждый триггер в цепи в одно и то же время.В синхронных счетчиках используются триггеры JK, поскольку программируемые входы J и K позволяют включать и отключать отдельные триггеры на различных этапах счета. Таким образом, синхронные счетчики устраняют проблему пульсаций часов, поскольку работа схемы синхронизируется с импульсами CK, а не с выходами триггеров.

Синхронный счетчик с повышением частоты

Рис. 5.6.5 Подключение синхронных часов

На рис. 5.6.5 показано, как тактовые импульсы применяются в синхронном счетчике.Обратите внимание, что вход CK применяется ко всем триггерам параллельно. Следовательно, поскольку все триггеры получают тактовый импульс в один и тот же момент, необходимо использовать какой-либо метод, чтобы предотвратить одновременное изменение состояния всех триггеров. Это, конечно, приведет к тому, что выходы счетчика будут просто переключаться со всех единиц на все нули и обратно с каждым тактовым импульсом.

Однако с триггерами JK, когда оба входа J и K представляют собой логическую 1, выход переключается при каждом импульсе CK, но когда J и K оба равны логическому 0, никаких изменений не происходит.

Рис. 5.6.6 Первые две ступени синхронного счетчика

На рис. 5.6.6 показаны две ступени синхронного счетчика. Двоичный выход берется с Q выходов триггеров. Обратите внимание, что на FF0 входы J и K постоянно подключены к логической 1, поэтому Q 0 будет изменять состояние (переключаться) при каждом тактовом импульсе. Это обеспечивает счет «единиц» для наименее значимого бита.

На FF1 входы J1 и K1 оба подключены к Q 0 , так что выход FF1 будет в режиме переключения только тогда, когда Q 0 также находится на логической 1.Поскольку это происходит только с чередующимися тактовыми импульсами, Q 1 будет переключать только четные тактовые импульсы, давая счет «двойки» на выходе Q 1 .

Таблица 5.6.1 показывает это действие, где видно, что Q 1 переключает тактовый импульс только тогда, когда J1 и K1 имеют высокий уровень, давая двухбитный двоичный счет на выходах Q (где Q 0 — это младший бит).

Однако при добавлении третьего триггера к счетчику прямое подключение от J и K к предыдущему выходу Q 1 не даст правильного счета.Поскольку Q 1 имеет высокий уровень при счете 2 10 , это будет означать, что FF2 будет переключаться на тактовый импульс три, поскольку J2 и K2 будут высокими. Следовательно, тактовый импульс 3 даст двоичный счет 111 2 или 7 10 вместо 4 10 .

Рис. 5.6.7 Добавление третьей ступени

Чтобы предотвратить эту проблему, используется логический элемент И, как показано на рис. 5.6.7, чтобы гарантировать, что J2 и K2 имеют высокий уровень только тогда, когда оба Q 0 и Q 1 находятся на логической 1 (т.е.е. при счете три). Только когда выходы находятся в этом состоянии, следующий тактовый импульс переключит Q 2 на логическую 1. Выходы Q 0 и Q 1 , конечно, вернутся к логическому 0 для этого импульса, таким образом, будет получен счет 001. 2 или 4 10 (где Q 0 является младшим значащим битом).

Рис. 5.6.8 Четырехбитный синхронный счетчик с повышением частоты

На рис. 5.6.8 показано дополнительное стробирование для четырехступенчатого синхронного счетчика. Здесь FF3 переводится в режим переключения, делая J3 и K3 логической 1, только когда Q 0 Q 1 и Q 2 все находятся на логической 1.

Q 3 , следовательно, не переключится в свое высокое состояние до восьмого тактового импульса и будет оставаться на высоком уровне до шестнадцатого тактового импульса. После этого импульса все выходы Q вернутся к нулю.

Обратите внимание, что для работы этой базовой формы синхронного счетчика все входы PR и CLR также должны быть на логической 1 (их неактивное состояние), как показано на рис. 5.6.8.

Синхронный обратный счетчик

Преобразование синхронного счетчика вверх в обратный отсчет — это просто вопрос обратного отсчета.Если все единицы и нули в последовательности от 0 до 15 10 , показанной в Таблице 5.6.2, дополнены (показано розовым фоном), последовательность становится 15 10 до 0.

Рис. 5.6.9 Четырехбитный синхронный счетчик с понижением частоты

Цепь обратного счетчика

Поскольку каждый выход Q на триггерах JK имеет дополнение на Q, все, что необходимо для преобразования повышающего счетчика на рис. 5.6.8 в понижающий счетчик, показанного на рис. 5.6.9, — это использовать входы JK для FF1. с выхода Q FF0 вместо выхода Q.Теперь вентиль TC2 принимает входные данные с выходов Q FF0 и FF1, а TC3 также принимает входные данные с выхода Q FF2.

Рис. 5.6.10 Четырехразрядный синхронный счетчик вверх / вниз

Счетчик вверх / вниз

На рис. 5.6.10 показано, как один вход, называемый (ВВЕРХ / ВНИЗ), может использоваться для увеличения или уменьшения одного счета счетчика в зависимости от логического состояния входа ВВЕРХ / ВНИЗ.

Каждая группа вентилей между последовательными триггерами на самом деле является модифицированной схемой выбора данных, описанной в Комбинационном логическом модуле 4.2, но в этой версии используется комбинация И / ИЛИ, а не схема логического элемента И-НЕ, эквивалентная ДеМоргану. Это необходимо для обеспечения правильного логического состояния для следующего селектора данных.

Выходы Q и Q триггеров FF0, FF1 и FF2 подключены к входам данных A и B селекторов данных. Если управляющий вход находится на логической 1, то импульс CK на следующий триггер подается с выхода Q, что делает счетчик UP-счетчиком, но если управляющий вход равен 0, то импульсы CK подаются с Q и счетчик ВНИЗ счетчик.

Рис. 5.6.11 Четырехбитный счетчик увеличения BCD

Синхронный счетчик увеличения BCD

Типичное использование входов CLR проиллюстрировано счетчиком BCD на рис. 5.6.11. Выходы счетчиков Q 1 и Q 3 подключены к входам логического элемента И-НЕ, выход которого поступает на входы CLR всех четырех триггеров. Когда Q 1 и Q 3 оба находятся на уровне логической 1, выходная клемма логического элемента И-НЕ обнаружения предела (LD1) станет логическим 0 и сбросит все выходы триггеров на логический 0.

Поскольку в первый раз Q 1 и Q 3 оба находятся в логической 1 во время от 0 до 15 10 счетчик равен десяти (1010 2 ), это приведет к тому, что счетчик будет отсчитывать от 0 на 9 10 , а затем сбросить на 0, пропуская 10 10 до 15 10 .

Таким образом, схема представляет собой счетчик BCD , 8421, , чрезвычайно полезное устройство для управления числовыми дисплеями через декодер BCD на 7 сегментов и т. Д. Однако путем перепроектирования системы стробирования для создания логического 0 на входах CLR для другого максимума значение, может быть достигнуто любое количество, кроме 0 до 15.

Если у вас уже есть симулятор, такой как Logisim, установленный на вашем компьютере, почему бы не попробовать, например, создать восьмеричный счетчик вверх.

Рис. 5.6.12 Входы и выходы ИС счетчика

Входы и выходы ИС счетчика

Хотя синхронные счетчики могут быть построены из отдельных триггеров JK, во многих схемах они будут встроены в специализированные микросхемы счетчиков или в другие крупномасштабные интегральные схемы (LSIC).

Для многих приложений счетчики, содержащиеся в ИС, имеют дополнительные входы и выходы, добавленные для увеличения универсальности счетчиков.Различия между многими коммерческими ИС счетчиков в основном заключаются в различных предлагаемых возможностях ввода и вывода. Некоторые из них описаны ниже. Обратите внимание, что многие из этих входов имеют низкий активный уровень; это происходит из того факта, что в более ранних устройствах TTL любой неподключенный вход будет плавать до логической 1 и, следовательно, станет неактивным. Однако оставлять входы неподключенными не является хорошей практикой, особенно входы CMOS, которые плавают между логическими состояниями и могут быть легко активированы в любое допустимое логическое состояние из-за случайного шума в цепи, поэтому ЛЮБОЙ неиспользуемый вход должен быть постоянно подключен к его неактивной логике. штат.

Включить входы

Рис. 5.6.13 Синхронный счетчик с повышением частоты с входами разрешения и очистки счета

Входы

ENABLE (EN) на микросхемах счетчиков могут иметь несколько разных имен, например Chip Enable (CE), Count Enable (CTEN), Output Enable (ON) и т. Д., Каждая из которых обозначает одинаковые или похожие функции.

Например,

Разрешение счета (CTEN) — это функция на интегральных схемах счетчика, а в синхронном счетчике, показанном на рис. 5.6.13, это активный низкий вход. Когда он установлен на логическую 1, это предотвратит прогресс отсчета даже при наличии тактовых импульсов, но счет будет продолжаться нормально, когда CTEN будет на логическом 0.

Обычным способом отключения счетчика при сохранении любых текущих данных на выходах Q является запрет на переключение триггеров JK, пока CTEN неактивен (логическая 1), путем включения входов JK всех триггеров JK. логика flops 0. Однако, поскольку логические состояния входов JK FF1, FF2 и FF3 зависят от состояния предыдущего выхода Q, либо напрямую, либо через вентили T2 и T3, чтобы сохранить выходные данные, выходы Q должны быть изолированы от входов JK, когда CTEN равен 1, но выходы Q должны подключаться к входам JK, когда CTEN находится на логическом 0 (состояние включения счета).

Это достигается за счет использования дополнительных разрешающих вентилей (И), E1, E2 и E3, каждый из которых имеет один из своих входов, подключенных к CTEN (обратному CTEN). Когда счет отключен, CTEN и, следовательно, один из входов на каждом из, E1, E2 и E3 будет иметь логический 0, что приведет к тому, что эти разрешающие выходы вентилей и входы триггера JK также будут иметь логический 0, какие бы логические состояния ни присутствовали на выходах Q, а также на других входах разрешающих вентилей. Поэтому всякий раз, когда CTEN находится на логической 1, счет отключается.

Однако, когда CTEN находится на логическом 0, CTEN будет логической 1, и будут включены E1, E2 и E3, в результате чего любое логическое состояние, присутствующее на выходах Q, будет передано на входы JK. В этом состоянии, когда на входе CK будет получен следующий тактовый импульс, триггеры будут переключаться в соответствии с их нормальной последовательностью.

Рис. 5.6.14 Асинхронная параллельная нагрузка

Асинхронная параллельная нагрузка

В то время как общие входы PR и CLR могут выдавать выходные значения 0000 или 1111, вход ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ (PL) позволяет загружать любое значение в счетчик.Используя отдельный вход DATA для каждого триггера и небольшое количество дополнительной логики, логический 0 на PL загружает счетчик любым заранее определенным двоичным значением перед началом или во время счета. Метод достижения асинхронной параллельной загрузки на синхронном счетчике показан на рис. 5.6.14.

