Общая характеристика счетчиков

Счетчиком называется типовой функциональный узел компьютера, предназначенный для счета входных импульсов. Счетчик представляет собой связанную цепочку Т-триггеров, образующих память с заданным числом устойчивых состояний (Рис. 5.12)

Рисунок 5.12-Логическая структура счетчика

Логическая функция счетчика обозначаете буквами СТ (counter).

Список микроопераций счетчика включает:

-предварительную установку в начальное состояние,

-инкремент или декремент хранимого слова,

-вы­дачу слов параллельным кодом и др.

Входные импульсы могут поступать на счетчик как периодически, так и произ­вольно распределенными во времени. Амплитуда и длительность счетных импуль­сов должны удовлетворять техническим требованиям для используемых серий микросхем.

Счетчик является одним из основных функциональных узлов компьютера, а также различных цифровых управляющих и информационно-измерительных систем.

Основное применение счетчиков:

• образование последовательности адресов команд программы (счетчик ко­манд или программный счетчик);

• подсчет числа циклов при выполнении операций деления, умножения, сдви­га (счетчик циклов);

• получение сигналов микроопераций и синхронизации; аналого-цифровые преобразования и построение электронных таймеров (часов реального времени).

Счетчик характеризуется модулем и емкостью счета.

Модуль счета К_Сч опре­деляет число состояний счетчика.

После счета числа импульсов N_Bx = Ксч счетчик возвращается в начальное состояние. Таким образом, модуль счета, который часто называют ко­эффициентом пересчета, определяет цикл работы счетчика, после которого его со­стояние повторяется. Поэтому число входных импульсов и состояние счетчика од­нозначно определены только для первого цикла.

Емкость счета N_mаx определяет максимальное количество входных импульсов, которое может зафиксировать счетчик при одном цикле работы.

В счетчиках используются три режима работы: управления, накопления и деления.

В режиме управления считывание информации производится после каждого аходного счетного импульса, например, в счетчике адреса команд.

В режиме накоп­ления главным является подсчет заданного числа импульсов либо счет в течение определенного времени.

В режиме деления (пересчета) основным является уменьшение частоты поступления импульсов в Ксч раз.

Большинство счетчиков может работать во всех режимах, однако в специальных счетчиках-делителях состояния в процессе счета могут изменяться в произвольном порядке, что позволяет упростить схему узла.

Счетчики классифицируют по следующим признакам:

• способу кодирования — позиционные и непозиционные;

• модулю счета — двоичные, десятичные, с произвольным постоянным или переменным (программируемым) модулем;

• направлению счета — простые (суммирующие, вычитающие) и реверсив­ные;

• способу организации межразрядных связей — с последовательным, сквоз­ным, параллельным и комбинированным переносами (заемом);

• типу используемых триггеров — Т, JK, D в счетном режиме;

В счетчиках с позиционным кодированием числовое выражение текущего со­стояния счетчика определяется формулой:

N = Q_i = r_n Q_n + r_n-1 Q_n-1 + … + r₁ Q₁

Q_i — значение выхода i-го разряда;

Нулевое значение всех разрядов обычно принимается за начальное состояние счетчика. Остальные состояния нумеруют по числу поступивших входных импуль­сов.

В счетчиках с непозиционным кодированием (например, в кодах Грея) разряды не имеют постоянных весов и каждом набору состояний Q_n, Q_n-1,…Q₁ приписыва­ется определенное количество входных импульсов.

В компьютерах преимуществен­но используют счетчики с позиционным кодированием.

По виду переходов простые счетчики (Сч) подразделяются на суммирующие (прямого счета) и вычитающие (обратного счета).

В суммирующих счетчиках каждый прибавляемый импульс U + увеличивает состояние на единицу, то есть реализуется микрооперация инкремента Сч : = Сч + 1.

Реверсивные счетчики имеют переходы в прямом и обратном направлениях, что позволяет считать прибавляемые и вычитаемые импульсы.

К временным характеристикам счетчиков относятся:

— время установления (переключения) кода.

Быстродействие счетчика определяется максимальной частотою F_m поступления входных импульсов в режиме деления и вычисляется по формуле: F_m = 1/t_T.

Межразрядные связи обеспечивают выработку сигналов переноса в старшие разряды при суммировании импульсов и сигналов заема — при вычитании.

От вида реализации межразрядных связей существенно зависят параметры t_yct и F_m.k.

В счетчиках с последовательными переносами триггеры переключаются пооче­редно после каждого входного импульса в направлении от младших разрядов к старшим. Такие счетчики называются последовательными или асинхронными. В счетчиках с параллельными переносами триггеры переключаются одновременно после каждого входного импульса, такие счетчики называются параллельными или синхронными.

Источник

Классификация и технические характеристики индукционных счетчиков

Различают однофазные и трехфазные счетчики. Однофазные счетчики применяются для учета электроэнергии у потребителей, питание которых осуществляется однофазным током (в основном, бытовых). Для учета электроэнергии трехфазного тока применяются трех фазные счетчики.

Трехфазные счетчики можно классифицировать следующим образом.

По роду измеряемой энергии — на счетчики активной и реактивной энергии.

