53. Двоичные счетчики.

Счетчиком называют устройство, сигналы на выходах которого в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на его счетный вход. Счет числа импульсов является одной из самых распространенных операций в устройствах обработки цифровой информации.

Основные показатели счетчиков:

- -максимальная частота счета -это такая частота, при которой не наблюдаются сбои в работе счетчика, она зависит от динамических свойств элементной базы;

- -максимальное время установления - это время, необходимое для окончания переходных процессов в счетчике, т.е. это время установления кода.

Классификация счетчиков:

- по коэффициенту счета делятся на: двоичные, двоично-десятичные, и с другими основаниями счета;

- по направлению счета делятся на: суммирующие, вычитающие и реверсивные,

- по способу организации связей делятся на: счетчики последовательного счета, параллельного счета и комбинированные.

Рассмотрим суммирующий двоичный счетчик, который обычно строится на Т-триггерах путем последовательного их соединения (рис.1,а).

Рисунок 21.1 - Схема двоичного суммирующего счетчика (a), таблица состояний счетчика (b), временная диаграмма работы счетчика (с), условное графическое обозначение (d)

Состояние счетчика зависит от совокупности потенциалов на прямых выходах триггеров. Перед началом счета подают импульс на объединенные входы R триггеров, этим самым приводя их в нулевое состояние (первая строка таблицы состояний счетчика (рисунок 21.1,b)). С приходом заднего фронта на вход С, первый триггер установится в состояние «1», следующий импульс своим задним фронтом установит триггер в состояние «0». На выходе первого триггера образуется задний фронт, который переведет второй триггер в состояние «1». Переключения всех триггеров отображаются в таблице состояний и на временной диаграмме (рисунок 21.1,с).

Модуль счета счетчика – это максимальное число импульсов, которое может быть посчитано

, (21.1)

где N-число двоичных разрядов счетчика, равное числу триггеров.

В рассматриваемом случае разрядность равна 4, счетчик считает до 15, тогда все триггеры находятся в состоянии «1», с приходом 16 импульса на выходе четвертого триггера формируется задний фронт. Из условного обозначения видно, что счетчик четырехразрядный, суммирующий, имеет вход предварительной установки в состояние «0».

Двоичные счетчики часто используют для деления частоты

(21.2)

Максимальная частота счета , где - время задержки на одном триггере, это интервал времени, необходимый для смены состояния триггера после прихода заднего фронта входного импульса.

Недостаток последовательного счета – это большое время установки кода

Считывать код со счетчика можно только после окончания времени установления кода .

Рассмотрим вычитающий двоичный счетчик, который также строится на Т-триггерах, но с входом S – предварительной установкой в состояние»1» (рисунок 21.2,а). Отличие заключается в том, что информация на следующий триггер подается с инверсного выхода триггера.

Рисунок 21.2 - Схема двоичного вычитающего счетчика (а), таблица состояния счетчика (b), условные обозначения вычитающего счетчика (с) и реверсивного счетчика (d)

Перед работой все триггеры вычитающего счетчика устанавливают в состояние «1» - первая строка таблицы состояний (рисунок 21.2,b) С приходом заднего фронта первого импульса первый триггер займет состояние , а . С приходом второго импульса триггер меняет свое состояние на противоположное. Это сформирует на его инверсном выходе задний фронт импульса, который подается на второй триггер. Второй триггер установится в состояние «1». Таким образом, с приходом каждого входного импульса содержание счетчика уменьшается на единицу. В условном обозначении отражена особенность счетчика. Направление стрелки показывает, что он вычитающий, с предварительной установкой в состояние «1».

Существует реверсивный счетчик (рисунок 21.2,d), у которого направления счета можно менять за счет управляющего сигнала, который подается на вход « » счетчика. Обычно, если управляющий сигнал имеет высокий уровень, соответствующий «1», то счетчик работает в режиме суммирования, если «0» - то в режиме вычитания. Счетчик имеет входы предварительной установки в состоянии «0» - R, в состоянии «1» - S.