4. Счетчики импульсов
Счётчик импульсов – это последовательностное цифровое устройство, обеспечивающее преобразование числоимпульсного кода в двоичный или двоично-десятичный коды или, по-другому, счетчик – это устройство, предназначенное для подсчета количества импульсов, поступающих на его вход. По существу схема счётчика представляет собой совокупность соединённых определённым образом триггеров. Основной параметр счётчика – модуль счёта. Это максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначают <<СТ>> (от англ. сounter).
Счётчики классифицируют:
По модулю счёта:
1) двоичные
2) двоично-десятичные;
3) с произвольным постоянным модулем счёта;
4) с переменным модулем счёта;
По направлению счёта:
1) суммирующие;
2) вычитающие;
3) реверсивные;
По способу формирования внутренних связей:
1) с последовательным переносом;
2) с параллельным переносом;
3) с комбинированным переносом;
4) кольцевые.
Одним
из важнейших параметров счетчика
является коэффициент счета
(или модуль
счета М), показывающий максимальное
количество импульсов, которое может
быть им сосчитано, и число разрядов n.
К параметрам, характеризующим
быстродействие, относят максимальную
частоту следования импульсов
и время задержки
.
4.1. Суммирующие счётчики
Такой счётчик может быть построен на счетных триггерах, которые переключаются в моменты появления на входах синхронизации отрицательных перепадов напряжения (рис. 4.1).
Рис. 4.1
Рис. 4.2
Временные
диаграммы, иллюстрирующие работу
счётчика, приведены на рис. 4.2.
Через
обозначим
модуль счёта (коэффициент счёта
импульсов). Состояние левого триггера
соответствует младшему разряду двоичного
числа, а правого – старшему разряду. В
исходном состоянии на всех триггерах
установлены логические нули. Каждый
триггер меняет своё состояние лишь в
тот момент, когда на него действует
отрицательный перепад напряжения. Таким
образом, данный счётчик реализует
суммирование входных импульсов. Из
временных диаграмм видно, что частота
каждого импульса в последующем разряде
в 2 раза меньше, чем в предыдущем, т.е.
каждый триггер делит частоту входного
сигнала на два, что и используется в
делителях частоты. Кроме того, необходимо
учитывать, что выходной импульс появляется
на выходе каждого триггера с некоторой
задержкой относительно входного, поэтому
суммарное время задержки определяется
как:
=
.
4.2. Вычитающие счетчики
Рассмотрим трёхзарядный вычитающий счётчик с последовательным переносом, схема которого приведена на рис. 4.3.
В
счётчике используются три
-
триггера,
каждый из которых работает в режиме
Т-триггера (триггера со счётным входом).
При подаче на вход “С” импульса
синхронизации каждый триггер изменяет
свое предыдущее состояние. Вначале
сигналы на выходах всех триггеров равны
1. Это соответствует хранению в счётчике
двоичного числа 111 или десятичного числа
7. После окончания первого импульса
первый триггер изменяет свое состояние:
сигнал
станет равным
0, а
–
1.
Остальные триггеры
при этом не
изменяют своего состояния. После
окончания второго счетного импульса
первый триггер вновь изменяет своё
состояние, переходя в состояние 1(
,
).
Это обеспечивает
изменение состояния второго триггера
(второй триггер изменяет состояние с
некоторой задержкой по отношению к
окончанию второго импульса синхронизации,
так как для его опрокидывания необходимо
время, соответствующее времени
срабатывания его самого и первого
триггера). После первого импульса
счётчик хранит состояние 110. Дальнейшее
изменение состояния счётчика происходит
аналогично изложенному выше. После
состояния 000 счётчик вновь переходит в
состояние 111.
Рис. 4.3
Недостатком
счетчиков с последовательным переносом
является их невысокое быстродействие.
Для n-разрядного
счетчика максимальная частота следования
счетных импульсов
определяется выражением
,
(4.1)
где
– длительность
счетного импульса;
– длительность
задержки каждого разряда.
Более высоким быстродействием обладают счетчики с параллельным переносом.