Материал взят из книги
Скачать оригинал КНИГИ в хорошем качестве
Счетчиками в цифровой технике называются специальные элементы, позволяющие подсчитывать число поступивших на вход импульсов. Понятие «счетчик импульсов» тесно связано с понятием «делитель частоты». По сути дела это одно и то же устройство. Но рассмотрим все по порядку.
В качестве простейшего делителя частоты может выступать рассмотренный в предыдущем разделе Ж-триггер. Для того, чтобы этот триггер работал как счетчик, нужно на оба входа Л и К подать высокий логи-
чить сигнал с частотой в четыре раза меньшей, чем входная. Три каскада делителя дадут деление на восемь. Четыре — на шестнадцать. И так далее. На рис. 22 изображен четырехкаскадный делитель частоты на Э-триггерах.
Импульсы тактового генератора поступают на вход первого каскада деления. Выход первого каскада подключен к входу второго и т.д. Если частота сигнала на входе равна ґ, то на выходах делителя мы получим оигняпкг со спеп\/юіпими пястптами:
Приведенную на рис. 22 схему можно использовать не только в качестве делителя частоты, но и в качестве счетчика входных импульсов. Представьте, что выходы (}0...ОЗ — это разряды некоторого двоичного числа. С>0 — младший разряд, а 03 — самый старший. При поступлении на вход схемы счетных импульсов, О-триггера, входящие в схему, будут переключаться так, как это было показано ранее. Двоичное число, образованное выходными разрядами делителя, также будет меняться. Предположим, что перед приходом самого первого импульса на всех четырех выходах схемы были логические нули. Тогда, при поступлении входных импульсов, двоичное число будет принимать следующие значения (см. табл. 1).
Как видно из табл. 1, каждый входной импульс увеличивает значение двоичного числа на выходе счетчика на единицу. Поэтому в любой момент времени счетчик содержит число, равное количеству пришедших входных импульсов. Максимальное число импульсов, которое может посчитать счетчик, изображенный на рис. 22, это 16. После прихода шестнадцатого импульса счетчик вернется в нулевое состояние.
Описанный выше счетчик относится к классу прямых счетчиков. В процессе счета его содержимое увеличивается. В цифровой технике иногда возникает потребность в счетчиках другого типа: инверсных счетчиках. На рис. 23 изображена микросхема К555ИЕ7. Это одна из микросхем 555 серии, которая широко выпускалась в свое время в СССР и сейчас ее можно свободно найти в продаже на радиорынках стран СНГ.
Микросхема 555ИЕ7 — это реверсивный четырехразрядный счетчик с возможностью предустановки. Он имеет два счетных входа, обозначенных как «+1» и «-1». По спаду каждого импульса на входе «+1» содержимое счетчика увеличивается на единицу. По спаду каждого импульса на входе «—1» содержимое счетчика уменьшается на единицу. Счетчик имеет прямые выходы всех своих разрядов: ()0...(23. Вход сброса Я служит для установки всех разрядов счетчика в нулевое состояние.
Еще одно полезное свойство описываемого счетчика — это наличие режима предустановки. Используя этот режим, можно в любой момент записать во все разряды счетчика любое допустимое двоичное число. Для этого счетчик имеет несколько дополнительных входо^ Во-первых, это входы О0...ОЗ. А во-вторых, это вход предустановки РЕ. Предустановка счетчика осуществляется следующим образом. Сначала на входы О0...ОЗ подается код, который требуется записать в разряды счетчика. Затем на вход РЕ подается сигнал низкого логического уровня. По этому сигналу, код, установленный на входах О0...ОЗ, запишется в счетчик и тут же появится на его выходах О0...ОЗ.
Выходы «>15» и «<0» — это выходы переполнения. Они используются при последовательном соединении нескольких таких счетчиков. В процессе счета уровень сигнала на обоих этих выходах равен единице. На выходе «>15» логический ноль появляется в том случае, если в процессе прямого счета содержимое счетчика достигнет своего максимального значения 111Ь, а на вход «+1» поступит очередной счетный импульс. Выход «<0» работает аналогично, но при обратном счете. Сигнал логического нуля появляется на этом выходе в тот момент, когда счетчик досчитает до своего нижнего предела — 00 002, а на вход «~1» поступит очередной счетный импульс.
При последовательном соединении двух счетчиков, выходы «>15» и «<0» первого счетчика соединяется, соответственно, с входами «+1» и «-1» второго. В результате, соединив последовательно два таких счетчика, мы получим восьмиразрядный реверсивный счетчик, который также будет иметь возможность предустановки. Таким способом можно соединять последовательно любое количество таких счетчиков.
Одно из применений микросхемы 555ИЕ7 — построение делителей с переменным коэффициентом деления. Простой делитель частоты, такой, какой мы рассматривали в начале этого раздела, дает фиксированный набор коэффициентов деления, который к тому же можно выбирать лишь из ограниченного ряда чисел, являющихся степенью числа 2.
В то же время, микропроцессорной технике часто требуется делители с произвольным коэффициентом деления. При этом желательно, чтобы этот коэффициент можно было бы оперативно менять. На рис. 24 менты могут с успехом выступать в любой из трех описанных выше ролей: либо как делители, либо как счетчики, либо как таймеры.
Среди огромного разнообразия современных цифровых микросхем существуют специальные микросхемы, выполняющие роль программируемых счетчиков-таймеров. Например, микросхема 580 серии, как К580ВИ53 — это универсальный программируемый трехканальный счетчик-таймер. Такая микросхема имеет множество режимов работы, которые должны выбираться программным путем, при помощи микропроцессора.
Микроконтроллеры, или как их еще называют — однокристальные микро-ЭВМ, обычно всегда содержат в своем составе несколько встроенных таймеров-счетчиков. Например, микроконтроллер АТ89С2051 имеет два встроенных таймера/счетчика, что позволяет при создании на основе этой микросхемы различных микропроцессорных устройств, обойтись без внешних устройств для формирования временных интервалов. В позиционере используются оба встроенных таймера. Каким образом используются такие таймеры, мы разберем в соответствующей главе этой книги, в процессе изучения управляющей программы позиционера спутниковой антенны.