2.2. Синтез счетчиков

Синтез счетчика сводится к определению оптимальной структуры и построению его принципиальной схемы. Под оптимальной понимается структура счетчика, содержащая минимальное количество триггеров и связей между ними, при которой обеспечивается выполнение счетчиком требуемых функций с заданными значениями параметров.

В общем случае синтез счетчика основывается на совместном решении так называемых прикладных уравнений счетчика с характеристическими уравнениями, используемых в счетчиках триггеров /1/. Более простым и наглядным является словарный метод /2,4/, при котором совместное решение этих уравнений осуществляется с помощью карт Карно, отражающих, с одной стороны, таблицу функционирования счетчика с заданными параметрами и, с другой стороны, словарь перехода выбранного типа триггера. Основы этого метода будут изложены ниже на конкретных примерах.

Основными исходными данными для синтеза счетчика являются:

1. модуль счета (емкость счетчика),

2. ;

3. порядок изменения состояний счетчика;

4. режим счета (суммирующий, вычитающий или реверсивный);

5. требуемая разрешающая способность счетчика ;

6. необходимое время установки кода счетчика .

Исходя из заданной емкости и модуля счета , определяют необходимое количество m триггеров в счетчике. Для двоичных счетчиков m= , недвоичных - m=[ ] , где [ ]-двоичный логарифм числа Кс, округленный до ближайшего большего целого числа.

Разрешающую способность и время установки кода счетчика учитывают при выборе серии интегральных микросхем и типе триггера, а также при выборе способа переключения триггеров (последовательного или параллельного). При выборе серии триггера необходимо учитывать условие , где - максимально допустимая для данного триггера частота следования входных сигналов.

Время установки кода является основным фактором, определяющим выбор способа переключения триггеров. При последовательном способе запуска триггеров растет в m раз с увеличением числа m триггеров в счетчике, а при параллельном - не зависит от величины m. Поэтому более предпочтительным, как правило, является параллельный способ запуска триггеров. Последовательный способ целесообразно применять в счетчиках, используемых в качестве делителей частоты.

Определив количество разрядов (триггеров) счетчика m, выбрав серию интегральных микросхем и способ переключения триггеров (последовательный, параллельный), приступают к разработке структурной схемы счетчика. На рис. 1 представлена обобщенная схема счетчика,

которая состоит из последовательности триггеров и комбинационной схемы управления КСУ, на вход которой поступают управляющие сигналы Y, а также выходы с триггеров . Комбинационная схема вырабатывает сигналы управления триггерами . Триггер вместе с его управляющей частью называется разрядом счетчика. Каждый разряд последовательного узла выполняет преобразование и хранение одного разряда двоичного числа.

Состояние счетчика определяется совокупностью состояний всех триггеров, т.е. , ,..., (m -разрядное число). Переход счетчика из одного состояния в другое происходит при поступлении управляющих сигналов Y. Комбинационная схема управления при этом обеспечивает переход счетчика в каждое последующее состояние в соответствии с заданным порядком его функционирования.

Основной задачей синтеза счетчика является определение оптимальных логических функций - , связывающих между собой входы и выходы всех триггеров.