ГЛАВА2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ СЧЕТЧИКОВ С НЕДВОИНЧНЫМ КОДИРОВАНИЕМ
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
Государственное автономное профессиональное
образовательное учреждение города Москвы
«ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ № 8
Имени дважды Героя Советского Союза И.Ф. Павлова»
(ГАПОУ ПК № 8 им. И.Ф. Павлова)
Специальность: 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы
К защите допущен
_________________________________
__________________(______________)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Тема:
Разработка счетчиков с недвоичным кодированием
Студент: Родин Анатолий Михайлович
Группа: 32 КСКпв
Работа выполнена____________________
Оценка________________________________________________________
Руководитель____________________________ «___» ___________ 20 г
Москва 2019
СОДЕРЖАНИЕ
| ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………….......
| 3
|
| ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ СЧЕТЧИК И ВИДЫ СЧЕТЧИКОВ………...
| 5
|
| 1.1 СЧЕТЧИК В КОДЕ ГРЕЯ………………………………………..
| 6
|
| 1.2СЧЕТЧИК В КОДЕ «1 ИЗ N»…………………………………….
| 8
|
| ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ СЧЕТЧИКОВ С НЕДВОИЧНЫМ КОДИРОВАНИЕМ………………………………
| 11
|
| ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………
| 16
|
| СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………....
| 17
|
| ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………….
| 18
|
|
|
|
|
|
|
| КП.090201.32КСКпв.13.002.ПЗ
|
| Разработка счетчиков с недвоичным кодированием
|
| ГАПОУ ПК № 8 им. И.Ф. Павлова
|
ВВЕДЕНИЕ
Счетчиков с недвоичным кодированием существует несколько видов. Ярко выраженными примерами будут являться счетчики в коде Грея и счечики с кодом «1 изN»
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.
Счетчики в коде "1 из N" находят применение в системах синхронизации, управления и других ЦУ. На их основе получают импульсные последовательности с заданными временными диаграммами. Для этого можно вначале разбить период временной диаграммы на части ("кванты"), соответствующие минимальному интервалу временной диаграммы, применив задающий генератор с частотой, равной m/Т, где m — число "квантов" в периоде диаграммы Т. Выходные импульсы задающего генератора затем распределяются во времени и пространстве так, что каждый "квант" появляется в свое время и в своем пространственном канале.
Это и будет являться актуальностью данной темы.
| КП.090201.32КСКпв.13.002.ПЗ
|
| ГАПОУ ПК № 8 им. И.Ф. Павлова
|
Цель проекта исследование разработки счетчиков с недвоичным кодированием, а именно счетчик в коде Грея и счетчик в коде «1 из N».
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
Задача курсового проекта:
• Исследовать понятие счетчика в коде Грея
• Исследовать понятие счетчика в коде «1 из N»
• Рассмотреть разработку счетчика с недвоичным кодированием и распознать его область широкого применения в схемотехнике.
• Рассмотреть разработку счетчиков с недвоичным кодированием с последующим использованием их в счетчиках электроэнергии.
• Разработка счетчика с недвоичным кодированием методом синтеза последовательных устройств.
ГЛАВА 1.ПОНЯТИЕ СЧЕТЧИК
| КП.090201.32КСКпв.13.002.ПЗ
|
| ГАПОУ ПК № 8 им. И.Ф. Павлова
|
Счетчик - цифровое устройство, предназначенное для подсчета входных импульсов, в интервале между которыми счетчик должен хранить информацию об их количестве. Счетчик состоит из триггеров. Между собой триггеры соединяются таким образом, что каждому числу импульсов соответствует единичное состояние определенного триггера. При этом совокупность нулей и единиц на выходах n-ячеек счетчика представляет собой n-разрядное число, которое определяет количество прошедших на входе импульсов. Поэтому ячейки счетчика называют его разрядами. Каждый разряд счетчика может находиться в двух состояниях. Число устойчивых состояний, которое может принимать данный счетчик, называют емкостью счетчика, модулем счета или коэффициентом пересчета.
Если с каждым входным импульсом зарегистрированное в счетчике число увеличивается, то такой счетчик является суммирующим, если же это число уменьшается, то вычитающим. Счетчик, работающий как на сложение, так и на вычитание, называется реверсивным счетчиком.
Счетчик, у которого под воздействием входного импульса состояния переключающихся разрядов изменяются последовательно друг за другом, называется счетчиком с последовательным переносом. Если же переключение происходит одновременно (или почти одновременно) - счетчиком с параллельным переносом.
