Liczniki

Projekt z przedmiotu
Systemy akwizycji i przesyłania informacji
Temat pracy: Licznik binarny zliczający do 10.
Andrzej Kuś
Aleksander Matusz
Prowadzący:
dr inż. Adam Stadler
Układy cyfrowe przetwarzają sygnały cyfrowe, tzn. po wykonaniu odpowiednich operacji na
wprowadzonych cyfrowych sygnałach wejściowych, wytwarzają sygnały wyjściowe również
w postaci cyfrowej. W działaniu układów cyfrowych można wyróżnić elementarne operacje,
takie jak: zapamiętanie informacji, dodanie dwóch liczb i inne.
Takimi układami są liczniki. Są one zbudowane z przerzutników JK-MS. Aby zrozumieć
zasadę działania licznika należy najpierw zapoznać się z przerzutnikami.
Przerzutnik JK-MS jest sterowany opadającym zboczem impulsu sterującego C. Ma on dwa
wyjścia, gdzie drugie wyjście zawsze jest w stanie przeciwnym do pierwszego. Tablica
stanów przerzutnika wygląda następująco:
Set
J
Q
clk
Q
K
Clr
J
0
0
1
1
K
0
1
0
1
Q
Bez zmiany
0
1
Zmiana na stan
przeciwny
Q
Bez zmiany
1
0
Zmiana na stan
przeciwny
Jeśli na wejście przerzutnika podamy dwa zera to stan na obu wyjściu się nie zmieni. W
przypadku zmiany stanu z zera na jeden na wejściu J przy opadającym zboczu impulsu
sterującego C, na wyjściu Q pojawi się jedynka logiczna a na wyjściu Q stan przeciwny czyli
zero. Przy budowie liczników wykorzystano fakt iż przerzutnik JK-MS przy podaniu na oba
wejścia jedynek logicznych zmienia stan wyjść na przeciwny przy każdym opadaniu zbocza
sterującego.
Liczniki buduje się najczęściej z kilku przerzutników JK. Łączy się je w taki sposób, że na
wejście C każdego z kolejnych przerzutników podawany jest sygnał z wyjścia Q
poprzedniego przerzutnika, Każdy kolejny przerzutnik będzie więc zmieniał swój stan
dokładnie dwa razy rzadziej od poprzedniego. Stany kolejnych przerzutników, licząc od
wejścia, możemy interpretować jako cyfry dwójkowe na pozycjach o coraz wyższych
wagach.
Przykładowy licznik dwójkowy.
Okazuje się, że tak rozumiana liczba zapamiętana w przerzutnikach zwieksza się o 1 po
każdej zmianie sygnału wejściowego C z 1 na 0. Układ pełni więc funkcje licznika
dwójkowego.
Układ powyżej ma dwa wejścia sterujące: wejście C, zwane wejściem zliczającym, oraz
wejście zerujące (nie ma wejść informacyjnych); każdemu z wejść sterujących odpowiada
jedna mikrooperacja (odpowiednio: zwiększenie stanu licznika o 1 oraz zerowanie licznika).
Licznik ma wyjście informacyjne w postaci stanu licznika (stanu wszystkich przerzutników).
Podobne liczniki są produkowane jako elementy scalone, np. licznik 7493 zawierający cztery
przerzutniki JK zliczający do 16. Liczniki można łączyć ze sobą szeregowo, otrzymując
liczniki o większej pojemności, równej iloczynowi pojemności poszczególnych liczników
(rysunek poniżej).
Licznik zliczający do sześćdziesięciu czterech,
utworzony z dwóch liczników do ośmiu
Nie zawsze wejścia synchronizujące przerzutników łączy się jak na rysunki pierwszym.
Licznik dwójkowy może być także utworzony według schematu z rysunku poniżej,
zapewniającego synchroniczne działanie przerzutników. Licznik taki działa szybciej.
Licznik dwójkowy zliczający do 2n
Przedstawione liczniki miały pojemność równą 2", gdzie n jest liczbą użytych przerzutników.
Konstruowane są także liczniki o pojemności nie będącej potęgą dwóch. Jeden ze sposobów
uzyskiwania takich liczników opiera się na wprowadzeniu sprzężenia zwrotnego
powodującego np. powrót licznika do stanu zerowego po osiągnięciu przez licznik wybranego
stanu.
Licznik dwójkowy zliczający do trzech.
Sygnał wejściowy J pierwszego przerzutnika jest brany z drugiego prze rzutnika (sprzężenie
zwrotne). Licznik ze stanu 2 przechodzi od razu do stanu 0 z pominięciem stanu 3. W
rezultacie uzyskano zmniejszenie pojemności licznika z 4 (0, 1, 2, 3) do 3 (0, 1, 2). W
podobny sposób buduje się liczniki zliczające do pięciu, dziesięciu itd. Licznik zliczający do
dziesięciu nazywa się dekadą. Niektóre liczniki mają możliwość wpisania stanu
początkowego (podobnie jak rejestry z wejściem równoległym).
Licznik dwójkowy zliczający do pięciu.
Przy projektowaniu liczników w programie LabVIEW dużym utrudnieniem jest brak
możliwości tworzenia sprzężenia zwrotnego. Dlatego też budowa licznika zaprojektowanego
w programie różni się od układów stosowanych w praktyce.
Aby móc zrealizować sterowanie opadającym zboczem należy zastosować przełącznik, który
przy podaniu jedynki na wejście zegara ustawia prawdę, a przy zerze fałsz.
Układ ten łączymy w sposób następujący:
Tak zaprojektowany licznik zlicza do 16. Aby ograniczyć liczenie do 10 należy dołączyć
bramki.
Zakreślone bramki służą do wyzerowania licznika w momencie pojawienia się na wyjściu
stanu 1010. Układ na wyjściu pozwala na zaobserwowanie przebiegów czasowych.