Операция под нагрузкой

Двоичное значение, загружаемое в счетчик, подается на входы D 0 — D 3 , а на вход PL подается импульс логического 0.Этот логический 0 инвертируется и применяется к одному входу каждого из восьми вентилей И-НЕ для их включения. Если значение, которое должно быть загружено в конкретный триггер, равно логической 1, это делает входы правого логического элемента И-НЕ 1,1, а из-за инвертора между парой вентилей И-НЕ для этого конкретного входа левый вентиль И-НЕ входы будут 1,0.

В результате ко входу PR триггера применяется логический 0, а ко входу CLR — логическая 1. Эта комбинация устанавливает выход Q на логическую 1, то же значение, которое было применено к входу D.Точно так же, если вход D имеет логический 0, выход левого логического элемента И-НЕ пары будет логическим 0, а выход правого вентиля будет логической 1, что очистит выход Q триггера. Поскольку вход PL является общим для каждой пары логических элементов нагрузки NAND, все четыре триггера загружаются одновременно со значением 1 или 0, присутствующим на его конкретном входе D.

Рис. 5.6.15 Синхронный счетчик вверх / вниз с несколькими входами и выходами

Несколько входов и выходов

Модификации, подобные описанным в этом модуле, делают базовый синхронный счетчик гораздо более универсальным.Синхронные счетчики TTL и CMOS доступны в серии 74 ИС, содержащих обычно 4-битные счетчики с этими и другими модификациями для широкого спектра приложений. На рис. 5.6.15 показано, как все входные функции, описанные выше, плюс некоторые важные выходы, такие как перенос пульсаций (RC) и счетчик клемм (TC), могут быть объединены в единую ИС синхронного счетчика.

Типичная одиночная синхронная ИС, такая как четырехбитный двоичный счетчик вверх / вниз 74HC191, также использует эти функции ввода и вывода, которые обозначены в версиях NXP (рис.5.6.16) следующим образом:

Входы

• D 0 , D 1 , D 2 и D 3 (входы нагрузки) — 4-битное двоичное число может быть загружено в счетчик через эти входы, когда вход PL параллельной нагрузки находится на логическом 0

• CE (включение счетчика) — позволяет продолжать счет при нулевом значении. Останавливает счет без сброса при достижении логической 1.

• U / D (вверх / вниз) — считает вверх, когда 0, вниз, когда на логической 1.

• CP — Вход тактового импульса.

Фиг.5.6.16 74HC191 Распиновка

Выходы

• Q 0 , Q 1 , Q 2 и Q 3 — четырехбитный двоичный выход.

• TC (Терминальный счетчик) — в некоторых версиях также называется MAX / MIN, дает импульс логической 1, равный по ширине одному полному тактовому циклу, при каждом изменении самого старшего бита (что означает, что счетчик вышел за пределы конец счета вверх или вниз). TC может использоваться для определения конца увеличения или уменьшения счета, а также будучи доступным в качестве выхода, TC используется внутри для генерации выхода Ripple Carry.

• RC (Ripple Carry) — выводит импульс логического 0, равный по ширине младшей части тактового цикла в конце счета, и при подключении к тактовому входу другой 74HC191 IC он действует как «перенос» к следующему счетчику.

Каскадные синхронные счетчики

Рис. 5.6.17 Подключение 74HC191 в каскаде

Подключение синхронных счетчиков в каскаде для получения более широких диапазонов счета упрощается в ИС, таких как 74HC191, за счет использования выхода пульсации переноса (RC) ИС, подсчитывающего 4 младших бита, для управления тактовым входом следующего по величине значительный IC, как показано красным на рис.5.6.17.

Хотя может показаться, что либо выходы TC, либо выходы RC могут управлять следующим тактовым входом, выход TC не предназначен для этой цели, поскольку могут возникнуть проблемы с синхронизацией.

Синхронные и асинхронные счетчики

Хотя синхронные счетчики имеют большое преимущество перед асинхронными счетчиками или счетчиками пульсаций в отношении уменьшения проблем синхронизации, бывают ситуации, когда счетчики пульсаций имеют преимущество перед синхронными счетчиками.

При использовании на высоких скоростях только первый триггер в цепочке счетчика пульсаций работает с тактовой частотой.Каждый последующий триггер работает на половине частоты предыдущего. В синхронных счетчиках, где каждый каскад работает на очень высоких тактовых частотах, более вероятно возникновение паразитной емкостной связи между счетчиком и другими компонентами, а также внутри самого счетчика, так что в синхронных счетчиках помехи могут передаваться между различными каскадами счетчика, вызывая нарушение подсчет, если не предусмотрена адекватная развязка. Эта проблема уменьшена в счетчиках пульсаций из-за более низких частот на большинстве ступеней.

Кроме того, поскольку тактовые импульсы, подаваемые на синхронные счетчики, должны заряжать и разряжать входную емкость каждого триггера одновременно; синхронные счетчики, имеющие много триггеров, будут вызывать большие импульсы тока заряда и разряда в схемах драйвера часов каждый раз, когда часы меняют логическое состояние. Это также может вызвать нежелательные всплески на линиях питания, которые могут вызвать проблемы в других частях цифровой схемы. Это меньшая проблема с асинхронными счетчиками, поскольку часы управляют только первым триггером в цепочке счетчиков.

Асинхронные счетчики в основном используются для приложений с частотным разделением и для генерации временных задержек. В любом из этих приложений синхронизация отдельных выходов вряд ли вызовет проблемы с внешней схемой, а тот факт, что большинство каскадов счетчика работают на гораздо более низких частотах, чем входная синхронизация, значительно снижает любую проблему высокочастотного шума. вмешательство в окружающие компоненты.

ИС счетчиков

синхронных (пульсация) Счетчиков:

Синхронные счетчики:

Счетчик звонков в цифровой электронике

Счетчик звонков — это особый тип применения регистра сдвига Serial IN Serial OUT .Единственное различие между регистром сдвига и кольцевым счетчиком состоит в том, что результат последнего триггера принимается как выходной сигнал в регистре сдвига. Но в кольцевом счетчике этот результат передается первому триггеру в качестве входа. Все остальное в кольцевом счетчике такое же, как и в регистре сдвига.

В Счетчик Ring

Количество состояний в кольцевом счетчике = количество используемых триггеров

Ниже представлена ​​блок-схема 4-битного счетчика звонков.Здесь мы используем 4 D-триггеров . Один и тот же тактовый импульс подается на тактовый вход всех триггеров в качестве синхронного счетчика. Для разработки этой схемы используется блокирующий вход (ORI) .

Вход с приоритетом используется как очистить и предварительно установить .

Выход равен 1, когда предварительно установлен на 0. Выход равен 0, когда сброс установлен в 0. И PR, и CLR всегда работают со значением 0, потому что они являются активными низкими сигналами.

PR = 0, Q = 1 CLR = 0, Q = 0

Эти два значения (всегда фиксированные) не зависят от входа D и тактового импульса (CLK).

рабочая

Вход ORI передается на вход PR первого триггера, т. Е. FF-0, а также передается на вход очистки остальных трех триггеров, т. Е. FF-1, FF-2 и FF. -3. Предварительно установленный вход установлен на 0 для первого триггера. Таким образом, выход первого триггера равен единице, а выходы остальных триггеров — 0. Выход первого триггера используется для формирования кольца в кольцевом счетчике и называется Pre-set. 1 .

В приведенной выше таблице выделенные единицы — это , предварительно заданные 1 .

Предустановка 1 генерируется, когда

  • Вход ORI установлен на низкий уровень, и на этот раз Clk все равно.
  • Когда на входе ORI установлен высокий уровень, и сигнал тактового импульса низкого уровня передается, когда запускается отрицательный фронт тактовой частоты.

Кольцо образуется, когда предварительно установленный 1 смещается к следующему триггеру при каждом тактовом импульсе.

Итак, 4-битный счетчик, возможны 4 состояния, а именно:

1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1

Типы счетчиков звонков

Кольцевой счетчик делится на две части, а именно:

Счетчик с прямым кольцом

Счетчик с прямым кольцом обозначается как Один счетчик горячего обращения .Результат последнего триггера передается первому триггеру в качестве входных данных. В кольцевом счетчике вход ORI передается на вход PR для первого триггера и на вход очистки остальных триггеров.

Примечание. Счетчик прямого кольца передает по кольцу одиночный бит 1 (или 0).

Логическая схема

Таблица истинности

Схема сигналов

Счетчик витых колец

Счетчик с витыми кольцами называется счетчиком с концевым выключателем .Подобно счетчику прямого кольца , результат последнего триггера передается на вход первого триггера. В счетчике витого кольца вход ORI передается на все триггеры как вход очистить .

Примечание. Счетчик витых колец циркулирует по кольцу потоком единиц, за которым следует 0.

Логическая схема

Таблица истинности

Схема сигналов


Инфракрасный счетчик прерываний | Доступна подробная принципиальная схема

В большинстве оптических счетчиков прерываний в качестве датчика используются лампочки со светозависимым резистором (LDR) или обычный фототранзистор.Счетчик прерываний удовлетворительно работает только в темноте и не может использоваться на открытом воздухе из-за вероятности ложного счета из-за света, воспринимаемого другими источниками света, такими как солнце, электрическая лампочка и т. Д.

Инфракрасный счетчик прерываний

В описанном здесь счетчике прерываний используется инфракрасный (ИК) датчик, который может определять конкретную модулированную частоту инфракрасного луча. Небольшая схема передатчика, использующая ИК-светодиод, используется для излучения модулированных ИК-сигналов.

Рис. 1: Блок-схема инфракрасного счетчика прерываний2: Схема источника питания Рис. 3: Схема ИК-передатчика

Блок-схема счетчика прерываний инфракрасного излучения, дающая обзор системы, показана на рис. 1. Нестабильный мультивибратор выдает частоту 36 кГц, а транзистор BC547 npn-типа управляет ИК-светодиодом для передачи модулированного инфракрасного сигнала. Переданный ИК-сигнал непрерывно попадает на ИК-датчик (приемник).

Когда кто-то пересекает путь ИК-луча, падающего на датчик, срабатывает цепь запуска, чтобы запустить моностабильный мультивибратор.Выходной сигнал моностабильного устройства увеличивает счетчик 4-значного счетчика-индикатора для отображения счетчика на 7-сегментных дисплеях с общим катодом.

Описание схемы

Схема инфракрасного счетчика прерываний состоит из каскадов источника питания, передатчика и инфракрасного счетчика прерываний.

Блок питания

На рис. 2 показана схема питания. Напряжение сети переменного тока понижается трансформатором X1 для обеспечения вторичного выхода 9 В при токе 500 мА.Выходной сигнал трансформатора выпрямляется двухполупериодным мостовым выпрямителем, состоящим из диодов с D1 по D4, фильтруемых конденсаторами C3 и C4 и регулируемых IC 7805 (IC1) для обеспечения регулируемого напряжения 5 В для передатчика и каскадов инфракрасного приемника-счетчика. Конденсатор C5 блокирует любые пульсации на регулируемом выходе.