По способу включения счетчики можно разделить на 3 группы

Счетчики косвенного включения изготовляются двух типов. Трансформаторные счетчики — предназначены для включения через измерительные трансформаторы, имеющие определенные наперед заданные коэффициенты трансформации. Эти счетчики имеют десятичный пересчетный коэффициент (10п). Трансформаторные универсальные счетчики — предназначены для включения через измерительные трансформаторы, имеющие любые коэффициенты трансформации. Для универсальных счетчиков пересчетный коэффициент определяется по коэффициентам трансформации установленных измерительных трансформаторов.

Электросчетчики специального назначения

Счетчики активной и реактивной энергии, снабженные дополнительными устройствами, относятся к счетчикам специального назначения. Перечислим некоторые из них.

Двухтарифные и многоторифные счетчики — применяются для учета электроэнергии, тариф на которую изменяется в зависимости от времени суток.

Счетчики с предварительной оплатой — применяются для учета электроэнергии бытовых потребителей, живущих в отдаленных и труднодоступных населенных пунктах.

Счетчики с указателем максимальной нагрузки — применяются для расчетов с потребителями по двухставочному тарифу (за израсходованную электроэнергию и максимальную нагрузку).

Телеизмерительные счетчики — служат для учета электроэнергии и дистанционной передачи показаний.

Технические характеристики электросчетчиков

Техническая характеристика счетчика определяется следующими основными параметрами.

Номинальное напряжение и номинальный ток счетчиков — у трехфазных счетчиков указываются в виде произведения числа фаз на номинальные значения тока и напряжения, у четырехпроводных счетчиков указываются линейные и фазные напряжения. Например- 3/5 А; 3X380/220 В.

У трансформаторных счетчиков вместо номинальных тока и напряжения указываются номинальные коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов, для работы с которыми счетчик предназначен, например: 3X150/5 А. 3X6000/100 В.

Номинальное напряжение счетчиков прямого и полукосвенного включения должно соответствовать номинальному напряжению сети, а счетчиков косвенного включения — вторичному номинальному напряжению трансформаторов напряжения. Точно так же номинальный ток счетчика косвенного или полукосвенного включения должен соответствовать вторичному номинальному току трансформатора тока (5 или 1 А).

Класс точности устанавливается для условий работы, называемых нормальными. К ним относятся: прямое чередование фаз; равномерность и симметричность нагрузок по фазам; синусоидальность тока и напряжения (коэффициент линейных искажений не более 5%); номинальная частота (50 Гц±0,5%); номинальное напряжение (±1%); номинальная нагрузка; cos фи = l (для счетчиков активной энергии) и sin фи = 1 (для счетчиков реактивной энергии); температура окружающего воздуха 20°+3°С (для счетчиков внутренней установки); отсутствие внешних магнитных полей (индукция не более 0,5 мТл); вертикальное положение счетчика.

Например, 1 кВт-ч равен 450 оборотам диска. Передаточное число указывается на табличке счетчика.

Постоянная индукционного счетчика — это значение энергии, которое он измеряет за 1 оборот диска.

Чувствительность индукционного счетчика — определяется наименьшим значением тока (в процентах к номинальному) при номинальном напряжении и cos фи = l (sin фи = 1), который вызывает вращение диска без остановки. При этом допускается одновременное перемещение не более двух роликов счетного механизма.

Емкость счетного механизма — определяется числом часов работы счетчика при номинальных напряжении и токе, по истечении которых счетчик дает первоначальные показания.

Собственное потребление мощности (активной и полной) обмотками счетчиков — ограничено стандартом. Так, для трансформаторных и трансформаторных универсальных счетчиков потребляемая мощность в каждой токовой цепи при номинальном токе не должна превышать 2,5 В-А для всех классов точности, кроме 0,5. Мощность, потребляемая одной обмоткой напряжения счетчиков до 250 В: для классов точности 0,5; 1;1,5 — активная 3 Вт, полная 12 В-А, для классов точности 2,0; 2,5; 3,0 — соответственно 2 Вт и 8 В-А.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

Основные характеристики счетчиков.

Основными характери­стиками счетчика явля­ются:

— модуль счета (период счета или коэффициент пересчета);

2.3.1.Модуль счета характеризует число устойчивых состояний счетчика, т. е. предельное число вход­ных сигналов, которое может сосчитать счетчик.

2.3.2. Разрешающая способность — минимально допустимый период следований вход­ных сигналов, при котором обеспечивается надежная работа счет­чика. Чем больше частота поступления счетных сигналов, тем боль­шее быстродействие требуется от счетчика.

2.3.3.Время регистрации — интервал времени между моментами поступления входного сигнала и окончания самого длинного переходного процесса в счетчике.

2.3.4. Емкость счетчика — максимальное число единичных сигналов, которое может быть зафиксировано на счетчике. Эта характеристи­ка счетчика зависит от основания системы счисления и числа раз­рядов.

