Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία ΚΕΦ 8
DESCRIPTION
Το 8ο κεφάλαιο στο μάθημα Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία του τομέα Ηλεκτρονικής και ειδικότητας Ηλεκτρονικών Υπολογιστικών Συστημάτων και Δικτύων, Γ’ τάξη ΕΠΑΛ. Η παρουσίαση αυτή (PPT in PDF) είναι ενεργή, συνοδεύεται από κάποια αρχεία τα οποία συνδέονται με υπερσυνδέσεις. Περισσότερες πληροφορίες στην σελίδα http://www.ilektronikoi.gr/index.php?act=viewCat&catId=19TRANSCRIPT
ΑΠΑΡΙΘΜΗΤΕΣ
ΚΕΦ 8
l 8.1 Εισαγωγήl 8.2 Βασικές έννοιες.l 8.3 Ασύγχρονοι απαριθμητές.
• 8.3.1 Δυαδικός• 8.3.2 Δυαδικός με το Ο.Κ. 74293.• 8.3.3 BCD• 8.3.4 BCD με το Ο.Κ. 7490
l 8.4 Σύγχρονοι δυαδικοί απαριθμητές.• 8.4.1 Προς τα πάνω.• 8.4.2 Προς τα κάτω.• 8.4.3 Αμφίδρομοι.• 8.4.4 Με το Ο.Κ 74193.
l 8.5 Απαριθμητές modulo N.• 8.5.1 Η έννοια του modulo.• 8.5.2 Αλλαγή του modulo.
l 8.6 Διαίρεση συχνότητας.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
3
8.1 Εισαγωγή
l Οι απαριθμητές είναι ακολουθιακά κυκλώματα πουμπορούν να μετρήσουν τον αριθμό των παλμώνπου φτάνουν στην είσοδο του ρολογιού τους.Έχουν μία μόνο είσοδο (ρολόι).
l Η καταμέτρηση γίνεται στο δυαδικό σύστημα(δυαδικοί απαριθμητές – binary counters).
l Είτε στο δεκαδικό σύστημα (δεκαδικοί απαριθμητές– Binary Coded Decimal BCD counters)
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
4
8.1 Εισαγωγή - εφαρμογές
l Απαρίθμηση αριθμού παλμών.l Παρακολούθηση της προόδου μίαςδιεργασίας.
l Μέτρηση : συχνότητας, ταχύτητας,απόστασης, κλπ.
l Απαρίθμηση εντολών ενός προγράμματος.l Κ.λ.π.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
5
8.2 Βασικές έννοιες
l Ασύγχρονοι απαριθμητές. Οι είσοδοιρολογιού των flip flop δεν είναι κοινές, αλλάοδηγούνται από την έξοδο τουπροηγούμενου flip flop, τα flip flop δεναλλάζουν ταυτόχρονα αλλά σαν κυμάτωση.
l Σύγχρονοι απαριθμητές. Οι είσοδοιρολογιού των flip flop είναι κοινές (και η κοινήαυτή είσοδος ονομάζεται είσοδος ρολογιούτου απαριθμητή), όλα τα flip flop αλλάζουνταυτόχρονα.
8.3 Ασύγχρονοι απαριθμητές.8.3.1 Δυαδικός απαριθμητής.
8.3 Ασύγχρονοι απαριθμητές.8.3.1 Δυαδικός απαριθμητής.
1248
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
8
8.3 Ασύγχρονοι απαριθμητές.8.3.1 Δυαδικός απαριθμητής.
l Οι παλμοί του ρολογιού που θααπαριθμηθούν δεν πρέπει αναγκαστικάνα έχουν σταθερή συχνότητα ήισοδύναμα περίοδο. Ανάλογα με τηνεφαρμογή μπορούν να μεταβάλλονταιστον χρόνο.
l Απαρίθμηση χιλιομέτρων.
8.3.2 Ασύγχρονος δυαδικόςαπαριθμητής 74293
•Τα QA (LSB),QB,QC,QD (MSB) είναιοι έξοδοι του απαριθμητή.
•VCC = η τάση +5 v.