Ступень передатчика

Схема передатчика (см. Рис. 3) работает от регулируемого источника питания 5 В. Он построен на таймере NE555 (IC2), npn-транзисторе BC547, IR LED1 и некоторых резисторах и конденсаторах.

Рис. 4: Схема инфракрасного счетчика прерываний

Таймер NE555 выполнен в виде нестабильного мультивибратора, частота которого устанавливается на 36 кГц путем настройки предварительно установленного VR1. Транзистор npn (T1) используется для управления ИК-светодиодом 1, который может передавать модулированные ИК-сигналы на расстояние до 7 метров без какой-либо линзы.

Инфракрасный счетчик прерываний. Схема счетчика прерываний ИК-излучения (рис. 4) построена на ИК-приемнике TSOP1736 (IRX1), использующем таймер NE555 (IC3), 4-разрядный драйвер счетчика и дисплея IC 74C926 с мультиплексированными 7-сегментными выходными драйверами (IC4), 7- сегмент с общим катодом отображает транзисторы типа DIS1 — DIS4, npn BC547 и некоторые дискретные компоненты.

Рис. 5: Конфигурация внутренних выводов IC 74C926 Рис. 6: Звуковой сигнал (опция)

ИК-датчик TSOP1736 легко доступен на рынке. Обычно он используется в телевизорах в качестве миниатюрного приемника для ИК-систем дистанционного управления. На рис. 5 показана внутренняя функциональная блок-схема и конфигурация выводов IC 74C926.

Модуль ИК-приемника TSOP 1736 предназначен для работы в импульсном режиме. Когда он подвергается воздействию непрерывного модулированного ИК-луча с частотой 36 кГц, его выходная мощность остается высокой, а коллектор транзистора T2 — низким.Во время кратковременного прерывания ИК-луча на коллекторе транзистора T2 появляется импульс от низкого к высокому к низкому, чтобы запустить моностабильный ток, образованный IC3. Моностабильный мультивибратор настроен на задержку почти в полсекунды. 4-разрядный счетчик с мультиплексированными 7-сегментными драйверами вывода (IC 74C926) увеличивает значение на одну цифру для каждого тактового импульса, полученного от мультивибратора. Он может вести счет до «9999». Счетчик можно сбросить на ноль в любое время, нажав микровыключатель сброса.

Таким образом, дисплей в любой момент показывает количество прерываний ИК-луча с момента последнего сброса.Счетчик прерываний может использоваться как счетчик посетителей или счетчик объектов в промышленных приложениях.

Рис. 7: Односторонняя печатная плата для ИК-передатчика Рис. 8: Компоновка компонентов печатной платы на рис. 7

Вы можете добавить схему звукового сигнала, как показано на рис. 6, для обеспечения звуковой индикации каждого прерывания. Выходной импульс от моностабильного IC3, генерируемый во время прерывания, активирует транзистор T7 для управления пьезобуззером на время моностабильного импульса.

Строительство

Односторонняя разводка печатной платы ИК-передатчика (рис.3) показан на рис.7, а расположение его компонентов на рис.8, а комбинированная компоновка печатной платы для счетчика прерываний (рис.4), источника питания (рис.2) и звукового сигнала (рис.6) показана на рис. . 9 с расположением его компонентов на рис. 10.

Рис. 9: Односторонняя комбинированная компоновка печатной платы для инфракрасного счетчика прерываний, источника питания и звукового сигнала 10: Компоновка компонентов печатной платы на рис. 9

Загрузите файлы печатной платы и компоновки компонентов в формате PDF: нажмите здесь

Для облегчения обслуживания используйте основания ИС для установки ИС на печатной плате.После сборки печатной платы поместите ее возле въезда. Используйте длинные провода для подключения к светодиоду ИК-передатчика и ИК-приемнику TSOP1736, чтобы их можно было вынуть из печатной платы и установить на противоположных стойках въездных ворот. Передатчик должен быть ориентирован таким образом, чтобы передаваемый ИК-луч напрямую попадал на модуль приемника.


Статья была впервые опубликована в сентябре 2005 г. и недавно была обновлена.

Синхронные, асинхронные, повышающие, понижающие и кольцевые счетчики Джонсона

Это наше полное и исчерпывающее руководство по цифровым счетчикам и всем их типам.Помимо изучения счетчиков, мы собираемся понять разницу между счетчиками вверх и счетчиками вниз .

На самом деле есть только один. По крайней мере, одно имеет значение. Поднимающий счетчик считает события в порядке возрастания. Обратный счетчик считает данные в порядке убывания. Счетчик вверх-вниз представляет собой комбинацию обратного и обратного счетчиков. Он может рассчитывать в обоих направлениях, увеличиваясь или уменьшаясь.

В зависимости от типа тактовых входов счетчики бывают двух типов: асинхронные счетчики и синхронные счетчики .Ниже мы подробно рассмотрим все типы счетчиков и их схемы.

Что такое счетчики?

Счетчики — это последовательные логические схемы, которые в цифровой электронике используются для подсчета количества раз, когда происходит событие или случай.

Счетчик состоит из нескольких триггеров. Как известно, триггеры имеют вход для часов. В зависимости от типа входа часов, счетчики бывают двух типов:

  • Асинхронные счетчики или счетчики пульсаций.
  • Счетчики синхронные.

Поскольку счетчики зависят от тактовых импульсов, как и все последовательные схемы, чтобы понять их работу, мы будем рассматривать каждый тактовый цикл. Это означает, что состояние некоторых триггеров будет изменяться в каждом тактовом интервале. Мы постараемся понять, как работает каждый такт.

В зависимости от способа использования счетчиков, вот различные типы счетчиков:

  • Восходящие счетчики
  • Восходящие счетчики
  • Восходящие счетчики
  • Десятилетний счетчик
  • Кольцевой счетчик
  • Счетчик Джонсона

Что такое счетчик Mod n?

Mod n или модуль n — это способ обозначения максимального количества счетчика.У каждого счетчика есть ограничение на количество, до которого он может вести счет. Mod n выражает этот предел.

Это важная метка для счетчика, потому что она дает нам максимальное количество счетчиков, а также количество триггеров, присутствующих в счетчике.

Счетчик mod n может подсчитывать до n событий. Мы можем математически представить счетчик по модулю n как

n =

n = модуль / максимальное количество событий счетчика. Это количество состояний счетчика.

N = Количество триггеров, подключенных каскадом

— 1 = Максимальный десятичный счетчик, которого он может достичь. Поскольку двоичные числа начинают отсчет с 0, поэтому для счетчика, который может подсчитывать до 4 событий, его десятичным эквивалентом будет только 3 (0,1,2,3).

Пример: Mod 8 counter

Mod 8 означает n = 8. Из приведенного выше уравнения

8 =

Таким образом, N = 3.

Это означает, что это счетчик с тремя триггерами, что означает три бита, имеющие восемь стабильных состояний (от 000 до 111) и способные считать восемь событий или до десятичного числа

— 1 = 7.

Что такое синхронный счетчик?

В синхронном счетчике все триггеры синхронизируются с одним и тем же входом часов. Это означает, что для каждого тактового импульса все триггеры будут генерировать выходной сигнал. Поскольку синхронизация выполняется параллельно, синхронные счетчики также известны как параллельные счетчики / одновременные счетчики.

Мы можем использовать триггеры JK, D-триггеры или T-триггеры для изготовления синхронных счетчиков. В этом посте мы будем использовать D-триггер для разработки наших счетчиков.Методология конструирования счетчиков с другими шлепанцами зависит от типа шлепанцев.

Что такое счетчики вверх, счетчики вниз и счетчики вверх-вниз?

Как следует из их названия, счетчики вверх считаются в возрастающем или инкрементальном порядке. Обратные счетчики считают в обратном порядке или в убывающем порядке. Счетчики вверх-вниз могут вести как вверх, так и вниз.

Как спроектировать 2-битный синхронный счетчик вверх?

Шаг 1: Найдите количество триггеров и выберите тип триггеров.

Поскольку это 2-битный синхронный счетчик , мы можем сделать следующие выводы. Будет два шлепанца. Эти триггеры будут иметь один и тот же сигнал RST и один и тот же сигнал CLK. Мы будем использовать D-триггер для разработки этого счетчика.

Шаг 2: Действуйте в соответствии с выбранным триггером.

Поскольку мы используем D-триггер, следующим шагом будет построение таблицы истинности для счетчика.

Подсчет должен начинаться с 1 и в конце сбрасываться на 0.Таким образом, отображение начнется с отображения 1, 2, 3, а затем 0.

Таблица истинности для 2-битного синхронного восходящего счетчика

Вот как будет выглядеть таблица истинности. Q представляет предыдущий вывод, а Qn представляет текущий вывод.

1 квартал Q0 Qn1 Qn0
0 0 0 1
0
1 0 1 1
1 1 0 0

Еще один полезный совет по проектированию синхронных счетчиков с использованием D-триггера — 1-й триггер, вы должны подключить инвертированный выход к входу напрямую.Вам не нужно выполнять никаких дополнительных логических операций.

Итак, в этом случае мы вычислим уравнение только для Qn1, которое будет возвращено в Q1. Из таблицы истинности, используя ярлык, который мы видели в нашем посте о цифровых компараторах, мы получаем следующее.

Qn1 высокий, когда Q1 низкий И Q0 высокий, ИЛИ Q1 высокий И Q0 низкий. Это дает нам следующее уравнение:

Qn1 =

Результирующая схема для 2-битного синхронного повышающего счетчика показана ниже.

Как спроектировать 2-битный синхронный обратный счетчик?

Шаг 1: Найдите количество триггеров и выберите тип триггеров.

Поскольку это 2-битный синхронный счетчик, у нас есть два триггера. Эти триггеры будут иметь один и тот же сигнал RST и один и тот же сигнал CLK. Мы будем использовать D-триггер для разработки этого счетчика.

Шаг 2: Действуйте в соответствии с выбранным триггером.

Теперь мы разработаем таблицу истинности для этого счетчика. Счетчик должен следовать последовательности 0, 3, 2, 1, 0, 3, 2, 1.

Таблица истинности для 2-битного синхронного обратного счетчика
Q1 Q0 Qn1 Qn0
0 0 0 0
0 1 1 1
1 0 1 0
1 1 0 1

Следовательно, мы можем видеть, что уравнение, которое мы выведем для Qn1, такое же, как и для счетчика вверх.Единственная разница в конструкции будет заключаться в том, что в 2-битном синхронном обратном счетчике выходной сигнал будет взят с инвертированных выходов триггера.

Как спроектировать 3-битный синхронный счетчик вверх?

Нам понадобятся три шлепанца. Эти три триггера синхронизированы с одним и тем же входом часов. У них также будет такой же сигнал сброса. Поскольку мы используем D-триггер для его построения, мы можем сразу же разработать таблицу истинности.

Последовательность будет 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 0.

900 20
2 квартал 1 квартал Q0 Qn2 Qn1 Qn0
0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 1 0
0 1 0 0 1 1
0 1 1 1 0 0
1 0 0 1 0 1
1 0 1 1 1 0
1 1 0 1 1 1
1 1 1 0 0 0

У нас есть ярлык для прямого подключения Qn0 к Q0.Для входов оставшихся двух триггеров мы решим таблицу истинности, используя K-карты для вывода уравнений.