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
СЧЕТЧИК В КОДЕ ГРЕЯ
Код Ф. Грея получил свое название только в 50-х годах XX века, когда Грей применил его В преобразователе угловых помещений. 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 устройства в цифровой код. Схема счетчика в коде грея представлена на рисунке 1
Рисунок 1. Схема счетчика в коде грея
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
Временная диаграмма счетчика в коде Грея выглядит следующим образом (рисунок. 2)
Рисунок 2. Временная диаграмма счетчика в коде Грея
Счетчик в коде Грея немного сложнее в построении, чем обычный двоичный счетчик за счет усложнения логических функций информационных видов. Счетчик Грея можно нетрудно построить с помощью минимализации карт Карно, исходя из таблицы переходов суммирующего и вычитающего счетчика (рисунок 3а,б)
Рисунок 3 а – Суммирующий счетчик
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
Рисунок 3 б – Вычитающий счетчик
Полный цикл переходов кодовых слов в коде Грея состоит из 2п комбинаций, где п – количество разрядов. У каждой переменной имеется свой, частный цикл, содержащий 2k кодовых комбинаций, в которых нули и единицы чередуются с определенной закономерностью.
СЧЕТЧИК 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 m/T, гдеm— число «квантов» в периоде диаграммы Т. Выходные импульсы задающего генератора затем распределяются во времени и пространстве так, что каждый «квант» появляется в свое время и в своем пространственном канале.
Счетчик в коде «1 из N» имеет один вход, на который подаются импульсы задающего генератора, и N выходов, причем первый импульс генератора передается на первый выход счетчика (канал). Второй импульс во второй канал и т. д. Структура такого счетчика, называемого также
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
распределителем тактов РТ, и временные диаграммы его работы показаны на рисунок 4, причем диаграмма на рис. 4, б соответствует режиму распределения уровней (РУ) (паузы между активными состояниями каналов отсутствуют). Диаграмма на рис. 4, 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 задающего генератора.
Рисунок4 а, б, в
Распределителем тактов является сдвигающий регистр (рисунок5, а), замкнутый в кольцо, если записанное в регистр слово содержит всего одну единицу (рисунок5, б). При сдвиге единица перемещается с одного выхода на другой, циркулируя в кольце. Число выходов РТ равно разрядности регистра. Недостаток схемы — потеря правильного функционирования при сбое. Если в силу каких-либо причин слово в регистре исказится, то возникшая ошибка станет постоянной (рисунок 5, в). Схема не обладает свойством само запуска.
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
Рисунок5 а, б, в
Счетчики в коде «1 из N» на основе счетчиков Джонсона
Кольцевой регистр с перекрестной обратной связью (счетчик Джонсона, счетчик Мебиуса, счетчик Либау-Kpeйга) имеет обратную связь на первый триггер от инверсии выходного сигнала (рис. 1.7, а). Он имеет 2nсостояний, 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 обуславливает применение счетчиков Джонсона в составе распределителей.
Показанный на рисунке четырехразрядный счетчик Джонсона при начальном нулевом состоянии работает следующим образом. Первый импульс сдвига С установит триггер нулевого разряда (первый слева) в единичное состояние (Q0=1), т.к. , в остальных разрядах будут нули как результат сдвига нулей от соседних слева разрядов. Второй импульс сдвига сохраняет единичное состояние триггера нулевого разряда, т. к. по-прежнему. Первый разряд окажется в единичном состоянии (Q1=1), поскольку примет единицу от триггера нулевого разряда. 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 триггер нулевого разряда в ноль, 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 рисунок6, б.
Рисунок 6 а, б
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
ГЛАВА2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ СЧЕТЧИКОВ С НЕДВОИНЧНЫМ КОДИРОВАНИЕМ
| КП.090201.32КСКпв.13.002.ПЗ
|
| ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ СЧЕТЧИКОВ С НЕДВОИЧНЫМ КОДИРОВАНИЕМ
|
| ГАПОУ ПК № 8 им. И.Ф. Павлова
|
В этой главе мы рассмотрим принцип разработки, и работы счетчиков в коде Грей и в коде «1из N»
Разработка счетчика в коде грея не особо отличается от разработки счетчика с двоичным кодированием. Поэтому разработку такого счетчика мы будем рассматривать на основе разработки счетчика с двоичным кодированием .
Метод заключается в использовании стандартной методики синтеза последовательностных устройств. При построении счетчика с модифицированными межразрядными связями последние, лишние, состояния исключаются непосредственно из таблицы функционирования счетчика. При этом после построения схемы обычным для синтеза автоматов способом получается счетчик, специфика которого состоит в нестандартных функциях возбуждения триггеров, и, следовательно, в нестандартных связях между триггерами, что и объясняет название способа. Схема получается как специализированная, изменение модуля счета требует изменения самой схемы, т. е. легкость перестройки с одного модуля на другой отсутствует. В то же время реализация схемы счетчика может оказаться простой.