3.4. Схема счетчика с непосредственными связями с последовательным пе­реносом

Схема несинхронизированного двоичного четырехразрядного суммирующего счетчика на JK-триггерах с последовательным переносом сигнала и временная диаграмма его работы приведена на рис. 3.1. В этих счетчиках каждый последующий триггер ( i—1)-го разряда запускается от информационных выходов

Рис.3.1. Схема несинхронизированного двоичного четырехразрядного суммирующего счетчика на JK-триггерах с последовательным переносом сигнала

(Qi, Qi) преды­дущего триггера i-го разряда, а счетный сигнал поступает на вход триггера первого разряда.

Рассмотрим работу счетчика, полагая, что в исходном состоянии в нем записан код 0000. В счетчике выход каждого предыдущего триггера Q i-1 соединен с входом синхронизации С i последующего триггера. На входы Jи К. триггеров подаются сигналы 1. Первый входной сигналХсч установит триггер Тг1 счетчика в состояние 1, все же остальные триггеры счетчика останутся в состоянии 0. Вто­рой входной сигнал установит триггер Тг1 в состояние 0; третий — вновь в состояние 1 и т. д. Входными сигналами триггера Тг2 будут уже сигналы, снимаемые с прямого выхода триггера Тг1. Таким об­разом, первый раз в состояние 1 триггер Тг2 установится только после того, как на выходе триггера Тг1 пройдет первый сигнал, а в состояние 0 — после того как пройдет второй сигнал, и т. д. Вход­ными сигналами триггера ТгЗ будут уже сигналы, снимаемые с прямого выхода триггера Тг2, и т. д. После того как на вход счет­чика будет подана серия сигналов (импульсов), например, пройдет пять входных импульсов, на выходе триггеров счетчика установится код 0101, что и будет соответствовать цифре 5. Таким образом, счет­чик подсчитывает количество импульсов, поданных на его вход.

Обычно счетчик имеет цепь установки в состояние 0 (установка триггеров в 0). Но начальное состояние триггеров не обязательно должно быть нулевое. В счетчик может быть записано заранее не­которое число и уже с него начинается операция счета единиц.

Недостаток несинхронизированного счетчика с последователь­ным переносом заключается в том, что он имеет зависимость дли­тельности переходного процесса, определяющего время регистра­ции, от его разрядности. С ростом разрядности счетчика понижается предельная частота его работы. Это связано с тем, что возрастает задержка поступления сигнала на вход С некоторого i-го разряда относительно времени поступления входного сигнала Хсч на вход С младшего разряда счетчика. Из временной диаграммы видно, что такая задержка может привести к искажению информации в счет­чике (момент времени t=8).

Счетчики с параллельным переносом. Для повышения быстро­действия счетчики выполняются с параллельным переносом. На рис.3.2. изображена схема четырехразрядного счетчика на JK триггерах с параллельным переносом. В качестве схем И использованы входы триггеров &J и &K.

Отличительной особенностью схемы является то, что сигналы с выходов i-х разрядов подаются на информационные входы J и K триггеров (i+1)-х разрядов.

Из схемы на рис. 3.2. видно, что с возрастанием порядкового но­мера триггера увеличивается число входов в элементах И JK-триггеров. Так как количество входов J и К, и нагрузочная способ­ность выходов триггеров

Рис. 3.2.. Схема четырехразрядного двоичного счетчика на JK-триггерах с параллельным переносом

ограничены, то и разрядность счетчика с параллельным переносом невелика и равна обычно четырем. Поэто­му при числе разрядов счетчика, большем максимального числа входов J и K, счетчик разбивается на группы и внутри каждой груп­пы строятся цепи параллельного переноса. Подобным способом ор­ганизуется счетчик с частично параллельным переносом. Длитель­ность переходного процесса в таком счетчике равна сумме длитель­ностей переходного процесса в каждой группе разрядов.

Считывание числа, записанного в счет­чике, производится так же, как и в регистрах, т. е. с единичных вы­ходов триггеров или с нулевых выходов триг­геров, если на выходе должен быть инверсный код.

Быстродействие рассмотренных счетчиков зависит как от ско­рости переброса триггера младшего разряда, так и от времени рас­пространения сигнала переноса по цепи переноса.

ДЕШИФРАТОРЫ

Определение

Дешифратор — логическая схема, соджержащая n входов и 2 n выходов b преобразующая n-разрядное двоичное слово в соответствующий управляющий сигнал, который возникает только на одном из его выходов. Другими словами, дешифратор представля­ет собой совокупность схем И, формирующих управляющий сиг­нал на одном из выходов, в то время как на остальных выходах сиг­налы отсутствуют.

В табл.2. отражены возможные состояния дешифратора на три входа (п=3) и восемь выходов.

Выходы дешифратора имеют нумерацию, совпадающую с деся­тичным представлением двоичного числа от 0 до п—1. Если, на­пример, слово на входе имеет код 101 (табл. ), то единичный сигнал будет только на

пятом выходе дешифратора, т.е Y5=1.Действительно, если на элемент И5 поступает код X1X2X3 (X1=1, X2=0, X3=1), то на всех выходах дешифратора, кроме Y5, будут ло­гические 0.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник

Счётчик электроэнергии: классификация, типы и характеристики.

Счётчик электроэнергии – это устройство, предназначенное для измерения затраченной энергии и контроля её качества. С развитием технологий передачи электрической энергии измерительные приборы также эволюционировали и приобрели ряд новых свойств и характеристик.

