Numaratoare

Numaratoare

A.1. Generalitati

Numaratoarele de impulsuri sunt circuite electronice secventiale care, prin numararea impulsurilor aplicate la intrarea lor, realizeaza operatii de insumare algebrica, memorarea unui numar de impulsuri, divizarea frecventei, precum si comanda secventei de functionare a unor sisteme numerice.

Performantele unui numarator sunt caracterizate de capacitate, de viteza de numarare si de factorul de divizare al numaratorului. Prin factor de divizare se intelege numarul de impulsuri care trebuie aplicate la intrarea numaratorului pentru a obtine un impuls de iesire.

Circuitul de baza al numaratorului este circuitul bistabil care are factorul de divizare egal cu doi si constituie un bloc simplu de numarare.

Structura unui numarator se realizeaza prin interconectarea in cascada, prin intermediul unor circuite logice corespunzatoare, a mai multor blocuri simple de numarare.

Conectarea a n circuite bistabile realizeaza un numarator binar cu N=2 stari distincte.Starea finala (N=1) a numaratorului este determinata de iesirea ultimului circuit bistabil. Pentru realizarea unui numarator cu un factor de divizare (N fiind un numar intreg), se aplica bucle de reactie circuitelor bistabile, prin scheme logice combinationale.

In tehnologia logica actuala, numaratoarele sunt realizate cu circuite integrate pe scara medie sau larga intr-o mare diversitate de tipuri.

In tara se produc cateva tipuri de circuite integrate numaratoare si anume: numaratoare asincrone binare de 4 biti (CDB 493E), numaratoare sincrone zecimale reversibile (CDB 419E), numaratoare binare reversibile (CDB 4192E) etc.

A.2 Clasificare

Clasificarea numaratoarelor se face dupa mai multe criterii si anume :

-in functie de modul de aplicare a impulsurilor de comanda: asincrone si sincrone;

-in functie de sensul numararii: directe, inverse sau reversibile;

-in functie de modul de divizare a numaratorului de impulsuri: cu factor de divizare constant sau variabil (numarator variabil);

-in functie de baza de numeratie intrebuintata in numeratie: binare sau zecimale.

In cazul unui numarator asincron, realizat prin conectarea in cascada a mai multor circuite bistabile, comanda de la impulsul de tact este aplicata numai primului circuit bistabil, celelalte asteptand comanda de la circuitul precedent.

Caracteristic numaratoarelor sincrone este faptul ca impulsul de tact se aplica simultan (sincron) la intrarile circuitelor bistabile, evitandu-se astfel cumularea timplilor de programare ai circuitelor bistabile.

Daca un numarator isi creste continutul la fiecare impuls care soseste la intrare, se spune ca el numara inainte sau ca este numarator direct.

Daca in numarator se poate introduce initial un numar si fiecare impuls de intrare care soseste face sa scada acest numar cu o unitate, se spune ca el numara inapoi sau ca este numarator invers.

Un numarator cu doua intrari, o intrare pentru numarare inainte si o intrare pentru numarare inapoi, se numeste numarator reversibil, sau numarator bidirectional.

De regula, numaratoarele divizeaza numarul de impulsuri aplicate la intrare cu un numar arbitrar, dar constant.In unele aplicatii, ca de exemplu la efectuarea operatiei de impartire, se impune divizarea cu un factor programabil din exterior.Numaratoarele programabile se realizeaza conectand iesirile din numarator prin circuite logice, care efectueaza o anumita operatie, in care intervine valoarea factorului de programare.

Daca numarul memorat este un numar binar, numaratorul este un numarator binar; daca numarul memorat este un numar zecimal, numaratorul este un numarator zecimal.Daca cifra zecimala este memorata intr-un cod binar, numaratorul este un numarator de cifre zecimale codificate binar.Daca cifra zecimala trebuie memorata sub forma zecimala se foloseste numaratorul in inel.

Intr-un numarator in inel exista N stari distincte fiecare putand fi citita pe o iesire separata. Astfel, un numarator in inel cu N stari este un numarator in baza de numeratie N. Numaratorul in inel este indicat pentru sistemele de numeratie, unde se face numararea intr-o succesiune speciala de numere binare.

1. Numaratoare sincrone

Definitie

Numaratoarele sincrone- sunt acele numaratoare la care semnalul de tact se aplica simultan tuturor bistabililor.

