Тема 19. Счетчики импульсов с последовательным переносом
19.1. Определение и классификация счетчиков импульсов.
Счетчиком импульсов называется цифровое устройство, по показанию выходов которого можно однозначно определить количество импульсов, поступивших на его вход от момента исходного состояния до момента считывания показания выходов.
Помимо подсчета числа импульсов, счетчики используются и для деления частоты поступающих на вход импульсов. Для таких счетчиков код показаний не имеет значения, а важен коэффициент деления между частотой входных импульсов и частотой выходных импульсов, поэтому могут использоваться любые промежуточные показания счетчика.
Показания счетчика импульсов удобнее снимать в виде двоичного числового весового кода. Этот код также существенно уменьшает необходимое число триггеров в счетчике.
«Вес» (численное значение) каждого разряда весового кода зависит от его позиции в кодовой комбинации. Единица младшего разряда имеет «вес» равный 1, а единица каждого последующего разряда имеет «вес» в два раза больше предшествующего. Например, для четырехразрядного числового весового кода распределение «весов», начиная с младшего разряда, будет 1-2-4-8. Поэтому такой код, называют кодом 1-2-4-8 по «весу» его разрядов. Он позволяет использовать стандартные дешифраторы показаний счетчика импульсов.
Каждый триггер счетчика с весовым кодом показаний должен быть спосоен на каждое воздействие импульсом изменять свое состояние на противоположное ему состояние. Такой режим работы триггера называют счетным, при котором частота импульсов на выходе триггера в 2 раза меньше входной.
Счетный режим может быть схемотехнически присущ триггеру или его организуют с помощью дополнительных внешних логических схем или соединений.
На Рис.44а и 44b показаны способы организации счетного входа Т для JK-триггера и для D-триггера, в результате которых получается Т-триггер, функциональная схема которого изображена на Рис.44с, а таблица логики управления – на Рис.44d.
Рис.44
Для счетчика с числовым весовым кодом показаний максимальное количество однозначно подсчитываемых импульсов равно Nmax= 2n-1, где n-количество триггеров в счетчике.
Счетчики импульсов с весовым кодом показаний могут быть суммирующими, у которых численное значение показаний увеличивается на каждый подсчитанный импульс, или вычитающими - численное значение показаний уменьшается на каждый подсчитанный импульс.
В реверсивных счетчиках существует возможность управления направлением хода численного значения своих показаний при подсчете импульсов.
На Рис.45a и 45b показаны условные изображения двоичных счетчиков с весовым кодом показаний на функциональных схемах при различных способах управления реверсом счета.
Рис.45
Вход Е+ на Рис.45а (от английского слова Enable) позволяет низким уровнем сигнала разрешить суммирующий счет импульсов. Следовательно, высоким уровнем логической единицы разрешается вычитающий счет импульсов, поступающих на вход С.
Входы +1 и -1 на Рис.45b позволяют подавать импульсы, соответственно, на суммирование или на вычитание по раздельным линиям входов схемы.
Изменение показаний счетчика импульсов может быть синхронным (одновременно во всех разрядах кода показаний) или асинхронным (постепенно - от младшего разряда к старшему разряду кода показаний). В последнем случае, для съема устойчивых (стационарных) показаний счетчика необходимо дождаться изменения в старшем разряде кода его показания.
Изменение показания асинхронного счетчика при суммировании происходит путем добавления единицы в старший разряд при переполнении младшего, а при вычитании - путем займа единицы у старшего разряда при недостатке в младшем. Поэтому асинхронные счетчики имеют наименьшее быстродействие, однако их схемы наиболее просты.