Классификация счётчиков электрической энергии

В основе классификации приборов учета электрической энергии заложено несколько принципов, по которым они подразделяются.

По принципу действия:

По классу точности:

По количеству применяемых тарифов:

По принципу включения в электрические сети:

По типу подключения к сети:

По типу автоматизации:

Основные технические характеристики

Для технической характеристики счетчиков используются следующие параметры:

Все старые бытовые электросчетчики имели класс точности 2,5.Сегодня используются более точные приборы с классом точности 2,0.

Широкое распространение получила двухтарифная система, позволяющая разделять учет электрознергии, расходуемой в определенное время суток.

У каждого типа и модели счетчика свой межповерочный интервал. Его длительность может быть от четырех до шестнадцати лет.

Детали счетчика со временем приходят в негодность, поэтому точность показаний снижается. При таких обстоятельствах прибор становится считаться непригодным для использования, а показатели для начислений за коммунальные услуги становятся недействительными.

Чем больший интервал обещает производитель, тем дольше прослужит электросчетчик.

Типы электросчетчиков

Индукционные приборы учета

Знакомый всем прибор с прозрачным пластиковым окошком, через которое виден вращающийся диск. Больше число оборотов диска — выше расход электроэнергии.

Индукционные электросчетчики, несмотря на свою невысокую точность, считаются весьма надежными. Их гарантийный срок службы 15 лет.

Внешний вид и принципиальная схема индукционного счетчика учета электрической энергии

Преимущества этого типа прибора:

Среди недостатков можно отметить:

Электронный счётчик электроэнергии

В таком приборе на электронных элементах под воздействием тока и напряжения создаются импульсы, число которых пропорционально количеству измеряемой энергии. Такие счетчики программируемые, оснащены жидкокристаллическим индикатором.

Основное достоинство прибора — возможность пользоваться дифференцированными тарифами при учете израсходованной энергии, так как электронный счетчик способен запоминать, какое количество электроэнергии было использовано в определенный заранее период времени. Каждый промежуток времени, соответствующий определенному тарифу, снабжен своим счетным механизмом.

Интервал между поверками у такого счетчика составляет от 4 до 16 лет.

Недостатком электронного прибора является его достаточно высокая стоимость, но она быстро компенсируется удобством в пользовании и точностью измерений.

Электродинамический счётчик электроэнергии

Электродинамический счетчик содержит неподвижную токовую обмотку в виде проволочных катушек. Если включить электроприбор, то проходящий через катушки ток создает магнитное поле. Между обмотками находится якорь из трех и более катушек. На якоре установлен коллектор с металлическими щетками. Коллектор изменяет направления тока в проводниках якоря в магнитном поле, возникшем при помощи неподвижных катушек. О показаниях прибора судят по цифрам на шкале счетчика, появляющихся в шести выстроенных в ряд прямоугольных окошках. Над ними указывается единица измерения электрической энергии. Первые пять цифр — целое число гектоватт‑часов или киловатт‑часов использованной электроэнергии, шестая цифра – дробная часть десятичного числа.

Преимущества электронных и электродинамических счетчиков:

Недостатки:

Гибридные счетчики

Гибридные счетчики имеют цифровой интерфейс и механическое вычислительное устройство. Измерительная часть может быть электронной или индукционной.

Прибор представляет из себя промежуточный вариант и используется редко.

Таким образом, имея представление о классификации электросчетчиков, об их типах и основных характеристиках и соотнеся эту информацию со своими финансовыми возможностями и потребностями можно сделать правильный выбор.

Источник

СЧЕТЧИКИ Основные параметры и классификация

СЧЕТЧИКИ Основные параметры и классификация

Счетчиком называется функциональный узел ЭВМ, предназначенный для подсчета числа входных сигналов и хранения результата счета в двоичном коде. Счетчики выполняются на элементах памяти (триггерах), образующих двоичные разряды, и элементах комбинационной логики.

Счетчики могут быть с естественным и произвольным порядком счета. При естественном порядке счета результат счета изменяется на единицу при поступлении на вход счетчика каждого сигнала (импульса). В счетчиках с произвольным порядком счета, называемых также пересчетными устройствами, при поступлении входных сигналов результат счета может изменяться произвольно в соответствии с заданным законом.

Основными параметрами счетчиков являются модуль счета (коэффициент пересчета, емкость счетчика) Ксч и быстродействие. Модулем счета называют число состояний, которые он приобретает под действием входных сигналов. Если счетчик начал считать с начального состояния, то через каждые Кcч входных сигналов он снова возвращается в начальное состояние, а на его выходе появляется сигнал Ксч-ичного переноса. Быстродействие счетчика определяется разрешающей способностью и временем установки. Разрешающая способность t _Р характеризуется периодом входных импульсов Т_СЧ, при котором счетчик еще работает без сбоев, а время установки t_УСТ — интервалом времени от момента поступления сигнала на вход счетчика до завершения перехода счетчика в новое состояние.

По направлению счета счетчики могут быть суммирующими (прямого счета), вычитающими (обратного счета) и реверсивными, т.е. способными работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания.

По структурной организации счетчики делятся на последовательные (асинхронные), параллельные (синхронные) и параллельно-последовательные.