Таким образом, Qn1 =

И Qn2 =

Реализуя приведенные выше логические уравнения, мы получаем следующую схему для 3-битного синхронного повышающего счетчика .

Как спроектировать 3-битный синхронный обратный счетчик?

Принципиальная схема 3-битного синхронного понижающего счетчика такая же, как и схема повышающего счетчика.Единственное отличие состоит в том, что вместо подключения неинвертированных выходов к порту дисплея мы будем подключать инвертированные выходы.

Как спроектировать 3-битный синхронный счетчик вверх-вниз?

Восходящий счетчик может вести как инкрементный, так и убывающий счет. Для 3-битного синхронного повышающего-понижающего счетчика нам нужны три триггера с одинаковыми входами синхронизации и сброса.

Способом достичь возможности счета в обоих направлениях является комбинирование конструкций для верхнего и нижнего счетчиков и использование переключателя для переключения между ними.

Мы знаем, что для повышающих и понижающих счетчиков конструкция схемы одинакова. Единственное отличие состоит в том, что для счетчика вверх выходной сигнал поступает на неинвертирующие выходные порты триггеров. В то время как для обратного счетчика выходной сигнал берется через инвертирующие выходные порты триггеров.

Итак, у нас всего 3 + 3 выхода. Когда мы их объединяем, мы получаем шесть выходов, и теперь нам нужен один вход переключателя.

Из нашего сообщения о мультиплексорах мы знаем, что можем использовать три мультиплексора 2: 1, подключенных через их линии выбора.Это даст нам шесть входов, одну строку выбора и три выхода.

Идеально. Это именно то, что нам нужно.

Конечно, мы не можем ожидать, что вы сразу же переключитесь на мультиплексоры. Но помните, что мультиплексоры дают вам возможность выбирать между несколькими входами. Таким образом, он отлично справляется с ролью переключателя в цифровой электронике.

Результирующая принципиальная схема счетчика вверх-вниз показана ниже.

Как разработать 4-битный синхронный счетчик вверх?

Поскольку это 4-битный синхронный восходящий счетчик, нам понадобится четыре триггера.Эти триггеры будут иметь один и тот же сигнал RST и один и тот же сигнал CLK. Мы будем использовать D-триггер для разработки этого счетчика.

Сразу начнем с разработки таблицы истинности для этого счетчика. 4-битный синхронный восходящий счетчик должен следовать последовательности 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 0.

17 17 17 9001 6 0
Q3 Q2 Q1 Q0 Qn3 Qn2 Qn1 Qn0 54
Qn0 54
0 0 0 1
0 0 0 1 0 0 1 0
0 0 1 0 0 0 1 1
0 0 1 1 0 1 0 0
0 1 0 0 1 0 1
0 1 0 1 0 1 1 0
0 1 1 0 0 1 1 1
0 1 1 1 1 0 0 0
1 0 0 0 1 0 0 1
1 0 0 1 1 0 1 0
1 0 1 0 1 0 1 1
1 0 1 1 1 1 0 0
1 1 0 0 1 1 0 1
1 1 0 1 1 1 1 0
1 1 1 0 1 1 1 1
1 1 1 1 0 0 0 0

Вход на первый триггер D0 будет поступать непосредственно с его собственного инвертированного выхода.Мы будем использовать Kmaps, чтобы найти логические уравнения для остальных триггеров.

Следовательно, вход четвертого триггера будет иметь следующее логическое выражение

Следовательно, из Kmap входное уравнение для третьего триггера будет

И уравнение для второго триггера — flop равен

Из приведенных выше уравнений мы получаем логическую схему для 4-битного синхронного повышающего счетчика , приведенного ниже.

Как спроектировать 4-битный синхронный счетчик вниз и 4-битный синхронный счетчик вверх-вниз?

Для 4-битного синхронного обратного счетчика просто подключите инвертированные выходы триггеров к дисплею на принципиальной схеме повышающего счетчика, показанной выше.В то время как для счетчика вверх-вниз вы можете использовать мультиплексоры в качестве переключателей, как мы видели в конструкции 3-битного синхронного счетчика вверх-вниз.

Что такое асинхронный счетчик?

В асинхронном счетчике все тактовые входы триггеров имеют уникальный вход, который не используется совместно с другими триггерами в системе.

Фактически, в асинхронном счетчике только первый триггер получает входной сигнал синхронизации (CLK). Выход первого триггера затем подключается к тактовому входу последующего триггера и так далее.

Теперь подумайте о выходе на секунду. Триггер активируется, когда он получает тактовый импульс. Таким образом, второй триггер и все последующие триггеры в асинхронном счетчике становятся активными, когда их предыдущий триггер дает выходной сигнал.

Таким образом, часы проходят как рябь через каскад триггеров. Следовательно, асинхронные счетчики также известны как счетчики пульсаций .

В чем разница между синхронным счетчиком и асинхронным счетчиком?
Синхронные счетчики Асинхронные счетчики
Все триггеры получают одинаковые часы одновременно Триггеры не получают одинаковые часы
Нет связи между выходом триггера и тактовым входом следующего триггера. Выходной сигнал триггера используется в качестве тактового входа для следующего триггера.
Время установления равно времени, которое требуется для активации последнего триггера. Это намного меньше по сравнению с асинхронными счетчиками. Время установления или время, необходимое для активации всех триггеров, равно сумме всех времен, необходимых для активации последнего триггера.
Он известен как параллельный счетчик Он известен как последовательный счетчик
Эта конструкция усложняется по мере увеличения количества триггеров Асинхронные счетчики просты в конструкции
Синхронные счетчики быстрее Асинхронные счетчики медленнее
Удобный совет для проектирования асинхронных счетчиков

При проектировании асинхронных счетчиков с использованием D-триггеров все входы триггеров подключены к собственным инвертированным выходам.Единственная разница между счетчиком вверх и счетчиком вниз связана с портами, которые подключены к дисплею.

Для счетчиков с повышением частоты неинвертированный выход Q подключается к дисплею. В то время как для обратного счетчика инвертированный выход nQ подключен к дисплею.

Как спроектировать 4-битный асинхронный счетчик вверх?

Эту схему легко спроектировать. Мы знаем, что у нас будет четыре шлепанца. Только первый триггер будет иметь вход часов.Тактовые входы остальных триггеров имеют выходы своих предыдущих триггеров в качестве входов.

Наконец, неинвертированные выходы триггеров будут подключаться к дисплею в том порядке, в котором триггеры получают первый тактовый вход.

Таким образом, LSB будет триггером, который получит первый вход тактового сигнала. И MSB будет триггером, который в конце получит входной сигнал часов. Результирующая схема для 4-битного асинхронного повышающего счетчика показана ниже.

Как спроектировать 4-битный асинхронный обратный счетчик?

Мы упоминали выше, что для разработки обратного счетчика необходимо внести только одно изменение.И это изменение в схеме повышающего счетчика состоит в том, чтобы получать выходной сигнал от перевернутых выходных портов триггеров. И это правда.

Однако есть еще одна вещь, которую вы можете сделать.

Вместо того, чтобы обеспечивать вывод через инвертированные порты, вы можете использовать неинвертированные порты. Просто вместо того, чтобы брать выходной сигнал часов от Q, возьмите его от nQ. И вы получите свой 4-битный асинхронный обратный счетчик обратный счетчик.

Как спроектировать 4-битный асинхронный счетчик вверх-вниз?

Дизайн остался прежним.В зависимости от того, откуда вы берете тактовый вход, ваши выходные порты для прямого и обратного счета будут отличаться. В любом случае каждый триггер будет подключаться к мультиплексору 2: 1. Инвертированный и неинвертированный выходы являются входами мультиплексора.

Мультиплексоры включаются в каскад, соединяя их входы выбора вместе. (Узнайте, как каскадировать и присоединять мультиплексоры).

Нам нужна только одна строка выбора, потому что есть только два состояния на выбор. В зависимости от значения вывода выбора, схема 4-битного асинхронного восходящего и обратного счетчика теперь может действовать как как обратный, так и как обратный счетчик.

Как сконструировать декадный счетчик?

Десятилетний счетчик считает десять событий или до числа 10, а затем сбрасывается на ноль. Помните тот вывод сброса, который мы использовали во всех наших счетчиках выше. Теперь это пригодится. Фактически, используя логику, которую мы используем для разработки декадного счетчика , вы можете разработать счетчик, который может считать до любого желаемого числа.

Счет до десяти невозможен в 3-битном счетчике. Поскольку

имеет максимальное количество.Однако 4-битный счетчик может считать до 15. Так что давай воспользуемся этим. Кроме того, мы знаем, что двоичное число 1010 представляет 10. Четыре цифры — явный знак того, что мы собираемся использовать четыре триггера.

Функция контактов сброса предназначена для сброса входов всех триггеров. Поэтому нам нужно найти способ, чтобы эта схема считала до 10, а затем сбрасывалась до 10. При счете 10 триггеры 1 и 3 будут высокими. До 10 такая конфигурация выполняется впервые. Но помните, что мы тоже считаем 0, поэтому для подсчета десяти событий нам нужно считать до 9, а не до 10.При счете 9,

0 — 0000

1 — 0001

2 — 0010

3 — 0011

4 — 0100

5 — 0101

6 — 0110

7 — 0111

8 — 1000

9 — 1001

10 — 1010

Если мы возьмем выходы триггеров MSB и LSB и подключим их к вентилю И, мы можем получить логическую 1 при счете 9. Если мы подключим вывод этого логического элемента И на вывод сброса, тогда мы можем сбросить триггеры на 10-м отсчете.Это даст нам счетчик декад.

Вот как будет выглядеть окончательная логическая схема декадного счетчика.

Как сконструировать кольцевой счетчик?

Как следует из названия, счетчик звонков имеет один из выходов, подключенных к входу. Таким образом, он делает кольцо. Кольцевые счетчики — это регистры последовательного сдвига, которые действуют как счетчики. Есть два типа кольцевых счетчиков.

  • Счетчик прямого кольца — Неинвертирующий выход (Q) последнего триггера подключен к первому триггеру.
  • Счетчик колец Джонсона / Счетчик витых колец — инвертирующий выход (nQ) последнего триггера подключен к первому триггеру.

Как устроен кольцевой счетчик?

Кольцевой счетчик — это, по сути, слегка модифицированный регистр сдвига с параллельным последовательным выходом (PISO), который действует как счетчик.

Как? Простой.

Мы просто берем выходы с каждого из триггеров и прикрепляем их к дисплею. Вот логическая схема 4-битного счетчика колец.Он имеет четыре триггера, каждый из которых имеет собственный тактовый вход и сигнал сброса.

Хорошо, вот кое-что, что может сбить с толку. Выше мы видели, что счетчик Mod n имеет N триггеров. Где n =

. Повторюсь, здесь это не применимо. Mod по-прежнему имеет то же значение, но для счетчиков колец вы не можете использовать приведенное выше уравнение, чтобы получить количество триггеров.

