15.3. Счетчики

15.3.1. Основные определения и виды счетчиков

Счетчиком называется устройство, у которого сигналы на выходах в определенном коде отображают число импульсов поступивших на его вход. Основным элементом счетчиков является Т-триггер. Каждый триггер формирует один разряд счетчика.

Коэффициентом (модулем) счета К_с называют число входных импульсов, поданных на счетчик, при котором он приходит в первоначальное состояние, т.е. это размер замкнутого цикла счетчика. Коэффициент счета определяется выражением К_с = 2 ⁿ, где n - число разрядов счетчика. Всякий счетчик может быть использован для деления частоты входного сигнала. Поэтому счетчик иногда называют счетчиком-делителем. Если входной сигнал счетчика имеет частоту f_вх, то частота выходного сигнала определяется коэффициентом деления К_д:

f_вых = f_вх /К_д,

где К_д – это коэффициент счета соответствующего разряда счетчика.

По модулю счета счетчики делятся:

• на двоичные;

• двоично-десятичные (декадные);

• с произвольным постоянным модулем счета;

• с переменным модулем счета.

По способу синхронизации и организации внутренних связей между триггерами их делят на счетчики:

• асинхронные (с последовательным переносом информации);

• синхронные (с параллельным переносом информации);

• полусинхронные (часть устройства работает как асинхронный счетчик, а часть – как синхронный);

• кольцевые.

В зависимости от направления счета различают суммирующие, вычитающие и реверсивные счетчики.

15.3.2. Асинхронные счетчики

Двоичный счетчик

На рис. 15.10, а показана реализация трехразрядного асинхронного двоичного счетчика. Инверсные выходы D-триггеров соединяются с входами D и образуют счетные Т-триггеры.

Рис. 15.10. Асинхронный двоичный счетчик: трехразрядный (а);

таблица истинности трехразрядного счетчика (б); четырехразрядный счетчик (в)

При таком способе включения каждый триггер меняет свое состояние в момент прохождения фронта импульса, поданного на его вход синхронизации. Фронт первого входного импульса перебросит первый триггер в состояние 1, а фронт второго импульса в состояние 0. При этом второй триггер перейдет в состояние 1. Третий импульс перебросит первый триггер в состояние 1. Четвертый импульс вызовет переброс первого и второго триггера в состояние 0, а третьего в состояние 1 и т.д. в соответствии с таблицей истинности (рис. 15.10, б).

Таблица истинности также показывает, что счетчик возвращается в исходное (нулевое на всех выходах) состояние через семь счетных импульсов, т.е. имеет восемь выходных состояний, поэтому такой счетчик называется счетчиком по модулю 8. В течение одного цикла счета числа, записанные в счетчике, увеличиваются при поступлении каждого нового импульса, поэтому данный счетчик относится к числу суммирующих. Каждый триггер счетчика уменьшает частоту входного сигнала в 2 раза, а три последовательно включенных триггера обеспечивают ее деление на 8.

Достоинствами этого счетчика являются простота схемы и легкость увеличения разрядности путем подключения к инверсному выходу последнего триггера цепочки из последовательно соединенных Т-триггеров.

Недостатки:

пониженное быстродействие из-за того, что триггеры последовательно срабатывают один за другим;

возможность появления кратковременных ложных сигналов на выходах дешифраторов, подключенных к счетчику, вследствие задержек с переключением отдельных триггеров.

На рис. 15.10, в показано УГО ИС КР1554ИЕ19, которая содержит два четырехразрядных двоичных счетчика. Счет ведется по срезам импульсов, поданных на вход С при R = 0. На выходе счетчика формируется код 8421. При R = 1 происходит асинхронное обнуление счетчика. Для наращивания разрядности счетчика выход Q8 одного счетчика соединяют со счетным входом другого.

Двоично-десятичный счетчик

Для создания счетчиков, у которых K_c ≠ 2ⁿ, в двоичные счетчики вводят дополнительные ЛЭ. Таким способом, например, получают десятичные (декадные) счетчики с K_c = 10. Десятичные счетчики используют в случаях, когда выходной сигнал цифрового устройства должен быть представлен в десятичном коде. В таком цифровом устройстве содержатся двоично-десятичный счетчик и дешифратор, который формирует один разряд десятичного числа.

Каждый разряд двоично-десятичного кода имеет свой вес. Наиболее часто применяется двоично-десятичный взвешенный код 8421. Цифры в названии кода характеризуют вес триггеров счетчика, начиная с последнего. Так, при коде 8421 единица на выходе четвертого триггера появляется после восьми импульсов, у третьего – после четырех, у второго – после двух, у первого – после одного.

Рис. 15.11. Двоично-десятичный счетчик: схема (а); таблица истинности (б)

Один из возможных вариантов построения асинхронного двоично-десятичного счетчика из двоичного на базе JК-триггеров приведен на рис. 15.11, а. Для этого дополнительно понадобился ЛЭ 2И. Изменение состояний триггеров счетчика происходит по срезу входного импульса и характеризуется таблицей истинности (рис. 15.11, б).

После прихода шестого импульса выход ЛЭ 2И перейдет в состояние 1 и четвертый триггер будет готов к счету. После прихода восьмого импульса на выходе Q8 установится состояние 1, а на выходах Q4, Q2, Q1 и выходе ЛЭ 2И – состояние 0. На инверсном выходе четвертого триггера также установится состояние 0, что препятствует изменению состояния второго и третьего триггера при приходе следующего входного импульса.

После прихода девятого импульса схема все еще работает как обычный двоичный счетчик, при этом на выходах Q8 и Q1 будет состояние 1. При приходе десятого импульса выход Q1 перейдет из состояния 1 в состояние 0. В этот момент четвертый триггер также перейдет в состояние 0, так как на выход Q8 произойдет запись 0 по входу J. Инверсный выход четвертого триггера перейдет в состояние 1 и счетчик будет готов к новому циклу счета.