Помимо входа для приема подсчитываемых сигналов счетчик может иметь вход общего сброса R и входы данных D_i для параллельной загрузки произвольного кода. В последнем случае для осуществления загрузки предусматривается еще один вход — вход разрешения параллельной загрузки PL (parallel 1оаd).

Счетчики используются в ЭВМ для осуществления последовательного выполнения команд программы, подсчета числа циклов выполненных операций, образования адресов при обращении к запоминающим устройствам, в качестве делителей частоты в цифровых электронных часах и частотомерах и др.

Последовательные счетчики

В счетчиках, показанных на рис.12.1, используется непосредственная связь между выходами и входами триггеров. Поскольку каждый триггер (кроме первого) переключается выходным сигналом предыдущего, в таких счетчиках нет специальных схем формирования сигналов переноса или заема: их роль выполняют сигналы с выходов старшего разряда. Наращивание разрядности достигается путем последовательного подключения нужного количества триггеров. Однако несмотря на эти достоинства, а также простоту схемной реализации, область применения последовательных счетчиков с непосредственными связями ограничивается пределом их быстродействия.

На рис. 12.2 приведены временные диаграммы трехразрядного суммирующего счетчика, выполненного по схеме рис. 12.1, а.

Параметр t_ТГ характеризует задержку переключения триггера при поступлении на его вход отрицательного перепада напряжения. Наличие этой задержки вызывает появление «ошибочных» результатов, не предусмотренных таблицей его функционирования (см. табл. 12.1). Так, например, после окончания действия второго входного импульса перед правильным состоянием Q₂Q₁Q₀=010 на некоторое время возникает неправильное состояние Q₂Q₁Q₀=000, соответствующее переходным процессам в триггерах нулевого и первого разрядов. Из-за переходных процессов при переключениях триггеров всех трех разрядов после окончания четвертого (а также восьмого) входного импульса установлению правильного состояния Q₂Q₁Q₀=100 предшествуют два неправильных: 010 и 000. Следовательно индикацию результата счета в таком счетчике (а значит, и интервал между входными импульсами) следует осуществлять не ранее, чем через время t=3t_ТГ. При этом максимальная частота следования входных импульсов определяется формулой:

,

С увеличением разрядности счетчика увеличивается время задержки переключения триггера n-го разряда относительно среза входных импульсов, поэтому для n-разрядного счетчика с последовательным переносом максимальная частота входных импульсов будет равна:

.

На диаграммах виден и режим деления частоты: каждый последующий триггер переключается вдвое реже, чем предыдущий. Поскольку предыдущий триггер выполняет роль генератора импульсов для последующего, то максимальная частота входных импульсов в режиме деления частоты ограничивается возможностями триггера младшего разряда и равна 1/t_ТГ. Задержки переключения триггеров последующих разрядов вызовут лишь появление фазовых сдвигов между входной и выходной последовательностями импульсов.

Примером интегрального двоичного счетчика с непосредственными связями может служить микросхема К155ИЕ5 (рис. 12.3, а). Она представляет собой 4-разрядный двоичный счетчик, выполненный на двухступенчатых JK-триггерах с двумя счетными входами С₁ и С₂ и двумя входами сброса в нуль R₁ и R₂. Выход Q₀ внутренне не соединен с последующими триггерами, что дает возможность использовать схему в качестве 3-разрядного или 4-разрядного двоичного счетчика. В первом случае счетные импульсы подают на вход С₂, а во втором – на вход С₁, предварительно объединив выход Q₀ со входом C₂. Входы сброса R₁ и R₂ обеспечивают сброс счетчика в нулевое состояние при R₁=R₂=1. При выполнении операции счета на одном из входов R₁ или R₂ ( или на обоих ) должен присутствовать потенциал низкого уровня.

Условное обозначение счетчика дано на рис. 12.3, б.

Кольцевой счётчик

В таком счётчике при поступлении тактовых импульсов С единственная 1 перемешается от разряда к разряду. Он выполнен на сдвиговом регистре, у которого сигнал обратной связи подается с прямого выхода триггера последнего разряда на входы первого (рис.13.17). Работа счётчика начинается с режима «Предустановка», в котором сигналом =0 первый триггер регистра устанавливается в 1, а остальные в 0. Затем при поступлении тактовых импульсов происходит сдвиг информации от разряда к разряду вправо, что и обеспечивает циркуляцию 1 в регистре. Счетная последовательность такого регистра приведена в табл. 13.3, из которой видно, что число рабочих состояний (модуль счета) такого счётчика равно числу его разрядов.

Запрещенными состояниями счётчика являются такие, при которых в его разрядах число единиц оказывается более одной, либо во всех разрядах имеются нули. Для обнаружения запрещенных состояний счётчик снабжается дополнительной комбинационной схемой. Например, для трехразрядного кольцевого счётчика запрещенные состояния возникнут в случае, если единицы будут одновременно присутствовать на выходах первого и второго разрядов (Q₀Q₁=1), либо первого и третьего (Q₀Q₂=1), либо второго и третьего (Q₁Q₂=1), либо на выходах всех трех разрядов (Q₀Q₁Q₂=1). Следовательно, сигнал обнаружения лишней 1 должен формироваться на основании булевого выражения

Для обнаружения нулевого состояния триггеров всех разрядов можно использовать функцию

. (13.3)

Сигналы, сформированные на основании выражений (13.2) и (13.3), могут использоваться не только для обнаружения ошибки в работе счётчика, но и для его предустановки в исходное состояние.