Mod означает количество состояний. Как мы увидим в работе кольцевого счетчика. У него такое же количество состояний, как и количество триггеров в системе.Так, для счетчиков звонков счетчик звонков mod 4 означает, что он имеет четыре триггера и четыре состояния. Состояния означает количество отсчетов, которое он может иметь. Это станет яснее, когда мы поймем работу этого 4-битного счетчика звонков. 4-битный счетчик звонков (Mod 4) (Источник)

Как работает счетчик звонков?

Поскольку это счетчик параллельного в последовательном сдвиге, нам сначала нужно запустить его, передав ему вход. Допустим, мы даем 1000 в качестве входных данных. Когда появляется первый тактовый импульс, данные загружаются в счетчик звонков.Во втором тактовом импульсе выход последнего триггера, 0, сдвигается на первый триггер. И старший бит первого триггера перемещается во второй триггер. Это продолжается и повторяется через каждые ЧЕТЫРЕ такта.

Так как он занимает такое же количество тактов, как и количество триггеров в системе, это означает, что кольцевой счетчик имеет только N состояний.

Следовательно, в случае кольцевых счетчиков количество триггеров равно количеству состояний.Обычные двоичные счетчики, которые мы видели выше, имели

состояний.

Например, 4-битный синхронный восходящий счетчик имел 16 состояний. Он мог насчитать 16 событий или от 0 до 15 знаков после запятой. Таким образом, мы теряем здесь значительное количество счетов. После ввода числа в счетчик звонков он передает один и тот же шаблон каждые n тактов. n — количество подключенных к нему триггеров.

Следовательно, он имеет частоту 1 / n и также известен как счетчик деления на n. Ознакомьтесь с диаграммой пульса и таблицей истинности ниже, чтобы получить более четкое представление о работе.

Временная диаграмма 4-битного счетчика звонков

Обратите внимание на повторяющийся шаблон после импульса t3. 4-битный счетчик звонков повторяется после четырех состояний / импульсов / отсчетов. (Источник)

Таблица истинности 4-битного счетчика звонков

Обратите внимание, что счетчик звонков не считает в упорядоченной последовательности. Счетчик здесь, как мы видим из таблицы истинности, равен 8, 4, 2,1,8,4,2,1 и так далее.

Каковы преимущества и недостатки счетчика звонков?

Небольшим преимуществом кольцевого счетчика является то, что он имеет автоматически декодируемый вывод.Однако у кольцевых счетчиков есть серьезный недостаток, поскольку их нужно инициализировать. Число необходимо загрузить в счетчик звонков до начала процесса подсчета. Мы еще не видели этого ни с одним другим счетчиком. Другой недостаток состоит в том, что присутствует только N состояний по сравнению с

состояниями двоичных счетчиков.

Как сконструировать счетчик колец Джонсона?

Счетчик колец Johnson — это еще один тип счетчика колец. Разница между кольцевым счетчиком Джонсона и прямым кольцевым счетчиком состоит в том, что в кольцевом счетчике Джонсона инвертированный выход последнего триггера (nQ) соединен со входом первого триггера.Единственная разница между счетчиком прямого кольца и счетчиком Джонсона состоит в том, что в счетчике Джонсона инвертированный выход последнего триггера (в отличие от неинвертированного выхода в прямом кольцевом счетчике) подключен как вход к первому. резкий поворот. Вот принципиальная схема 4-битного счетчика Джонсона и его таблица истинности. 4-битный счетчик Джонсона

Каждое число, выходящее из последнего триггера, будет инвертировано, а затем передано на вход первого триггера.

Таблица истинности счетчика колец Джонсона 17 17
Qa Qb Qc Qd
0 0
0 0
1 0 0 0
1 1 0 0
1 1 1 0
1 1 1 1
0 1 1 1
0 0 1 1
0 0 0 1

Таблица истинности начинается с 0000.Это означает, что он срабатывает автоматически.

Счетчик Джонсона не требует ввода. Более того, счетчик Джонсона имеет больше состояний, чем счетчик прямого кольца. Двоичный счетчик имеет

состояний, прямой кольцевой счетчик имеет N состояний, а кольцевой счетчик Джонсона имеет 2N состояний.

Если вы хотите создать мини-проект, чтобы понять, как работает счетчик на практике, вот хороший вариант:

Если вы нашли этот пост информативным или хотели бы, чтобы мы добавили еще несколько концепций или объяснили вещи по-другому, позвольте мы знаем внизу.

Счетчики: Рабочий лист


Вопрос 1:


Не сиди так просто! Постройте что-нибудь !!

Чтобы научиться анализировать цифровые схемы, нужно много учиться и практиковаться. Обычно студенты практикуются, работая над множеством типовых задач и сверяя свои ответы с ответами, предоставленными учебником или преподавателем. Хотя это хорошо, есть способ лучше.
Вы узнаете гораздо больше, фактически построив и проанализировав реальные схемы , позволив вашему испытательному оборудованию дать ответы «вместо книги или другого человека.Для успешных упражнений по построению схем выполните следующие действия:
1.
Нарисуйте принципиальную схему анализируемой цифровой схемы.
2.
Осторожно постройте эту схему на макете или другом удобном носителе.
3.
Проверьте точность конструкции схемы, проследив каждый провод до каждой точки подключения и последовательно проверяя эти элементы на схеме.
4.
Проанализируйте схему, определив все логические состояния выхода для заданных условий входа.
5.
Тщательно измерьте эти логические состояния, чтобы проверить точность анализа.
6.
Если есть какие-либо ошибки, внимательно сравните конструкцию вашей схемы со схемой, затем тщательно проанализируйте схему еще раз и произведите повторное измерение.

Всегда проверяйте, чтобы уровни напряжения источника питания соответствовали техническим характеристикам логических схем, которые вы планируете использовать.Если TTL, источник питания должен быть регулируемым источником питания на 5 В, настроенным на значение, максимально близкое к 5,0 В постоянного тока.
Один из способов сэкономить время и уменьшить вероятность ошибки — начать с очень простой схемы и постепенно добавлять компоненты для увеличения ее сложности после каждого анализа, а не строить полностью новую схему для каждой практической задачи. Другой способ экономии времени — повторное использование одних и тех же компонентов в различных схемах.Таким образом, вам не придется измерять значение какого-либо компонента более одного раза.

Показать ответ

Пусть сами электроны дадут вам ответы на ваши собственные «практические задачи»!

Примечания:
По моему опыту, студентам требуется много практики с анализом цепей, чтобы стать профессионалом. С этой целью инструкторы обычно предоставляют своим ученикам множество практических задач, над которыми нужно работать, и дают ученикам ответы, с которыми они могут проверить свою работу.Хотя такой подход позволяет студентам овладеть теорией схем, он не дает им полноценного образования.
Студентам нужна не только математическая практика. Им также нужны настоящие практические схемы построения схем и использование испытательного оборудования. Итак, я предлагаю следующий альтернативный подход: студенты должны построить свои собственные «практические задачи» с реальными компонентами и попытаться предсказать различные логические состояния. Таким образом, цифровая теория «оживает», и студенты получают практические навыки, которые они не приобрели бы, просто решая булевы уравнения или упрощая карты Карно.
Еще одна причина для использования этого метода практики — научить студентов научному методу : процессу проверки гипотезы (в данном случае предсказания логического состояния) путем проведения реального эксперимента. Студенты также разовьют реальные навыки поиска и устранения неисправностей, поскольку они время от времени допускают ошибки при построении схем.
Выделите несколько минут времени со своим классом, чтобы изучить некоторые «правила» построения схем, прежде чем они начнутся.Обсудите эти вопросы со своими учениками в той же сократической манере, в которой вы обычно обсуждаете вопросы рабочего листа, вместо того, чтобы просто говорить им, что они должны и не должны делать. Я никогда не перестаю удивляться тому, насколько плохо студенты понимают инструкции, представленные в типичном формате лекции (монолог инструктора)!
Я настоятельно рекомендую схему логики CMOS для домашних экспериментов, где у студентов может не быть доступа к 5-вольтовому регулируемому источнику питания. Современные КМОП-схемы гораздо более устойчивы к статическому разряду, чем первые КМОП-схемы, поэтому опасения, что студенты могут навредить этим устройствам из-за отсутствия «надлежащей» лаборатории дома, в значительной степени необоснованны.
Примечание для тех инструкторов, которые могут жаловаться на «потраченное впустую» время, необходимое студентам для построения реальных схем вместо того, чтобы просто математически анализировать теоретические схемы:
Какова цель студентов, посещающих ваш курс?
Если ваши ученики будут работать с реальными схемами, им следует по возможности учиться на реальных схемах. Если ваша цель — обучить физиков-теоретиков, то во что бы то ни стало придерживайтесь абстрактного анализа! Но большинство из нас планируют, чтобы наши ученики что-то делали в реальном мире с образованием, которое мы им даем.«Потраченное впустую» время, потраченное на создание реальных схем, принесет огромные дивиденды, когда им придет время применить свои знания для решения практических задач.
Кроме того, если студенты создают свои собственные практические задачи, они учатся выполнять первичное исследование , тем самым давая им возможность продолжить свое образование в области электротехники / электроники в автономном режиме.
В большинстве наук реалистичные эксперименты намного сложнее и дороже, чем электрические схемы.Профессора ядерной физики, биологии, геологии и химии хотели бы, чтобы их ученики применяли высшую математику в реальных экспериментах, не представляющих опасности для безопасности и стоивших меньше, чем учебник. Они не могут, но вы можете. Воспользуйтесь удобством, присущим вашей науке, и заставьте своих учеников практиковать математику на множестве реальных схем!

Скрыть ответ


Вопрос 2:


Считайте от нуля до пятнадцати в двоичном формате, выстраивая биты в вертикальные столбцы следующим образом:
0000
0001
0010
.. .

Теперь, читая сверху вниз, обратите внимание на чередующиеся образцы нулей и единиц в каждом месте (т. Е. На одном месте, на двойке, на четверке, на восьмерке) четырехбитных двоичных чисел. Обратите внимание, как младший бит меняется быстрее, чем самый старший бит. Нарисуйте временную диаграмму, показывающую соответствующие биты в виде сигналов, чередующихся между «низким» и «высоким» состояниями, и прокомментируйте частоту каждого из битов.

Показать ответ


Примечания:
Цель этого вопроса — заставить учащихся связать хорошо известную последовательность двоичного счета с электрическими событиями: в данном случае — прямоугольными сигналами разной частоты.

Скрыть ответ


Вопрос 3:


Здесь показана простая схема двухразрядного двоичного счетчика:


Выход Q первого триггера составляет младший значащий бит (LSB), тогда как выход Q второго триггера составляет самый старший бит (MSB).
На основе анализа временной диаграммы этой схемы определите, учитывается ли она в последовательности вверх, (00, 01, 10, 11) или в последовательности вниз, (00, 11, 10, 01).Затем определите, что нужно изменить, чтобы это засчиталось в обратном направлении.