•GND = η γείωση.
•CKA,CKB = τα ρολόγια.
•R01,R02 = είσοδοι ελέγχου (clear).
•NC = Non Connected δεν συνδέεται.
Για να λειτουργήσει ως δυαδικός απαριθμητής θα πρέπει νασυνδεθούν το QA με το CKB
8.3.2 Ασύγχρονος δυαδικόςαπαριθμητής 74293
8.3.3 Ασύγχρονος BCDαπαριθμητής
011101110100YBA
A B
Y
8.3.3 Ασύγχρονος BCD απαριθμητής
1248
11
(ΣΕΛ 48 ΚΩΔΙΚΑΣ BCD)
Ο κώδικας BCD είναιδυαδικός κώδικας πουχρησιμοποιείται για τηνκωδικοποίηση των 10ψηφίων του δεκαδικού.
Binary Coded Decimal(δυαδικάκωδικοποιημένοδεκαδικό).
Το 10 δεν πρέπει ναεμφανιστεί.
8.3.4 Ασύγχρονος δυαδικόςαπαριθμητής 7490•Τα QA (LSB),QB,QC,QD (MSB) είναιοι έξοδοι του απαριθμητή.
•VCC = η τάση +5 v.
•GND = η γείωση.
•CKA,CKB = τα ρολόγια.
•R01,R02,R91,R92 = είσοδοι ελέγχου.
•NC = Non Connected δεν συνδέεται.
Για να λειτουργήσει ως απαριθμητής θα πρέπει να συνδεθούντο QA με το CKB. Το CKA είναι η είσοδος ρολογιού τουαπαριθμητή. Επίσης ΔΥΟ από τις εισόδους ελέγχου θα πρέπεινα είναι «0»
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
14
8.3.4 Ασύγχρονος δυαδικόςαπαριθμητής 7490
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
15
8.4 Σύγχρονοι δυαδικοίαπαριθμητές.
l Οι παλμοί του ρολογιού εφαρμόζονταιστις εισόδους ρολογιού CP όλων των flipflops του απαριθμητή παράλληλα.
l Τα flip flop που χρησιμοποιούνται θαπρέπει να αντιστρέφουν την κατάστασήτους όταν οι είσοδοι τους βρίσκονται σεμία συγκεκριμένη κατάσταση.
l J-K.l Τ.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
16
8.4.1 Προς τα πάνω. UpCounters. Αύξοντες.
l Με κάθε παλμό ρολογιού το περιεχόμενοτου απαριθμητή αυξάνετε κατά μίαμονάδα.
l Για να μπορέσει να δουλέψει (επειδή τοκάθε flip flop παίρνει το δικό του ρολόι)θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε πύλεςγια να ελέγξουμε τις εισόδους των flipflop.
8.4.1 Προς τα πάνω. UpCounters. Αύξοντες.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
18
8.4.2 Προς τα κάτω. downCounters. Φθίνων.
l Με κάθε παλμό ρολογιού το περιεχόμενοτου απαριθμητή ελαττώνετε κατά μίαμονάδα.
l Η ακολουθία μέτρησης προς τα κάτωείναι συμπληρωματική της προς ταεπάνω, άρα μπορούμε ναχρησιμοποιήσουμε τις συμπληρωματικέςεξόδους των flip flop.
8.4.2 Προς τα κάτω. downCounters. φθίνων.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
20
8.4.3 Αμφίδρομοι απαριθμητές.Up/Down counter
l Μέσω πυλών AND και OR μπορούμε ναεπιλέξουμε εάν ο απαριθμητής θα είναιαύξων ή φθίνον.
l Μπορούμε να κάνουμε την επιλογήμέσω μίας εισόδου ελέγχου.
l Όταν είναι «1» μετράει προς τα επάνωκαι όταν είναι «0» προς τα κάτω.