Счётчик Джонсона

Счётчик Джонсона отличается от рассмотренного кольцевого счётчика тем, что в нем сигнал обратной связи на входы триггера младшего разряда сдвигового регистра подается не с прямого, а с инверсного выхода триггера старшего разряда. Благодаря этому если в исходном состоянии триггеры всех разрядов регистра установлены в 0, то при поступлении импульсов синхронизации начнётся их постепенное переключение в 1. После того как все триггеры окажутся в единичном состоянии, начнется их поочередное (начиная с триггера младшего разряда) переключение в 0 и т.д. Следовательно, число рабочих состояний такого счётчика равно удвоенному числу его разрядов. Функционирование десятичного счётчика Джонсона осуществляется в соответствии с табл.13.4. Смена состояний такого счётчика происходит в соответствии с кодом Либау-Крейга. Для получения двоично-десятичного кода к выходам счётчика необходимо подключить комбинационную схему – преобразователь кодов.

Для десятичного счётчика Джонсона из 2 5 =32 возможных состояний используется только 10, а остальные 22 состояния являются лишними. При попадании счётчика в эти состояния может быть нарушена его нормальная работа, определяемая табл.13.4. Поэтому необходимо предусмотреть дополнительные комбинационные схемы, определяющие сбои в работе счётчика и осуществляющие его установку в рабочее состояние.

Дешифраторы

Дешифраторы применяются в устройствах управления для дешифрации операций или микрокоманд в управляющие сигналы, в запоминающих устройствах для выбора ячейки памяти при записи или считывании информации, для преобразования двоично-десятичного кода в семисегментный, для реализации различных логических функций и др.

Условное обозначение дешифратора на 3 входа показано на рис. 14.1.

Таблица 14.1.

аm

аm-1

…

а3

а2

а1

y0

y1

y2

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

В соответствии с этой таблицей список функций, отрабатываемых каждым выходом дешифратора, будет иметь вид:

(14.1)

В зависимости от способа реализации уравнений (14.1) дешифраторы делятся на линейные (одноступенчатые) и матричные (многоступенчатые).

Линейные дешифраторы

В линейных дешифраторах каждое уравнение системы (14.1) реализуется отдельным ЛЭ. В качестве примера рассмотрим линейный дешифратор 3-8, у которого функции выходов имеют вид:

Эти уравнения могут быть реализованы с помощью восьми трехвходовых элементов И, как показано на рис.14.2.

У такого дешифратора активным уровнем является высокий уровень. Именно такой уровень будет на одном из выходов, определяемом значением числа , в то время как на всех остальных выходах будут напряжения низкого уровня. Линейный дешифратор может быть реализован на ЛЭ ИЛИ-НЕ. Для этого следует преобразовать уравнения (14.1), воспользовавшись, например, правилами де Моргана. Для дешифратора 3-8 эти преобразования дадут:

Работа стробируемых дешифраторов описывается логическими уравнениями, подобными уравнениям (14.1), но содержащими дополнительно сигнал разрешения Е:

(14.2)

В сериях ТТЛ и ТТЛШ дешифраторы обычно имеют инверсные выходы, поскольку их реализация осуществляется на элементах И-НЕ, являющихся наиболее технологичными в этих сериях. В КМДП-сериях, выполненных на инверторах, предпочтение имеют устройства, выполненные на элементах ИЛИ-НЕ, и дешифраторы чаще имеют прямые выходы.

Демультиплексоры

Демультиплексором называют комбинационный узел ЭВМ, осуществляющий операцию передачи сигнала с одного информационного входа на один из m=2 n выходов, номер которого определяется двоичным кодом на n адресных (управляющих) входах. Работа демультиплексора может быть задана либо таблицей истинности, либо логическими уравнениями:

(14.3)

Из сравнения уравнений (14.3) и (14.2) следует, что функцию демультиплексора может выполнять стробируемый дешифратор, если его вход разрешения использовать в качестве информационного. Поэтому как самостоятельные устройства демультиплексоры в интегральном исполнении не выпускаются, а все стробируемые дешифраторы, способные выполнять как функцию дешифрации двоичного кода, так и функцию демультиплексирования сигнала на тот или иной выход, обычно называют дешифраторами-демультиплексорами.

На схемах в условном графическом обозначении (УГО) демультиплексор обозначается буквамиDMX в основном поле.

В качестве демультиплексора можно использовать и нестробируемый дешифратор, приняв один из адресных входов за информационный (рис 14.6).

Помимо распределения входного сигнала по нескольким различным адресам демультиплексоры применяются для преобразования последовательного кода в параллельный.