Показать ответ

Эта схема счетчика ведет отсчет в направлении вниз . Я дам вам понять, как изменить направление счета!

Примечания:
Фактически, последовательность счета может быть определена просто путем анализа действий триггеров после первого тактового импульса. Написание полной временной диаграммы для последовательности подсчета может помочь некоторым студентам понять, как работает схема, но более проницательные студенты смогут определить ее направление подсчета, вообще не рисуя какую-либо временную диаграмму.

Скрыть ответ


Вопрос 4:


Схемы счетчиков, построенные путем каскадного подключения выхода одного триггера к тактовому входу следующего триггера, обычно называются счетчиками пульсаций и . Объясните, почему это так. Что происходит в такой схеме, которая заслужила ярлык «рябь»? Является ли этот эффект потенциально опасным для работы схемы, или он имеет незначительные последствия или не имеет никакого значения?

Показать ответ

Когда эти счетчики увеличиваются или уменьшаются, они делают это таким образом, что соответствующие выходные биты меняют состояние в быстрой последовательности («пульсация»), а не все одновременно.Это создает ложные выходы счетчика на очень короткие промежутки времени.
Является ли это проблемой для цифровой схемы, зависит от ее устойчивости к ложным счетам. Во многих схемах есть способы избежать этой проблемы, не прибегая к изменению конструкции счетчика.

Примечания:
Если ваши ученики изучали схемы двоичного сумматора, они должны распознать термин «пульсация» в несколько ином контексте.Другая схема, та же проблема.

Скрыть ответ


Вопрос 5:


Тип схемы счетчика, который полностью исключает эффект «пульсации», называется синхронным счетчиком :


Заполните временную диаграмму для этой схемы и объясните, почему такая конструкция счетчика не показывает «пульсации» на его выходных линиях:


Проблемный вопрос: действительно понимает этот тип схемы счетчика хорошо, включите задержки распространения в вашу временную диаграмму.

Показать ответ

Показанная здесь временная диаграмма идеальна, без показанных задержек распространения:


Однако даже с включенными задержками распространения (равными задержками для каждого триггера) вы должны обнаружить, что в счетчике выходных сигналов все еще отсутствует эффект «пульсации».

Примечания:
«Пройдитесь» по временной диаграмме, приведенной в ответе, и попросите учащихся объяснить, как логические состояния соответствуют двухбитовой двоичной последовательности счета.

Скрыть ответ


Вопрос 6:


Студент только что узнал, как работает двухбитный синхронный двоичный счетчик, и очень хочет построить свой собственный. Он так и делает, и схема работает отлично.


После этого успеха ученик пытается расширить свой успех, добавляя больше шлепанцев, следуя той же схеме, что и два исходных шлепанца:


К сожалению, эта схема не сработала.Последовательность, которую он генерирует, не является двоичным подсчетом. Определите, какова последовательность подсчета этой схемы, а затем попытайтесь выяснить, какие модификации потребуются, чтобы заставить ее считать в правильной двоичной последовательности.

Показать ответ

Последовательность ошибочного подсчета, как таковая, имеет только восемь уникальных состояний (их должно быть шестнадцать!): 0000, 0001, 0010, 0111, 1000, 1001, 1010 и 1111. Скорректированная схема обратного счетчика будет выглядеть следующим образом:

Примечания:
Мне нравится знакомить студентов со схемой синхронного счетчика, сначала предлагая им изучить схему, которая не работает.Увидев схему двухбитного синхронного счетчика, большинству людей становится интуитивно понятно, что та же стратегия каскадного триггера должна работать для синхронных счетчиков с большим количеством битов, но это не так. Когда учащиеся понимают, почему простая схема не работает, они готовы понять, почему работает правильная схема.

Скрыть ответ


Вопрос 7:


Заполните временную диаграмму для этой схемы синхронного счетчика и определите направление ее двоичного счета:



Показать ответ

Эта схема отсчитывает вниз :

Примечания:
Обсудите со своими учениками, как связать временные диаграммы с двоичными счетами (как показано в ответе).

Скрыть ответ


Вопрос 8:


Схемы синхронного счетчика сбивают студентов с толку. Схема, показанная здесь, представляет собой схему, которая, по мнению большинства студентов, должна работать, но на самом деле это не так:


Здесь показана конструкция синхронного счетчика вверх / вниз, в котором выполняет работу :


Объясните, почему эта схема может работать правильно (счет в любом направлении), в то время как первая схема вообще не может правильно вести счет.Что делают эти «дополнительные» вентили, чтобы схема счетчика функционировала должным образом. Подсказка: для более легкого сравнения повышающего / понижающего счетчика с показанным изначально ошибочным повышающим счетчиком, подключите линию управления Up / [`Down] к высокому уровню, а затем не обращайте внимания на любые линии и ворота, которые в результате становятся недоступными.

Показать ответ

«Дополнительные» логические элементы И позволяют переключаться между битами более высокого уровня тогда и только тогда, когда все предшествующие биты имеют высокий уровень.

Примечания:
Хотя схема счетчика вверх / вниз может поначалу показаться чрезвычайно сложной, на самом деле она становится довольно простой, когда учащиеся осознают цель логических элементов И и ИЛИ: «выбрать» сигнал Q или [`Q] для управления последующими триггерами.

Скрыть ответ


Вопрос 9:


Следующая схема представляет собой двухразрядный синхронный двоичный счетчик вверх / вниз:


Объясните, что произошло бы, если бы выход верхнего логического элемента И стал «заклинивать» в высоком состоянии независимо от его входных условий. Как этот вид сбоя повлияет на работу счетчика?

Показать ответ

Счетчик не сможет вести счет в направлении üp.Когда дана команда подсчитать это направление, LSB будет переключаться между 0 и 1, но MSB не изменит состояние.

Примечания:
Цель этого вопроса — помочь учащимся понять, как работает синхронный счетчик с повышением / понижением частоты, в контексте анализа последствий отказа компонента.

Скрыть ответ


Вопрос 10:


Предположим, мы использовали триггеры JK с асинхронными входами (Preset и Clear) для построения счетчика:


Имея параллельные асинхронные линии, что мы можем заставить счетчик делать сейчас, чего не было до того, как нам были доступны асинхронные входы?

Показать ответ

Теперь мы можем принудительно установить счетчик на ноль (0000) или полный счет (1111) по желанию.

Примечания:
Спросите своих учеников, почему эта функция может быть полезна. Могут ли они придумать какие-либо приложения, включающие схему счетчика, где было бы целесообразно принудительно установить на выходе либо ноль, либо полный счет независимо от действия часов?

Скрыть ответ


Вопрос 11:


Интегральная схема 74HCT163 представляет собой высокоскоростной четырехразрядный синхронный двоичный счетчик CMOS.Это предварительно упакованный блок, в который включены все необходимые триггеры и логика выбора, чтобы упростить вашу работу по проектированию, чем если бы вам приходилось строить схему счетчика из отдельных триггеров. Его блок-схема выглядит примерно так (клеммы блока питания для простоты опущены):


Изучите функции этой интегральной схемы по таблицам данных производителей и объясните функции каждого входного и выходного терминала.

Показать ответ


P 0 , P 1 , P 2 и P 3 = входы данных параллельной нагрузки
Q 0 , Q 1 , Q 2 и Q 3 = количество выходов
CP = Вход тактового импульса
[`MR] = Вход общего сброса
[`SPE] = синхронный параллельный вход разрешения
PE = Разрешить вход
TE = Разрешить вход
TC = выход счетчика клемм (иногда называется выходом с переносом пульсации , или RCO)

Последующий вопрос: входы сброса ([`MR]) и предустановки ([` SPE]) синхронны для этой конкретной схемы счетчика.Объясните значение этого факта в отношении того, как мы используем эту ИС.

Примечания:
В конечном итоге ваши ученики, скорее всего, будут работать с заранее упакованными счетчиками чаще, чем с счетчиками, состоящими из отдельных шлепанцев. Таким образом, им необходимо понимать номенклатуру счетчиков, их общие функции контактов и т. Д. Если возможно, разрешите групповое представление таблиц данных, имея компьютерный проектор, чтобы учащиеся могли показывать таблицы данных, которые они загрузили из Интернета, в компьютер. остальная часть класса.
Изучая таблицы данных, ваши ученики могут заметить, как разные производители дают одним и тем же выводам ИС разные имена. Это может затруднить интерпретацию входов и выходов данного символа, если конкретная таблица данных, исследованная учеником, не использует те же метки, что и я! Это отличная иллюстрация вариативности таблиц, покрытых таким образом, что студенты вряд ли забудут.

Скрыть ответ


Вопрос 12:


Определите выходные импульсы для этой схемы счетчика, известной как счетчик Джонсона , предполагая, что все выходы Q начинаются с низкого состояния:



Показать ответ



Последующий вопрос: если он используется в качестве делителя частоты, каково соотношение входа: выхода этой схемы? Насколько сложно было бы разработать счетчик Джонсона с другим коэффициентом деления?

Примечания:
Обсудите со своими учениками, чем счетчики Джонсона сильно отличаются от счетчиков двоичной последовательности, и как эта уникальность позволяет реализовать определенные функции счета намного проще (с использованием меньшего числа вентилей), чем другие типы схем счетчиков.

Скрыть ответ


Вопрос 13:


Следующая схема известна как счетчик Джонсона :


Опишите выход этой схемы, измеренный по выходу Q крайнего правого триггера, предполагая, что все триггеры включаются в состоянии сброса.
Также объясните, что будет делать эта модифицированная версия вышеупомянутой схемы счетчика Джонсона в каждом из пяти положений селекторного переключателя:

Показать ответ

Счетчики Джонсона обеспечивают понижение частоты деления на n.Вторая показанная схема счетчика позволяет выбирать различные значения для n.

Примечания:
Строго говоря, эта схема представляет собой счетчик деления на 2n, потому что коэффициент деления частоты равен удвоенному количеству триггеров.
Последнее (# 5) положение переключателя интересно, и его следует обсудить между вами и вашими учениками.

Скрыть ответ


Вопрос 14:


Предположим, у нас есть две четырехразрядные синхронные схемы повышающего / понижающего счетчика, которые мы хотели бы подключить к каскаду , чтобы получился один восьмиразрядный счетчик.Нарисуйте необходимые соединительные провода (и любые дополнительные вентили) между двумя четырехбитными счетчиками, чтобы это стало возможным:


Решив, как каскадировать эти счетчики, представьте, что вы отвечаете за создание и упаковку схем четырехбитных счетчиков. Клиенты, которые покупают ваши прилавки, могут захотеть расположить их каскадом, как вы это сделали здесь, но у них не будет возможности «проникнуть внутрь» упаковки, как это было у вас при подключении к любой из линий между различными триггерами. Это означает, что вам нужно будет предоставить все необходимые каскадные линии в качестве входов и выходов на ваших предварительно упакованных счетчиках.Тщательно подумайте о том, как вы собираетесь построить и упаковать свои четырехбитные «каскадные» счетчики, а затем нарисуйте схематическую диаграмму.