Рассмотрим более подробно этот метод на примере построения счетчика с модулем счета M=5. Отметим, что методика синтеза может быть полностью стандартизирована при использовании для минимизации логических функций управленияJиKвходами триггеров счетчика метода карт Карно (см. пример синтеза счетчика-делителя на 3 в методических указаниях к ЛР №2 по ЭПУ).
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
Карты Карно делают синтез более надежным и наглядным, хотя при достаточной внимательности можно ограничиться и таблицей состояний с сигналами возбуждения используемых триггеров (см. табл. 1.1).
| Исходное состояние
| Следующее состояние
| Функции возбуждения
| | | | |
| Q2
| Q1
| Q0
| Q2
| Q1
| Q0
| J2
| K2
| J1
| К1
| J0
| К0
| | Qi ® Qi+1
| J
| K
|
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| 1
| 0
| X
| 0
| X
| 1
| X
| |
| 0
| 0
| 1
| 0
| 1
| 0
| 0
| X
| 1
| X
| X
| 1
| | 0®0
| 0
| X
|
| 0
| 1
| 0
| 0
| 1
| 1
| 0
| X
| X
| 0
| 1
| X
| | 1®0
| 1
| X
|
| 0
| 1
| 1
| 1
| 0
| 0
| 1
| X
| X
| 1
| X
| 1
| | 1®1
| X
| 0
|
| 1
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| X
| 1
| 0
| X
| 0
| X
| | 0®1
| X
| 1
|
Табл.1.1
Счетчики с недвоичным кодированием могут использоваться в счетчиках электронергии из-за синхронизации сигнала внутри схемы. Это позволяет упрощать потребление электроэнергии в домах и на предприятиях. При этом не затрачивается особо много сил в разработки и реализации схемы электросчетчика с последующим использованием счетчиков с недвоичным кодированием.
Счетчик в коде «1 из N» можно построить так же как и счетчик с двоичным но на при этом на выход должен быть подключен дешифратор.
Для наращивания разрядности десятичного счетчика используется межразрядный десятичный перенос. Сигнал переноса р]0возникает при коде цифры «9». Он формируется из каждого десятого счетного импульса при р]0 = 1 и должен проходить на выход в течение длительности счетного импульса, т.е. активным для триггеров всех декад должен быть задний фронт счетного импульса. В приведенной на рис. 8 схеме декадного счетчика для формирования выходного переноса используется элемент ИЛИ.
Рисунок 8. Схема десятичного счетчика на D-триггерах
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
В спроектированной схеме счетчика имеются шесть лишних состояний. Они исключены в том смысле, что не используются при нормальном функционировании счетчика. Но при сбоях или после подачи на схему напряжения питания в начале ее работы лишние состояния могут возникать. Поэтому полезно определить поведение схемы (автомата), в которой возникло лишнее состояние. Имея схему, можно полностью предсказать поведение схемы во всех возможных ситуациях. Сделаем это для полученной схемы счетчика с модулем 10.
Взяв каждое лишнее состояние, найдем для него функции возбуждения триггеров, определяющие их переходы в следующее состояние. При необходимости найдем таким же способом следующий переход и т.д. Для взятого примера лишними являются состояния 1001, 1010, 1011, 1101, 1110, 1111. Определяем переходы счетчика из каждого запрещенного состояния:
Удобно построить диаграмму состояний счетчика (граф переходов), в которой учтен не только рабочий цикл (его состояния на рисунке 9 показаны кружками), но и поведение автомата, попавшего в неиспользуемые состояния (эти состояния показаны прямоугольниками). Из диаграммы видно, что рассматриваемый счетчик обладает свойством самозапуска (самовосстановления после сбоя) — независимо от исходного состояния он приходит в рабочий цикл после начала работы
Рисунок 9. Диаграмма состояний десятичного счетчика
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
Этим свойством обладают не все схемы. В некоторых схемах автоматический вход в рабочий цикл не происходит. При разработке таких схем в них вводят специальные элементы или подсхемы для придания свойств самозапуска.
Рисунок 10. Схема использования счетчиков с недвоичным кодированием в электроустановках более 1000 в
Сложность схемотехнической реализации счетчика с кодом Грея выше за счет усложнения логических функций возбуждения информационных входов триггеров (дополнительные логические элементы), преобразователь кодов относительно прост. Нетрудно построить счетчик с кодом Грея формальным способом с помощью минимизации на основе карт Карно, исходя из таблицы переходов счетчика (выполнить самостоятельно). Последовательность кодовых комбинаций для кода Грея можно получить по соотношению gi=biÅbi+1, где gi — значение разряда кода Грея; bi, значение разряда двоичного кода, преобразуемого в код Грея. Разряд левее старшего для двоичного кода считается нулевым.