Мультиплексоры

Сумматоры

Сумматором называют операционный узел ЭВМ, выполняющий операцию сложения двух чисел, представленных в двоичном коде. Известно, что все многообразие математических операций (сложение, вычитание, деление, возведение в степень, вычисление тригонометрических функций и т.п.) можно получить с помощью операций сложения прямых и обратных кодов чисел, сдвинутых влево или вправо на то или иное число разрядов. Поэтому скорость выполнения вычислительных процессов в ЭВМ существенно зависит от быстродействия сумматоров.

По принятой в ЭВМ системе счисления и кодирования сумматоры подразделяются на двоичные, десятичные, двоично-десятичные и др.

По способу организации суммирования чисел сумматоры могут быть комбинационными и накапливающими. В комбинационных сумматорах результат суммирования не запоминается. В накапливающих сумматорах, имеющих память, после добавления к содержимому сумматора очередного слагаемого происходит запоминание полученного результата.

По способу организации межразрядных переносов сумматоры делятся на параллельные, последовательные и c групповой структурой. В параллельных сумматорах суммирование одноименных разрядов чисел осуществляется одновременно (параллельно), а в последовательных — последовательно от младших к старшим. В сумматорах с групповой структурой суммируемые числа разбиваются на группы, построенные как параллельные сумматоры, а полученные в группах переносы складываются затем последовательно (параллельно-последовательные сумматоры) или параллельно. В последнем случае сумматоры называют параллельными с параллельно-параллельным переносом.

По способу тактирования различают синхронные и асинхронные сумматоры. В синхронных сумматорах для выполнения процесса суммирования отводится постоянное время независимо от разрядности суммируемых чисел, а в асинхронных после завершения процесса суммирования вырабатывается специальный сигнал (признак). Поэтому у асинхронных сумматоров среднее время суммирования меньше, чем у синхронных.

Схема сравнения на больше

Контроль по чётности

30. Классификация полупроводниковых БИС ЗУ

Запоминающие устройства (ЗУ) предназначены для хранения, записи и выдачи информации, необходимой для решения задач на ЭВМ. Записываемая, хранимая и считываемая информация представляется в виде слов или слогов в двоичном коде. Каждое слово (слог) располагается в ячейке памяти (ЯП), состоящей из элементов памяти (ЭП). Число ЭП в ЯП определяет разрядность ЯП и разрядность записываемого в неё слова. Конструктивно ЯП объединяются в устройство, называемое блоком памяти.

В современных ЭВМ можно выделить устройства внутренней, внешней и буферной памяти.

Устройства внутренней памяти непосредственно участвуют в процессе преобразования информации, обмениваясь данными с процессором ЭВМ и вычислительной системой.

Внешняя память хранит большие массивы информации в течение длительного времени и обменивается данными с внутренней памятью.

Буферные ЗУ предназначены для промежуточного хранения данных при обмене между внешней и внутренней памятью.

По функциональному назначению БИС ЗУ делят на постоянные (ПЗУ) и оперативные (ОЗУ).

ПЗУ предназначены для хранения данных, однократно фиксируемых при изготовлении (неизменяемых программ, констант и т.п.). Основными требованиями, предъявляемыми к ПЗУ, являются неразрушающее считывание и энергонезависимость хранения информации.

ОЗУ относятся к внутренней памяти, служат для хранения переменных данных и программ в процессе текущих вычислений. В обычных ОЗУ информация разрушается после отключения питания, хотя существуют БИС энергонезависимых ОЗУ.

По способу хранения информации БИС ЗУ делятся на статические и динамические.

В статических ЗУ применяются бистабильные триггерные элементы. Они управляются потенциальными сигналами и считывание информации происходит без ее разрушения.

В динамических ЗУ для хранения информации используются запоминающие конденсаторы или междуэлектродные ёмкости транзисторов, в которых информация храниться в виде заряда. За счёт токов утечки заряд на конденсаторе с течением времени уменьшается, поэтому его необходимо периодически восстанавливать путём подзарядки. Этот процесс носит название регенерации.

По способу размещения и поиска информации различают БИС ЗУ адресные и безадресные.

В адресных ЗУ поиск информации производиться по номеру (адресу) ячеек памяти, в которых она размещается. Адресные ЗУ бывают с произвольным обращением (произвольной выборкой), когда допустим любой порядок выборки адресов, и с последовательным обращением (последовательной выборкой), когда выбор ЯП возможен только в порядке возрастания или убывания адресов.

Основные параметры ЗУ

Основными классификационными параметрами ЗУ являются информационная ёмкость, тип логики и быстродействие.

Ёмкость (М) ЗУ выражается в битах (байтах) и определяется как произведение количества имеющихся в ЗУ ячеек памяти (N) на их разрядность (n).

При одинаковой ёмкости БИС ЗУ могут иметь различную организацию выборки. Например, при M=4096 ЗУ могут иметь следующие организации выборки:

4096×1 (4096 одноразрядных слов);

1024×4 (1024 четырёхразрядных слова);

512×8 (512 восьмиразрядных слов) и т.д.

Под быстродействием ЗУ понимают время, затрачиваемое на одно обращение к памяти ЭВМ для записи или считывания информации. Обращение к памяти ЭВМ (время выборки t_A) определяется временным интервалом от момента подачи на вход ЗУ заданного сигнала и получением на выходе данных при условии, что все остальные необходимые входные сигналы уже поданы. Время выборки можно определять относительно любого из необходимых для работы ЗУ сигналов.