Показать ответ

Это первое решение требует некоторого устранения проводов и одного затвора на передней панели второго счетчика. . .


. . . в то время как для этого решения требуются только разные логические элементы И (3 входа вместо 2 входов) на первом этапе триггера второго счетчика:


Я позволю вам решить, как вы можете упаковать свои четырехбитные счетные схемы, чтобы обеспечить легкое каскадирование.Это будет отличная тема для обсуждения в классе!
Последующий вопрос: почему следующая схема не является приемлемым решением?

Примечания:
Разобраться в том, как каскадировать два четырехбитных счетчика, несложно. Задача состоит в том, чтобы «подумать наперед» при разработке четырехбитного счетчика со всеми необходимыми соединениями, чтобы упростить каскадирование для конечного пользователя. Сделайте это центром обсуждения именно этого вопроса.

Скрыть ответ


Вопрос 15:


Вот восьмибитный счетчик, состоящий из двух четырехбитных синхронных двоичных счетчиков 74HCT163, соединенных каскадом:


Объясните, как работает эта схема счетчика, а также определите, какой выходной бит является младшим, а какой — старшим.
Теперь рассмотрим этот восьмиразрядный счетчик, состоящий из тех же двух микросхем:


Объясните, как работает эта схема счетчика и чем ее работа отличается от предыдущей схемы восьмибитного счетчика.

Показать ответ

Первая схема показывает два четырехразрядных счетчика, соединенных каскадом в виде пульсации . Вторая схема показывает те же два четырехразрядных счетчика, соединенных каскадом в режиме синхронно . В обоих случаях Q 0 левого счетчика является LSB, а Q 3 правого счетчика — MSB.
Последующий вопрос: прокомментируйте, какой метод каскадирования предпочтительнее для этого типа ИС счетчика. Достаточно ли значительна функциональная разница между двумя цепями, чтобы вызывать беспокойство?

Примечания:
Студентам важно ознакомиться с таблицей данных схемы счетчика 74HCT163, чтобы полностью понять, что происходит в этих двух каскадных схемах счетчика.

Скрыть ответ


Вопрос 16:


Студент желает объединить несколько четырехбитных синхронных счетчиков вместе. Его первая попытка выглядит так, и она хорошо работает как восьмибитный счетчик:


Ободренный этим успехом, студент решает добавить еще один четырехбитный счетчик в конец, чтобы создать схему двенадцатибитного счетчика:


К сожалению, эта схема работает не так хорошо.Кажется, он работает хорошо для первых 241 отсчета (от 000000000000 до 000011110000), но затем последние четыре бита начинают циклически так же быстро, как первые четыре бита, в то время как средние четыре бита остаются в состоянии 1111 для 15 дополнительных тактовых импульсов. Здесь определенно что-то не так!
Определите, в чем проблема, и предложите решение. Подсказка: эта ситуация очень похожа на соединение более двух триггеров JK вместе для формирования схемы синхронного счетчика.

Показать ответ

«Исправление» этой проблемы состоит в том, чтобы активировать последний (наиболее значимый) четырехбитный счетчик только тогда, когда активны выходы счетчика клемм (TC) и предыдущих схем счетчика.Я позволю вам разобраться в деталях этого решения для себя.

Примечания:
«Подсказка» в этом вопросе может выдать слишком много, поскольку проблема в точности идентична проблеме, возникающей с чрезмерно упрощенными синхронными каскадами JK-триггеров. Новые студенты склонны упускать из виду необходимость включения последовательных этапов только тогда, когда все предшествующие этапы находятся на их конечных счетах. Когда вам нужно иметь дело только с двумя ступенями (два триггера JK или два счетчика IC), остается только один выход TC, и проблема никогда не проявляется.
Обязательно дайте вашим ученикам время и возможность представить свои решения этой дилеммы. Спросите их, как они пришли к своим решениям, будь то учебник, предыдущий пример (с шлепанцами JK) или, возможно, просто умственные способности.

Скрыть ответ


Вопрос 17:


Некоторые счетчики на интегральных схемах имеют несколько входов включения. Хорошим примером этого является 74HCT163:


В этом случае, как и в других, два разрешающих входа не идентичны.Хотя оба должны быть активны, чтобы счетчик мог вести счет, один из входов включения делает что-то дополнительное, чего не делает другой. Эту дополнительную функцию часто называют упреждающим переносом , которая предназначена для упрощения каскадирования счетчиков.
Объясните, что означает «упреждающий перенос» в контексте схем цифровых счетчиков и почему это полезная функция.

Показать ответ

Вход «TE» не только разрешает последовательность счета, но также включает выход «счетчик клемм» (TC), который используется для каскадирования дополнительных каскадов счетчика.Таким образом, несколько каскадов синхронного счетчика могут быть соединены вместе просто следующим образом:

Примечания:
Важный урок в этом вопросе заключается в том, что схемы синхронного счетчика с более чем двумя ступенями должны быть сконфигурированы таким образом, чтобы все ступени более высокого порядка были отключены, а счетчик клемм ступени низшего порядка неактивен. Это обеспечивает правильную последовательность двоичного счета во всем диапазоне схемы счетчика.Ваши ученики должны были познакомиться с этой концепцией при изучении схем синхронного счетчика, сделанных из отдельных триггеров JK, и здесь это та же концепция.
Также важно осознать, что некоторые счетчики IC оснащены встроенной функцией «упреждающего просмотра», и учащимся необходимо знать, как и зачем использовать эту функцию.

Скрыть ответ


Вопрос 18:


Определите модуль (MOD) четырехбитового двоичного счетчика.Определите модуль двух четырехбитовых двоичных счетчиков, соединенных каскадом, чтобы получить восьмибитный двоичный счетчик.

Показать ответ

Модуль четырехразрядного счетчика = 16.
Модуль восьмибитного счетчика = 256.
Последующий вопрос: возможно ли, чтобы четырехбитный счетчик имел модуль, равный некоторому значению, отличному от 16? Приведите пример!

Примечания:
Настоящая цель этого вопроса — помочь студентам понять, что означает термин «модуль» и как он соотносится с битами счетчика.

Скрыть ответ


Вопрос 19:


Рассмотрим следующую интегральную схему (ИС) четырехразрядного двоичного счетчика. При тактировании генератором прямоугольных сигналов он считает от 0000 до 1111 за шестнадцать шагов, а затем «возвращается» обратно к 0000 за один шаг:


Однако есть много приложений, в которых мы не хотим, чтобы схема счетчика считала полностью до полного счета (1111), а скорее перерабатывала при некотором меньшем конечном значении счетчика.Возьмем, к примеру, приложение подсчета BCD: от 0000 до 1001 и обратно. Вот один из способов обрезать счетную последовательность двоичного счетчика, чтобы он стал счетчиком BCD:


Объясните, как вентиль И-НЕ заставляет этот счетчик перезагружаться после выхода 1001 вместо того, чтобы считать до 1111. (Подсказка: предполагается, что функция сброса этой ИС — асинхронно , то есть выход счетчика сбрасывается до 0000 немедленно. когда терминал [`RST] становится низким.)
Кроме того, покажите, как вы могли бы изменить эту схему, чтобы выполнять ту же последовательность счета (BCD), предполагая, что IC имеет функцию синхронного сброса , что означает, что счетчик сбрасывается до 0000, если [`RST] низкий и вход часов видит пульс.

Показать ответ

Временная диаграмма, вероятно, лучший способ ответить на этот вопрос! Что касается схемы счетчика BCD с синхронным сбросом, единственное необходимое изменение — это простое перемещение провода (с выхода Q 1 на Q 0 ):

Примечания:
Хотя обе схемы обеспечивают последовательность счета BCD, предпочтительна схема синхронного сброса, поскольку она полностью исключает ложные (похожие на пульсации) ложные выходы при повторном включении.Обязательно подчеркните, что разница между асинхронной и синхронной функцией сброса является внутренней для IC, а не тем, что пользователь (вы) можете изменить. В качестве примера двух идентичных счетчиков с разными функциями сброса сравните четырехбитные двоичные счетчики 74HCT161 (асинхронный) и 74HCT163 (синхронный).

Скрыть ответ


Вопрос 20:


Предположим, у вас есть нестабильная схема мультивибратора, которая выдает очень точный прямоугольный сигнал с частотой 1 Гц, но у вас есть приложение, которое требует импульса один раз каждые минуты , а не один раз в секунду.Зная, что в минуте 60 секунд, можете ли вы придумать способ использования цифровых счетчиков в качестве «делителя частоты», чтобы каждые 60 импульсов мультивибратора соответствовали 1 выходному импульсу?
У вас нет счетчика деления на 60, но в вашем распоряжении есть несколько счетчиков деления на 10 («декады»). Разработайте решение, используя следующие счетчики:


Примечание: предположим, что эти микросхемы счетчиков имеют асинхронных сброса .

Показать ответ

Каскадирование двух декадных счетчиков вместе с логическим элементом И-НЕ для декодирования, когда выходное значение равно 60:


Последующий вопрос: почему мы не можем взять импульс деления на 60 с выхода RCO второго счетчика, как мы могли бы с импульсом деления на 10 с первого счетчика?
Проблемный вопрос: перепроектируйте эту схему так, чтобы выходной сигнал представлял собой прямоугольную волну с рабочим циклом 50% («высокий» в течение 30 секунд, затем «низкий» в течение 30 секунд), а не узкий импульс каждые 60 секунд.

Примечания:
Сообщите своим ученикам, что схемы счетчиков довольно часто используются в качестве делителей частоты. Обсудите с ними сложный вопрос, позволив им предложить и обсудить несколько вариантов решения проблемы.
«Замечание» в вопросе об асинхронной природе входов сброса счетчика очень важно, поскольку ИС счетчика синхронного сброса не будут вести себя так же. Обсудите это со своими учениками и покажите им, как счетчики с синхронными входами сброса могут дать коэффициент деления на 61.
Между прочим, схема счетчика с делением на 60 — это именно то, что нам нужно, чтобы получить форму импульса 1 Гц из сигнала частоты линии электропередачи 60 Гц, что является изящным «трюком» для получения низкоскоростных часов с относительно хорошей точностью. без необходимости использования гетеродина с кварцевым управлением. (Если «сеть» составляет 50 Гц вместо 60 Гц, вам понадобится счетчик деления на 50 — я знаю, я знаю …) Если позволяет время, попросите своих учеников подумать, как они могут кондиционировать Стандартное синусоидальное напряжение 60 Гц (120 В!) В прямоугольный импульс 60 Гц, пригодный для ввода в такую ​​схему делителя / счетчика частоты.

Скрыть ответ


Вопрос 21:


Когда счетчики используются в качестве делителей частоты, их часто рисуют в виде простых прямоугольников с одним входом и одним выходом в каждом, например:


Вычислите четыре выходные частоты (от f out1 до f out4 ) при входной частоте 1,5 кГц:
f out1 =
f out2 =
f out3 =
f out4 =

Показать ответ


f out1 = 150 Гц
f out2 = 25 Гц
f out3 = 12.5 Гц
f out4 = 2,5 Гц

Последующий вопрос: если тактовая частота для этой схемы делителя равна точно 1,5 кГц, возможно ли, чтобы разделенные частоты отличались от того, что предсказывается значениями модуля (150 Гц, 25 Гц, 12,5 Гц, и 2,5 Гц)? Объясните, почему да или почему нет.