8.4.3 Αμφίδρομοι απαριθμητές.Up/Down counter
8.4.4 Απαριθμητής με το Ο.Κ. 74193U2
74193N
A15B1C10D9
UP5
QA 3QB 2QC 6QD 7
DOWN4
~LOAD11 ~BO 13~CO 12CLR14
l Υπάρχουν δύο είσοδοι ρολογιούUP / DOWN.
l Μπορεί να προγραμματίζεται ναξεκινά από μία συγκεκριμένηκατάσταση από τα A,B,C,D. Όταν ηείσοδος LOAD είναι «0». Ηλειτουργία αυτή είναι ασύγχρονηκαι ονομάζεται παράλληληφόρτωση (Parallel Load).
l Το CLEAR ενεργοποιείτε με «1».l Οι έξοδοι είναι τα QA
(LSB),QB,QC,QD (MSB).l Το CARRY (CO) και το BORROW
(BO) χρησιμοποιούνται για νασυνδεθούν και άλλα ΟΚ.
8.4.4 Απαριθμητής με τοΟ.Κ. 74193
XFG1
J1
Ke y = Z
J2
Ke y = D
J3
Ke y = C
J4
Ke y = B
J5
Ke y = AJ6
Ke y = LLOAD
V CC
5V
J7
Ke y = S pa ceCLEAR
QA LSBQBQCQD M SB
U2
74LS193D
A15B1C10D9
UP5
QA 3QB 2QC 6QD 7
DOWN4
~LOAD11 ~BO 13~CO 12CLR14
ca rry
XSC1
A B
E xt T rig+
+
_
_ + _
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
24
8.5 Απαριθμητές MODULO N8.5.1 Η έννοια του modulo.
l Ένας απαριθμητής modulo N απαριθμεί Ν παλμούςρολογιού (η ακολουθία μέτρησης είναι από 0 έως Ν-1).
l Δυαδικός απαριθμητής των 4 bits απαριθμεί 16παλμούς δηλαδή από 0 έως 15.
l Ο BCD απαριθμεί 10 παλμούς δηλαδή από 0 έως9.
l Με Μ flip flops μπορούμε να κατασκευάσουμεέναν απαριθμητήmodulo Ν με Ν<= 2Μ
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
25
8.5 Απαριθμητές MODULO N8.5.1 Η έννοια του modulo.
l Παράδειγμα : έχουμε τρία flip flops.lΜπορούμε να κατασκευάσουμε έναναπαριθμητή modulo :
l Ν<=23=8 ή 7 ή 6 ή 5.l Για modulo 4 θα είχαμε 2 flip flop.l Ν<=22=4.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
26
8.5.2 Αλλαγή του modulo
l Για να κατασκευάσουμε έναν προς τα πάνωαπαριθμητή modulo 5 χρησιμοποιούμε έναν modulo8 και με μια πύλη NAND τριών εισόδων ελέγχουμετις εισόδους CLEAR των flip flop.
l Για να αλλάξουμε το modulo θα πρέπει να πάρουμετις εξόδους Q1,Q2,Q3 και να τις οδηγήσουμε στηνπύλη. Όταν ο απαριθμητής θα φτάσει στο 5(δεκαδικό) δηλαδή 101 τότε θα πρέπει να μηδενιστήμέσω των clear.
8.5.2 Αλλαγή του modulo
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
28
8.5.2 Αλλαγή του modulo με το74193
XFG1
J1
Key = Z QA LSBQBQCQD MSB
U2
74LS193D
A15B1C10D9
UP5
QA 3QB 2QC 6QD 7
DOWN4
~LOAD11 ~BO 13~CO 12CLR14
carry
U3A
74LS00D
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ1708
29
8.6 Διαίρεση συχνότητας.l Μία άλλη συνηθισμένη εφαρμογή τωναπαριθμητών είναι η διαίρεση μίαςσυχνότητας με στόχο την παραγωγήυποπολλαπλάσιων της.
l Αν η συχνότητα του ρολογιού τουπρώτου flip flop είναι f τότε η έξοδος τουθα είναι f/2, η έξοδος του δεύτερου flipflop θα είναι f/4, η έξοδος του τρίτου flipflop θα είναι f/8 κ.ο.κ.
8.6 Διαίρεση συχνότητας.
Τ
Τ