Система электрических параметров БИС ЗУ включает статические и динамические параметры. К статическим параметрам относятся входные и выходные токи и напряжения высокого и низкого уровней, выходной ток в третьем состоянии, токи потребления в режимах хранения, записи и считывания, напряжение питания.

Динамические параметры характеризуют скорость реакции БИС на входные воздействия и устанавливают необходимые для правильного функционирования временные соотношения между входными и выходными сигналами, что в целом составляет временную диаграмму работы БИС ЗУ.

Масочные ПЗУ

Масочные ПЗУ строятся на основе диодов, биполярных и МДП-транзисторов.

В диодных ПЗУ диоды включаются в те пересечения ЗпМ, которые соответствуют записи 1, а в местах, где должен быть записан 0, они отсутствуют. Исключение диодов из соответствующих пересечений ЗпМ достигается тем, что на последнем этапе изготовления проводящая металлическая пленка, соединяющая катод диода с разрядной шиной, не изготавливается. Вид диодной ЗпМ показан на рис.16.9,а. Так как диодная матрица представляет собой элемент с гальваническими связями, то выходные

сигналы имеют ту же форму и полярность, что и входные. Таким образом, если на ее входы (адресные шины) подаются напряжения постоянных уровней, то и на выходах (разрядных шинах) уровни будут также постоянными, что исключает необходимость применения дополнительных выходных регистров.

На рис.16.9,б показана ЗпМ, выполненная на биполярных многоэмиттерных транзисторах (МЭТ). При возбуждении одной из адресных шин на базе связанного с ней МЭТ возникает напряжение высокого уровня, в то время как на базах всех остальных транзисторов напряжение равно нулю. Информация логического 0 или логической 1 в любой разрядной шине зависит от того, есть ли связь разрядной шины с соответствующим эмиттером выбранного МЭТ или нет. Коллекторный ток выбранного МЭТ проходит только в те разрядные шины, которые связаны с эмиттерами этого транзистора, создавая положительные напряжения на этих разрядных шинах, в то время как на разрядных шинах, не связанных с его эмиттерами, напряжение равно нулю.

Программируемые ПЗУ

Структура БИС ППЗУ подобна структуре БИС МПЗУ и отличается только видом ЭП. Элементами памяти ППЗУ являются диоды или многоэмиттерные транзисторы (МЭТ).

Программирование ППЗУ осуществляется пережиганием перемычек (рис.16.11,а,г), либо электрическим пробоем р-n перехода (рис.16.11,6) или диодов Шотки (рис.16.11,в). В качестве плавких перемычек применяются тонкие пленки из нихрома или поликристаллического кремния.

Требуемые токи программирования обеспечиваются повышением приложенного к микросхеме ППЗУ напряжения до 12. 20 В. Для рассеивания выделяемой при программировании мощности приходится увеличивать размеры ЭП, что приводит к снижению быстродействия из-за увеличения паразитных емкостей и уменьшению коэффициента интеграции. Коэффициент интеграции снижается также вследствие создания на кристалле БИС ППЗУ электронных схем формирования токов программирования, которые используются только один раз при программировании и в дальнейшей эксплуатации не требуются. На рис.16.12 показаны УГО электрически программируемого (прожигаемого) ПЗУ К155РЕЗ емкостью 256 бит с организацией 32×8, фрагмент (часть) схемы и временные диаграммы режима программирования.

Режим программирования (запись в нужные ЭП логической 1) осуществляется следующим образом. На адресных входах микросхемы устанавливается требуемый адрес, после чего на шину Unl подается повышенное напряжение Uпl = 12,5 В (момент времени t₁ на рис.16.12,в).

Затем на внешний резистор R=390 Ом подается напряжение Uп2 = 12,5 В (момент времени t₂). При этом пробивается стабилитрон VD, открывается и входит в режим насыщения транзистор VT1. После этого на вход выбора кристалла подается сигнал C¯S = 0, вызывающий срабатывание дешифратора и появление напряжения высокого уровня на одном из его выходов, которое поступает на базу выбранного МЭТ (например МЭТ₁). От источника Unl через МЭТ и насыщенный транзистор VT1 протекает большой ток, пережигающий перемычку. Выход из режима программирования осуществляется в обратной последовательности. В одном цикле допускается программирование только одного разряда.

Репрограммируемые ПЗУ

Структура БИС РПЗУ аналогична структуре МПЗУ, но в качестве ЭП используется МДП-структура, механизмом запоминания и хранения информации в которой является процесс накопления заряда. В зависимости от структуры МДП-транзистора различают два основных вида РПЗУ: РПЗУ, стираемые ультрафиолетовым облучением (РПЗУ УФ, EPROM), и электрически – стираемые РПЗУ (РПЗУ ЭС, EEPROM). Запись информации в обоих типах осуществляется электрическим способом.

АЦП ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ТИПА

В таком АЦП весь диапазон входного напряжения разбивается на 2^n интервалов. Каждому интервалу соответствует опорное напряжение Uо(i), снимаемое с делителя напряжения, и свой аналоговый компаратор, сравнивающий Uвх с Uо(i).

Источник