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
Счетчики в коде «1 из N» находят применение в системах синхронизации, управления и других ЦУ. На их основе получают импульсные последовательности с заданными временными диаграммами. Для этого можно вначале разбить период временной диаграммы на части («кванты»), соответствующие минимальному интервалу временной диаграммы, применив задающий генератор с частотой, равной m/T, где m — число «квантов» в периоде диаграммы T. Выходные импульсы задающего генератора затем распределяются во времени и пространстве так, что каждый «квант» появляется в свое время и в своем пространственном канале.
Счетчик в коде «1 из N» имеет один вход, на который подаются импульсы задающего генератора, и N выходов. Причем первый импульс генератора передается на первый выход счетчика (канал), второй импульс — во второй канал и т.д. Структура такого счетчика, называемого также распределителем тактов, и временные диаграммы его работы показаны на рисунке 11, причем временная диаграмма на рисунке 11, б соответствует режиму распределения уровней (паузы между активными состояниями каналов отсутствуют).
Рисунок 11. а) Структурная схема счетчика в коде «1из N», б) Диаграмма состояний каналов.
| КП.090201.32 КСКпв.13.003.ПЗ
|
Распределители импульсов реализуются на основе РУ путем включения в их выходные цепи конъюнкторов, на вторые входы которых подаются импульсы задающего генератора.
Имея распределенные во времени и пространстве «кванты», можно с помощью логических элементов ИЛИ собирать из них импульсные последовательности с необходимыми временными диаграммами. Часто нужны именно те последовательности, которые вырабатываются непосредственно распределителями тактов.
Распределителем тактов (РТ) является регистр сдвига, замкнутый в кольцо, если записанное в регистр слово содержит всего одну единицу. При сдвигах единица перемещается с одного выхода на другой, циркулируя в кольце. Число выходов РТ равно разрядности регистра. Недостаток схемы — потеря правильного функционирования при сбое. Возможны варианты с самовосстановлением работы РТ на кольцевом регистре. Работа схемы такого РТ (рисунок 37) основана на том, что на последовательный вход регистра подаются нули, пока в нем имеется хотя бы одна единица. Таким образом, лишние единицы будут устранены. Когда регистр очистится, сформируется сигнал записи единицы на его входе. Следовательно, потеря единственной единицы также будет исключена. Выход логического элемента ИЛИ-НЕ, выполняющего самовосстановление схемы, дает еще один дополнительный канал.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
| КП.090201.32КСКпв.13.002.ПЗ
|
| ГАПОУ ПК № 8 им. И.Ф. Павлова
|
Данный курсовой проект был направлен на исследование разработки счетчиков с недвоичным кодированием, за основу исследования были взяты два самых известных счетчиков этого класса: счетчик в коде Грея и счетчик «1 из N».
Поставленные задачи курсового проекта были выполнены. В первой главе рассмотрели понятия счетчиков, а так же рассмотрели понятия выбранных счетчиков и объяснили, как они работают. Во второй главе мы рассмотрели разработку счетчиков с недвоичным кодированием методом синтеза последовательных устройств. Цель курсовой работы так же была выполнена исходя из выполнения задач по рассмотрению разработки счетчиков методом синтеза.
Актуальность счетчиков была доказана из-за простого использования этого класса счетчиков. Счетчики в коде грея используются в качестве переходника кодовой комбинации на один разряд, а счетчик «1 из N» используется в качестве синхронизации передаваемой информации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
| КП.090201.32КСКпв.13.002.ПЗ
|
| ГАПОУ ПК № 8 им. И.Ф. Павлова
|
1. Информационные системы и технологии: Научное издание / Под ред. Ю.Ф. Тельнова. - М.: ЮНИТИ, 2012. - 303 c.
2. Информационные системы и технологии: Научное издание. / Под ред. Ю.Ф. Тельнова. - М.: ЮНИТИ, 2016. - 303 c.
3. Румянцева, Е.Л. Информационные технологии: Учебное пособие / Е.Л. Румянцева, В.В. Слюсарь; Под ред. Л.Г. Гагарина. - М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 256 c.
4. https://studopedia.ru/5_128316_schetchiki-s-nedvoichnim-kodirovaniem.html
5. https://studfiles.net/preview/2713968/page:14/
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 114; | Поделиться с друзьями:
|
Мы поможем в написании ваших работ!