Generalitati

Numaratoarele sincrone sunt utilizate, in prezent din ce in ce mai mult, deoarece poseda unele avantaje fata de cele asincrone. In aceste numaratoare impulsurile ce urmeaza a fi numarate se prezinta simultan pe toate intrarile bistabililor ce formeaza cascada; in acest mod, bistabilii care au conditiile de basculare indeplinite basculeaza toti odata. Se intelege de la sine ca, pentru un tip de bistabil dat, viteza maxima de numarare este mai mare la un numarator sincron decat la un numarator asincron, de aceeasi capacitate sau realizat din acelasi numar de bistabili.

In cazul numaratoarelor asincrone timpul de propagare este mult mai mare (de atatea ori cati bistabili poseda cascada) fata de cel al numaratoarelor sincrone, la care timpul de propagare este egal cu cel al unui bistabil.

Pentru clasificare sa presupunem ca este vorba de un numarator sincron cu o capacitate de 2 la 8 sau 256, format din 8 bistabili.Pentru impulsul 255, toti bistabili sunt pe 1. Pe intrare se aplica impulsul 256, acesta trece toti bistabili din cascada pe 0, dar pe rand. In acest caz, timpul de propagare al acestui impuls intre aplicarea sa pe intrarea numaratorului si iesirea sa este egal cu timpul de basculare al primului bistabil. (sau timpul de propagare in primul bistabil) plus timpul de basculare al celui de-al doilea bistabil, plus timpul de basculare al celui de-al treilea si asa mai departe. Astfel incat, in final, timpul de propagare al impulsului de intrare este egal cu suma timpilor de basculare al unui singur bistabil

Daca se realizeaza bascularea simultana prin aplicarea simultana a impulsului de intrare pe intrarile tuturor bistabililor ce formeaza cascada, timpul de propagare al impulsului intre intrare si iesire va fie egal cu timpul de basculare al unui singur bistabil.

Din cele expuse mai sus reiese ca timpul de propagare s-a micsorat si deci viteza de numarare creste in aceeasi masura.

2. Principiul de functionare al numaratoarelor sincrone

In numaratoarele sincrone bascularea unui bistabil se realizeaza prin trecerea pe zero a bistabilului anterior si acest fapt duce la intarzierile de transmisie. Pentru a realiza un numarator sincron, toti bistabilii numaratorului sunt atacati simultan de impulsul de numarare.

Conditia ce urmeaza a fi indeplinita este aceea ca nu toti bistabilii sa basculeze pentru fiecare impuls de intrare. Se va actiona astfel incat un impuls aplicat unui bistabil sa nu fie retransmis decat daca toti bistabilii care-l preceda sunt pe 1.

Se presupune ca bistabilul ce reprezinta 2 la 3 sau la 8 este comandat printr-un impuls de intrare ce trece, in prealabil, printr-o poarta SI cu 4 intrari: una pentru impulsul ce urmeaza a fi numarat, celelalte pentru iesirile de 1 ale bistabililor precedenti.

In momentul aparitiei impulsului 8 el trece pe 0 toti bistabilii anteriori si pune pe 1 bistabilul 4 insa, trecerea pe 0 si pe 1 a bistabililor respective se face simultan si nu succesiv, ca in cazul numaratoarelor asincrone.

3. Numaratoare sincrone binare

Numarator sincron binar cu doua etaje

Schema acestui numarator reprezinta un numarator sincron cu doua etaje echipat cu bistabilii JKT.

Functionarea sa este foarte simpla: bistabilul A basculeaza la intrarea fiecarui semnal de intrare aplicat in T, numai cu conditia ca ambele intrari J si K sa fie pe 1, cu alte cuvinte numai daca Q_A=1.

Functionarea circuitului-presupune numaratorul pe 0:Q _n+1=Q_n;

A=0; B=0.

Primul semnal complet (front ascendent-front descendent) aplicat in T nu va avea efect decat asupra lui A, deoarece pentru conditia J=0, K=0 se va obtine

T=T1; A=1; B=0

Al doilea impuls va bascule pe A din 1 in 0, dar simultan il va bascula si pe B in 1, deoarece A fiind anterior pe 1 existi conditia J=1, K=1 si deci: Q _n+1=Q_n* Conjugat

T=T1; A=0; B=1