измерении частоты входных импульсов

 

Частота повторения импульсов на входе "a" равна по определению: . Из диаграмм "b" и "c" можно найти период повторения , с погрешностью . Тогда  и при  частота . Диапазон измерения находится в пределах: (1...(10⁶)-1)Гц.

(Слайд) Для измерения длительности импульса на вход "a" необходимо подать сигнал с частотой  (i=2,3,..), например F =10⁶ [Гц]. Длительность импульса  и диапазон ее измерения равен (1..999999) мксек.

3.4. Счетчики с недвоичным кодированием

 

Наибольшее практическое значение среди счетчиков с недвоичным кодированием состояний имеют счетчики:

- с кодом Грея;

- Джонсона;

- с кодом "1 из N ".

(Слайд) Счетчики в коде Грея. Код Грея известен с 70-х годов XIX века, однако оказался связанным с именем Ф. Грея только в 50-х годах XX века, когда Ф. Грей применил его для построения преобразователя угловых перемещений в цифровой код, обладающего явными преимуществами перед преобразователем с двоичным кодом. Код Грея относится к таким, в которых при переходе от любой кодовой комбинации к следующей изменяется только один разряд. В схемотехнике счетчиков это свойство устраняет одновременное переключение многих разрядов, характерное для двоичных счетчиков при некоторых переходах. Одновременное переключение многих элементов создает такие токовые импульсы в цепях питания схем, которые могут вызывать сбои в работе схемы. В ряде БИС/СБИС применение двоичных счетчиков большой разрядности не разрешается, и они заменяются счетчиками с кодом Грея и последующим преобразованием кода Грея в двоичный.

(Слайд) Счетчики в коде "1 из N". Счетчики в коде "1 из N" находят применение в системах синхронизации, управления и других ЦУ. На их основе получают импульсные последовательности с заданными временными диаграммами. Для этого можно вначале разбить период временной диаграммы на части ("кванты"), соответствующие минимальному интервалу временной диаграммы, применив задающий генератор с частотой, равной , где  – число "квантов" в периоде диаграммы . Выходные импульсы задающего генератора затем распределяются во времени и пространстве так, что каждый "квант" появляется в свое время и в своем пространственном канале.

Счетчик в коде "1 из N" (рисунок 19.18) имеет один вход, на который подаются импульсы задающего генератора (ЗГ), и N выходов, причем первый импульс генератора передается на первый выход счетчика (канал), второй импульс во второй канал и т. д. Структура такого счетчика, называемого также распределителем тактов (РТ), и временные диаграммы его работы показаны на рисунке 19.18 а, б, в, причем временная диаграмма на рисунке 19.18 б соответствует режиму распределения уровней (РУ) (паузы между активными состояниями каналов отсутствуют), а диаграмма на рисунке 19.18 в–режиму распределения импульсов (РИ). Распределители импульсов не имеют самостоятельной схемотехники, они реализуются на основе распределителей уровней путем включения в их выходные цепи конъюнкторов, на вторые входы которых подаются импульсы ЗГ.

Имея распределенные во времени и пространстве "кванты", можно по схеме ИЛИ собирать из них импульсные последовательности с необходимыми временными диаграммами. Часто нужны именно те последовательности, которые вырабатываются непосредственно распределителями тактов.

(Слайд)

 

Рисунок 19.18 – Счетчик в коде «1 из N»

 

(Слайд) Счетчики в коде "1 из N"на основе счетчиков Джонсона. Кольцевой регистр с перекрестной обратной связью (счетчик Джонсона и др.) обладает обратной связью замкнутой на первый триггер от инверсии выходного сигнала (рисунок 19.19 а). Он имеет  состояний, т. е. при той же разрядности вдвое больше, чем обычный кольцевой регистр. В то же время выход счетчика Джонсона представлен не в коде "1 из N", что требует преобразования кодов для получения выходов распределителя тактов. Такие преобразователи очень просты, что и обуславливает применение счетчиков Джонсона в составе распределителей.

(Слайд)

Рисунок 19.19 – Схема счетчика Джонсона (а)

и временные диаграммы его работы (б)

Показанный на рисунке 19.19 четырехразрядный счетчик Джонсона при начальном нулевом состоянии работает следующим образом.

Первый тактовый импульс "Сдвиг" установит первый триггер в единичное состояние , т. к. , в остальных разрядах будут нули как результат сдвига нулей от соседних слева разрядов.

Второй импульс "Сдвиг" сохраняет единичное состояние первого триггера, т. к. по-прежнему . Второй же разряд окажется в единичном состоянии , поскольку примет единицу от первого триггера. Остальные разряды будут нулевыми.

Последующие сдвиги приведут к заполнению единицами всех разрядов счетчика, т. е. "волна единиц", распространяясь слева направо, приведет счетчик в состояние 1111.

Следующий импульс сдвига установит первый разряд в нуль, т. к. теперь . Этим начинается процесс распространения "волны нулей". После восьми импульсов повторится состояние 0000, с которого было начато рассмотрение работы счетчика. Временные диаграммы описанных процессов показаны на рисунке 19.19 б.

Особенность рассмотренной схемы – четное число состояний при любом  (  – всегда число четное). Обычный кольцевой регистр такого ограничения не имеет.

Преобразование выходного кода счетчика Джонсона в код "1 из N " требует добавления всего одного двухвходового элемента И либо И-НЕ для каждого выхода распределителя тактов. Принцип дешифрации состоит в выявлении положения характерной координаты временной диаграммы – границы между зонами единиц и нулей (таблица 19.4).

(Слайд)

Таблица 19.4– Таблица состояний счетчика Джонсона

 

 

(Слайд) В двух случаях (для слов, состоящих только из нулей или только из единиц) состояние выявляется анализом крайних разрядов. В остальных случаях анализируются разряды на границе зоны единиц и нулей.

Как видно из таблицы, преобразование выходного кода счетчика Джонсона в код "1 из N" осуществляется согласно выражениям

 

, , , ,

, , ,

 

где  – выходы распределителя тактов.

(Слайд) По полученным выражениям строится дешифратор. Рассмотрим дешифратор с элементами И-НЕ (с инверсными выходами). В таком дешифраторе можно дополнительно принять меры по предотвращению перекрытий импульсов в соседних каналах, возможных из-за различных задержек элементов. Используя элементы с тремя входами и "косыми связями" (рисунок 19.20 а), можно запретить начало импульса в последующем канале до его завершения в предыдущем.

 

 

Рисунок 19.20 – Схемы преобразования кода Джонсона в код

"1 из N " (а) и распределителя на основе счетчика Джонсона (б)

 

Распределитель тактов в целом (рисунок 19.20 б)имеет выходные сигналы в коде "1 из N".