Примечания:
Цель этого вопроса — познакомить учащихся с условным обозначением счетчиков / делителей в виде простых прямоугольников с «MOD», указанными для каждого из них, и предоставить небольшой количественный анализ (хотя и очень простой).

Скрыть ответ


Вопрос 22:


Учащийся строит схему четырехразрядного асинхронного счетчика, используя триггеры CMOS JK. Вроде работает. . . большую часть времени. Время от времени счет внезапно и таинственным образом «выскакивает» из строя до совершенно неверного значения. Еще более странным является тот факт, что это, кажется, происходит каждый раз, когда ученик машет рукой рядом с трассой.
Как вы думаете, в чем проблема?

Показать ответ

Я постоянно вижу, что студенты делают эту ошибку.Тот факт, что схема построена с использованием компонентов CMOS и выходит из строя всякий раз, когда объект приближается к ней, является сильным намеком на то, что проблема связана с паразитными статическими электрическими зарядами. Это легко исправляемая проблема, вызванная тем, что учащийся не удосужился правильно соединить все штырьками своих триггеров.

Примечания:
Я не совсем точно указал источник проблемы в ответе, но я дал достаточно намеков, чтобы любой, кто знаком с CMOS, мог сказать, что это такое! Я действительно много раз сталкивался с этой проблемой со своими учениками!

Скрыть ответ


Вопрос 23:


Определите единственную неисправность, которая позволила бы этой схеме синхронного счетчика вести счет по запросу, но не уменьшать:


Объясните , почему ваша предполагаемая неисправность может вызвать проблему.

Показать ответ

Сразу видны две возможности: инвертор U 5 имеет выход с ошибочным низким уровнем или триггер U 1 имеет выход с ошибочным низким уровнем [`Q].

Примечания:
Обсудите со своими учениками достоинства всех недостатков, предложенных в ответ на этот вопрос. Попросите их объяснить причины их ответов и используйте это как возможность исправить концептуальные ошибки, связанные с работой этой схемы.

Скрыть ответ


Вопрос 24:


Студент строит четырехбитный асинхронный счетчик из отдельных триггеров JK, но недоволен его работой:


Хотя последовательность подсчета правильная, схема обычно не начинает отсчет с 0000 при включении питания. Тот факт, что схема подсчитывает правильно, говорит о том, что ничего не вышло из строя или неправильно подключено, так что же может быть не так?

Показать ответ

Начальные состояния триггеров при включении питания по существу случайны, потому что они подвержены внутренним условиям гонки между составляющими вентилями.Что необходимо, так это некоторая форма автоматического сброса , чтобы принудительно перевести все триггеры в состояние сброса при включении питания.

Примечания:
Это очень практичный вопрос для схем с конечным автоматом: убедиться, что схема начинается в желаемом состоянии, а не в каком-то случайном состоянии.

Скрыть ответ


Вопрос 25:


Следующая RC-схема представляет собой сеть с автоматическим сбросом для счетчика.При включении он сбрасывает счетчик на 0000, а затем позволяет ему нормально считать:


Спрогнозируйте, как на работу этой схемы автоматического сброса повлияют следующие неисправности. Рассматривайте каждую неисправность независимо (т.е. по одной, без множественных неисправностей):
Резистор R 1 не открывается:
Резистор R 2 не открывается:
Резистор R 3 не открывается:
Конденсатор C 1 не замкнут:

Объясните для каждого из этих условий, почему возникнут результирующие эффекты.

Показать ответ


Резистор R 1 не открывается: Счетчик не может сброситься при включении питания.
Резистор R 2 не открывается: Счетчик не считает, выход застрял на 0000.
Резистор R 3 не открывается: Счетчик не считает, выход застрял на 0000.
Конденсатор C 1 неисправен, закорочен: Счетчик не считает, выход застрял на 0000.

Последующий вопрос: предложите некоторые разумные значения для трех резисторов и конденсатора.

Примечания:
Цель этого вопроса — подойти к области поиска и устранения неисправностей в цепях с точки зрения понимания того, в чем заключается неисправность, а не только с учетом симптомов.Хотя это не обязательно реалистичная перспектива, она помогает студентам получить базовые знания, необходимые для диагностики неисправной цепи на основе эмпирических данных. За такими вопросами (в конечном итоге) должны следовать другие вопросы, предлагающие учащимся определить вероятные неисправности на основе измерений.

Скрыть ответ


Вопрос 26:


Студент пытается заставить работать счетчик вверх / вниз 74HC192. Однако он просто не сотрудничает:


Определите, что ученик делает не так с этим 74HC192, а затем исправьте принципиальную схему.

Показать ответ

Вы думали, я просто собираюсь дать здесь ответ? Обратитесь к техническому описанию 74HC192, чтобы убедиться в этом сами!

Примечания:
Суть этого вопроса состоит в том, чтобы студенты исследовали таблицу, чтобы выяснить необходимые условия для того, чтобы цифровая ИС работала должным образом. чрезвычайно важно для студентов, чтобы они приобрели привычку делать, так как это избавит их от многих проблем, как техников!

Скрыть ответ


Вопрос 27:


Эта схема счетчика Джонсона особенная.Он выводит три прямоугольных сигнала, сдвинутых друг от друга на 120 o :


Предположим, выход Q среднего триггера выходит из строя в состоянии «высокий». Постройте новые формы выходных сигналов для сигналов A , B и C . Предположим, что все выходы Q начинаются с «низкого» состояния (за исключением, конечно, среднего триггера):

Показать ответ


Примечания:
Цель этого вопроса — подойти к области поиска и устранения неисправностей в цепях с точки зрения понимания того, в чем заключается неисправность, а не только с учетом симптомов.Хотя это не обязательно реалистичная перспектива, она помогает студентам получить базовые знания, необходимые для диагностики неисправной цепи на основе эмпирических данных. За такими вопросами (в конечном итоге) должны следовать другие вопросы, предлагающие учащимся определить вероятные неисправности на основе измерений.

Скрыть ответ


Вопрос 28:


Техник пытается создать проект таймера, используя набор каскадных счетчиков, каждый из которых подключен к собственному 7-сегментному декодеру и дисплею:


Техник пытался устранить неисправность в этой цепи, но ушел, не закончив работу.Вас отправили закончить работу, а вам только сказали, что в схеме таймера «какая-то проблема». Ваш первый шаг — запустить часы с частотой 1 Гц и посмотреть временную последовательность, и через несколько минут вы не заметите ничего необычного.
Теперь вы можете сидеть там целый час и наблюдать за последовательностью счета, но это может занять много времени, прежде чем вы увидите что-нибудь необычное. Разработайте процедуру тестирования, которая позволит вам выявлять проблемы гораздо быстрее.

Показать ответ

Отключите генератор тактовых импульсов 1 Гц и снова подключите вход счетчика к генератору прямоугольных сигналов переменной частоты. Это ускорит последовательность подсчета и позволит вам увидеть, в чем проблема, намного быстрее!
Последующий вопрос: предположим, вы сделали это и не обнаружили никаких проблем. Что вы заподозрите в дальнейшем в качестве возможного источника проблем, которые могут привести к неправильному отсчету таймера?

Примечания:
Подключение неисправной цепи к другому входному сигналу, отличному от того, при котором она обычно работает, — отличный способ исследовать неисправности.Однако следует отметить, что некоторые неисправности могут остаться незамеченными с помощью этого метода, потому что вы изменили схему в процессе.

Скрыть ответ


Вопрос 29:


Объясните разницу между синхронным счетчиком и схемой асинхронного счетчика .

Показать ответ

Триггеры схемы асинхронного счетчика синхронизируются одновременно, тогда как триггеры схемы асинхронного счетчика синхронизируются выходом предыдущего триггера.

Примечания:
Попросите своих учеников обсудить, какие преимущества, если таковые имеются, может иметь один из этих типов цепей счетчика по сравнению с другим.

Скрыть ответ


Вопрос 30:


Нарисуйте принципиальную схему четырехбитового двоичного счетчика üp «, используя триггеры JK.

Показать ответ

Показанная здесь схема — не единственное верное решение!


Последующий вопрос: какая другая конфигурация триггеров J-K может быть использована для создания четырехбитного двоичного счетчика üp?

Примечания:
Обязательно обсудите следующий вопрос со своими учениками.Важно, чтобы они понимали, как с помощью триггеров JK сделать счетчики как «вверх», так и «вниз», и что есть два основных метода для создания счетчика в каждом направлении.

Скрыть ответ


Вопрос 31:


Заполните временную диаграмму для этой схемы и определите ее направление счета, а также будет ли это синхронный счетчик или асинхронный счетчик :



Показать ответ

Это синхронный счетчик üp «.

Примечания:
«Пройдитесь» по временной диаграмме, приведенной в ответе, и попросите учащихся объяснить, как логические состояния соответствуют двухбитовой двоичной последовательности счета.

Скрыть ответ


Вопрос 32:


Заполните временную диаграмму для этой схемы и определите ее направление счета, а также будет ли это синхронный счетчик или асинхронный счетчик :



Показать ответ

Это асинхронный счетчик üp «.

Примечания:
«Пройдитесь» по временной диаграмме, приведенной в ответе, и попросите учащихся объяснить, как логические состояния соответствуют двухбитовой двоичной последовательности счета.

Скрыть ответ


Вопрос 33:


Заполните временную диаграмму для этой схемы и определите ее направление счета, а также будет ли это синхронный счетчик или асинхронный счетчик :



Показать ответ

Это асинхронный счетчик «вниз».

Примечания:
«Пройдитесь» по временной диаграмме, приведенной в ответе, и попросите учащихся объяснить, как логические состояния соответствуют двухбитовой двоичной последовательности счета.

Скрыть ответ


Вопрос 34:


Когда счетчики используются в качестве делителей частоты, их часто рисуют в виде простых прямоугольников с одним входом и одним выходом в каждом, например:


Вычислите четыре выходные частоты (от f out1 до f out4 ) при входной частоте 25 кГц:
f out1 =
f out2 =
f out3 =
f out4 =

Показать ответ


f out1 = 5 кГц
f out2 = 625 Гц
f out3 = 312.5 Гц
f out4 = 31,25 Гц

Последующий вопрос: если тактовая частота для этой схемы делителя равна точно 25 кГц, возможно ли, чтобы разделенные частоты отличались от того, что предсказывается значениями модуля (5 кГц, 625 Гц, 312,5 Гц, и 31,25 Гц)? Объясните, почему да или почему нет.

Примечания:
Цель этого вопроса — познакомить учащихся с условным обозначением счетчиков / делителей в виде простых прямоугольников с «MOD», указанными для каждого из них, и предоставить небольшой количественный анализ (хотя и очень простой).

Скрыть ответ


.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *