Дата последнего обновления файла 06.03.2015

Цифровые счетчики и делители частоты

Значительная часть цифровой техники посвящена разработке счетчиков. С точки зрения радиотехники они интересны не как устройства, способные подсчитывать количества импульсов на своем входе, а как блоки, способные изменять частоту следования этих импульсов. Это свойство позволяет реализовать перестройку частоты сигнала на своем выходе в зависимости от поданного на счетчик цифрового кода. При этом на вход счетчика, работающего в данном случае в качестве делителя частоты, можно подавать сигнал с высокостабильных генераторов, таких как кварцевые генераторы или квантовые стандарты частоты, которые обычно не могут перестраиваться по частоте.

Работу цифровых счетчиков обычно начинают рассматривать с двоичных счетчиков. В качестве основных узлов, на которых реализуются любые счетчики, применяются T-триггеры. Его состояние меняется на прямо противоположное при поступлении очередного импульса на счетный вход C. На рисунке 1 приведена схема делителя частоты на 2, построенная на T-триггере.


Рисунок 1. Схема делителя частоты на два

Временные диаграммы сигналов, подаваемых на вход и снимаемых с выхода этой схемы приведены на рисунке 2. Вход разрешения счета T позволяет запускать и останавливать работу триггера.


Рисунок 2. Временные диаграммы сигналов на входе и выходе делителя частоты на 2

Если теперь соединить подобные устройства последовательно, то мы получим схемы делителей частоты на два, четыре, восемь и т.д. Схемы двоичных счетчиков, реализованных подобным образом, получили название асинхронные двоичные счетчики. Они очень просты для понимания, однако редко применяются в качестве делителей частоты. Это связано с большим временем распространения сигнала со входа схемы до выхода, что приводит к значительному сдвигу фаз между всеми сигналами. На рисунке 3 приведен делитель частоты, реализованный на T-триггерах.


Рисунок 3. Схема формирователя частот f/2, f/4, f/8, f/16

Для построения делителей частоты с произвольным коэффициентом деления используются синхронные счетчики. В них реализуется минимальная задержка выходного сигнала относительно входного и одновременность переключения логических уровней на выходе схемы. В настоящее время выпускается достаточно большое количество микросхем синхронных счетчиков, которые можно использовать для разработки делителей частоты как с постоянным, так и с переменным коэффициентом деления (ДПКД). В качестве примера синхронного двоичного счётчика можно назвать К1533ИЕ10 (SN74ALS161A)


Рисунок 4. Условно-графическое обозначение и цоколевка микросхемы К1533ИЕ10

Преимуществом цифровых делителей частоты перед аналоговыми является большой коэффициент деления. С применением одной микросхемы К1533ИЕ10 или ей подобных можно получить коэффициент деления не более 16. Однако они легко каскадируются. При этом быстродействие более сложного делителя почти не уменьшается. На рисунке 5 приведена схема на трех микросхемах К1533ИЕ10 (1554ИЕ10).


Рисунок 4. Схема 16-разрядного делителя частоты на микросхеме К1533ИЕ10

Подобная схема позволяет реализовывать коэффициент деления до 65536. Этого уже вполне достаточно для применения в достаточно сложных синтезаторах частоты. Напряжение выходной частоты, также как и в схеме на рисунке 4, снимается с вывода TC. Следует отметить, что длительность импульса на этом выводе будет равна периоду входного колебания, поэтому на осциллографе наблюдать такую частоту будет довольно трудно. Если требуется увидеть прямоугольное колебание с одинаковой длительностью нулевого потенциала и единичного, то на выходе следует поставить схему, подобную приведенной на рисунке 1.

Литература:

  1. Микушин А.В., Сажнев А.М., Сединин В.И. Цифровые устройства и микропроцессоры. СПб, БХВ-Петербург, 2010.
  2. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. СПб, БХВ-Петербург, 2010.
  3. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. М, Радио и связь, 1987.
  4. Дж. Ф. Уэкерли Проектирование цифровых устройств. М, Постмаркет, 2002.
  5. Шило В. Л. "Популярные микросхемы КМОП" — М.: "Горячая Линия - Телеком" 2002
  6. "CMOS Power Consumption and Cpd Calculation" "Texas Instruments" 1997
  7. "Input and Output Characteristic of Digital Integrated Circuits" "Texas Instruments" 1996
  8. "LOGIC MIGRATION GUIDE" "Texas Instruments" 2004

Вместе со статьёй "Цифровые счетчики и делители частоты" читают:

Цифровые счетчики
http://digteh.ru/digital/counter.php

Недвоичные счётчики с обратной связью
http://digteh.ru/digital/counter1.php

Недвоичные счётчики с предварительной записью
http://digteh.ru/digital/counter2.php


Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс

Поиск по сайту сервисом ГУГЛ

пЕИРХМЦ@Mail.ru


Яндекс.Метрика
Rambler's Top100