Разница между синхронным и асинхронным счетчиком

Разница между синхронным и асинхронным счетчиком

Основная классификация счетчиков — это синхронные и асинхронные счетчики. Существенная разница между синхронным и асинхронным счетчиком заключается в способе подачи тактового сигнала на эти цифровые устройства.

Синхронный счетчик — это счетчик, в котором все триггеры синхронизируются одновременно с аналогичным входом синхронизации. Напротив, асинхронный счетчик — это устройство, в котором все триггеры, составляющие этот счетчик, синхронизируются с разными входными сигналами в разные моменты времени.

4.1 Стиль кодирования и пример схемы

Код Verilog в примере 4a и код VHDL в примере 4б показывают правильный способ описания триггеров с синхронным сбросом. Обратите внимание, что сброс не является частью списка чувствительности. Для Verilog исключение сброса из списка чувствительности – это то, что делает сброс синхронным. Для VHDL удаление сброса из списка чувствительности и проверка сброса после оператора “if clk'event и clk =" 1” делает сброс синхронным. Также обратите внимание, что сброс имеет приоритет над любым другим присвоением при использовании стиля кодирования "if-else.

Пример 4 a — Правильный способ описания триггера с синхронным сбросом на Verilog‑2001 (git)

Пример 4б — Правильный способ описания триггера с синхронным сбросом на VHDL (git)

Одна из проблем с синхронными сбросами заключается в том, что синтезатор не может просто взять и отличить сигнал сброса от любого другого сигнала данных. Рассмотрим код из примера 3, который приводит к схеме на рис. 3. В качестве альтернативы синтезатор мог бы создать схему, показанную на рис. 4.

Рисунок 4 — Альтернативная схема загружаемого счетчика с синхронным сбросом

Эта схема функционально идентична схеме на рисунке 3. Единственная разница заключается в том, что элементы «И» сброса находятся вне мультиплексора. Теперь рассмотрим, что происходит в начале моделирования на уровне логических элементов. Оба входа мультиплексора могут быть принудительно установлены в 0 при удержании rst_n в низком уровне, однако, если значение сигнала ld неизвестно (X), а модель мультиплексора пессимистична 1 , то триггеры останутся в неизвестном состоянии (X), а не будут сброшены. Обратите внимание, что это проблема возникает только во время моделирования! Фактическая схема будет работать правильно и сбросит триггеры в 0.

1. Прим. пер.: подробнее про X-пессимизм:

Synopsys предоставляет директиву компилятора sync_set_reset, которая сообщает синтезатору, что данный сигнал является синхронным сбросом (или сигналом установки (set)). Синтезатор “подтянет” этот сигнал как можно ближе к триггеру, чтобы предотвратить возникновение этой проблемы. Директива может быть использована путем добавления следующей строки где-то внутри модуля:

// synopsys sync_set_reset "rst_n"

В общем, мы рекомендуем использовать атрибуты и директивы Synopsys только тогда, когда они необходимы и имеют значение; однако директива sync_set_reset не влияет на логическое поведение проекта, она влияет только на его функциональную реализацию. Опытный инженер предпочел бы избежать повторного синтеза на поздней стадии разработки проект и добавил бы директиву sync_set_reset ко всему RTL-коду на ранней стадии. Поскольку объявление ранее упомянутой директивы требуется только один раз, рекомендуется добавлять ее в каждый модуль с синхронными сбросами.

В качестве альтернативы решение можно использовать переменную синтеза hdlin_ff_always_sync_set_reset, значение которой следует установить в true, что даст тот же результат, не требуя вставки каких-либо директив в самом коде.

Несколько лет назад другой участник SNUG рекомендовал добавить переменную compile_preserve_sync_resets =" "true" [15]. Хотя эта переменная могла быть полезна несколько лет назад, она была удалена Synopsys, начиная с версии 3.4 b [38].

Возможность управления

Ещё одной особенностью синхронного генератора (как, впрочем, и асинхронного) является то, что частота и амплитуда наводимой на зажимах статора ЭДС существенно зависит от скорости вращения ротора.

Важно! С изменением подключённой к генератору активной нагрузки пропорционально ей меняется и частота вращения вала генератора, что приводит к изменению характеристик создаваемой в статоре ЭДС.

Указанный недостаток вынуждает устанавливать в устройствах синхронного и асинхронного типа электронный регулятор напряжения и частоты, обеспечивающий поддержание этих параметров на должном уровне (схема регулятора приводится ниже).

Поскольку асинхронный генератор работает по принципу рассогласованного вращения полей подвижной и неподвижной части, обеспечить регулирование выходных параметров внутри системы не удаётся. Это объясняется невозможностью организовать мгновенную обратную связь по напряжению путём подачи части выходного сигнала со статора на ротор (в АГ могут применяться лишь внешние стабилизаторы напряжения).

В этом заключается ещё одно отличие асинхронных агрегатов от их синхронных аналогов, которые по всем остальным характеристикам очень схожи с первыми.

Преимущества и недостатки синхронных и асинхронных электродвигателей

Что бы определить, какой двигатель лучше синхронный или асинхронный, необходимо рассмотреть сферу применения этих устройств.

Синхронные двигатели, кроме повышенной мощности, обладают еще одним важным преимуществом – возможностью генерации низкой частоты вращения без использования дополнительных передач в редукторах. При этом, мощность на выходном валу остается неизменной. Синхронный двигатель имеет повышенный коэффициент полезного действия, более полно трансформируя электрическую энергию в крутящий момент.

Однако, синхронные двигатели имеют и недостатки. Кроме того, что требуется дополнительное питание и оборудование запуска, в таком типе электродвигателей происходит быстрый износ подвижных токосъемных деталей, таких как щётки и контактные кольца. Для замены изношенного оборудования требуются средства, что еще более увеличивает стоимость использования синхронных моторов.

Кроме того, настройка и обслуживание синхронных двигателей имеет ряд особенностей и требует более глубоких знаний технических особенностей.

Резюме

Каким бы ни был тип тахогенератора, каждый из них имеет свои плюсы и недостатки. Поэтому, выбирая оборудование, исходят из определенных условий его функционирования, а также требований со стороны предназначаемого для него автомат-устройства.

Для чего нужен тахогенератор? Мы выяснили, что агрегаты нашли применение в автомат-устройствах, а также – в системах управления в виде безынерционного элемента. Для систем, где величина выхода является углом поворота, такое оборудование выступает «в роли» абсолютного дифференциатора. В электроцепи, к которой оно присоединяется, инерция принимается как дополнительное апериодическое звено.