1.14. Счетчики ттл

Соединив последовательно несколько триггерных схем—дели­телей частоты на два, получим простейший многоразрядный двоичный делитель. Более общее название для делителей частоты — счетчики. Коэффициент деления счетчика, состоящего из n-триггеров типа Т, состав­ляет 2ⁿ; здесь n — число двоичных разрядов счетчика. В настоящее время используется много вариантов счетных схем: асинхронные и син­хронные; двоичные и десятичные; однонаправленные, только с увеличе­нием счета, и двунаправленные, счет в которых может увеличиваться или уменьшаться (такие счетчики называют реверсивными). Коэффициент деления счетчика может быть либо постоянным, либо переключаемым.

Основой любой из этих схем служит линейка из нескольких триг­геров. Рассмотренные варианты счетчиков различаются схемой управ­ления этими триггерами. Между триггерами добавляются логические связи, назначение которых — запретить прохождение в цикле счета лиш­ним импульсам. К примеру, четырехтриггерный счетчик может делить исходную частоту на 16, так как 2⁴=16. Получим минимальный выход­ной код 0000, а максимальный 1111. Чтобы построить счетчик-делитель на 10, трех триггеров недостаточно (10>2³), поэтому десятичный счет­чик содержит в своей основе четыре триггера, но имеет обратные свя­зи, останавливающие счет при коде 9=1001.

Таким обазом, удобно выпускать четырехтриггерные счетчики в двух вариантах: двоичном и десятичном. Примеры таких микросхем — пары: ИЕ6 и ИЕ7, ИЕ16 и ИЕ17. Расширять функции счетчиков можно, видо­изменяя их цепи управления. Первоначально счетчики были асинхрон­ными. В асинхронном режиме предыдущий триггер вырабатывает для последующего тактовые импульсы. Такие счетчики иногда называют счетчиками пульсаций.

В синхронном счетчике все триггеры получают тактовый импульс одновременно, поскольку тактовые входы их соединяются параллельно. Поэтому триггеры переключатся практически одновременно. В счетчике пульсаций каждый триггер вносит в процесс счета определенную за­держку, поэтому младшие разряды результирующего кода появляются на выходах триггеров неодновременно, т. е. несинхронно с соответству­ющим тактовым импульсом. Например, для четырехразрядного счетчика пульсаций выходной параллельный код 1111 появится на выходах триг­геров уже после того, как поступит шестнадцатый тактовый импульс, кроме того, эти четыре единицы сформируются неодновременно.

Синхронная схема значительно сложнее асинхронной. На ее выхо­дах дайные от каждого разряда появляются одновременно и строго син­хронно : с последним входным импульсом. В синхронный счетчик разре­шается: синхронная (с тактовым импульсом) параллельная (в каждый триггер) загрузка начальных данных. Триггерная линейка синхронного счетчика снабжается специальным шифратором, который называется схемой ускоренного переноса (СУП).

Внутренние логические элементы управления, которыми часто снаб­жаются счетчики, позволяют сделать процесс счета реверсивным. Со­гласно команде, подаваемой на вход управления счетом «Больше/мень­ше», можно либо увеличивать, либо уменьшать на единицу содержимое счетчика при каждом очередном тактовом импульсе. У некоторых счет­чиков тактовые входы на увеличение и на уменьшение отдельные.

Сброс данных счетчика, чтобы на всех выходах установился нуле­вой код, у одних схем асинхронный R, у других синхронный SR, проис­ходит одновременно с приходом тактового импульса. Имеются счетчи­ки с переменным коэффициентом деления. Устанавливаемый коэффици­ент деления зависит от кода, набранного на входах управления.

В табл. 1.31 перечислены счетчики ТТЛ, входящие в серии К155, К555, К531.

Таблица 1.31. Счетчики ТТЛ

Серия	Обозначение	Номер микросхемы
		2	4	5	б	7	8	9	10	14	15	16	17	18
К155		+	+	+	+	+	+	+
КМ155	ИЕ	+	+	+	+	+	+
К555					+	+			+	+	+			+
КМ555								+	+
К531										+	+	+ .	+
74	—	90	92	93	192	193	97	160	161	196	197	168	169	163

Микросхема К155ИЕ2 — четырехразрядный десятичный асинхрон­ный счетчик пульсаций. Внутренняя схема его показана на рис. 1.64, а, а цоколевка на рис. 1.64,6. Первый триггер счетчика DD1.3 (рис. 1.64, а) может работать самостоятельно. Он служит делителем входной часто­ты в 2 раза. Тактовый вход этого делителя (вывод 14), а выход Q0 (вывод 12). Остальные три триггера DDI.4—DDI.6 образуют делитель на 5. Тактовый вход здесь (вывод 1). Для обоих тактовых входов запускающий перепад отрицательный, т. е. от высокого уровня к низ­кому.

Счетчик имеет два входа R для синхронного сброса (выводы 6 и 7), а также два синхронных входа S (выводы 2 и 3) для предваритель­ной загрузки в счетчик двоичного кода 1001, соответствующего деся­тичной цифре 9. Поскольку счетчик К155ИЕ2 асинхронный, состояния на

его выходах Q0—Q3 не могут изменяться одновременно. Если после данного счетчика выходной код требуется дешифрировать, т. е. пере­вести его в десятичное число, дешифратор должен стробироваться на время этой операции. Иначе из-за неодновременности переключения вы­ходных уровней четырех триггеров могут дешифроваться импульсные помехи (клыки).

Входы синхронного сброса R1 и R2 (двухвходовой элемент И) за­прещают действие импульсов по обоим тактовым входам и входам ус­тановки S. Импульс, поданный на вход R, дает сброс данных по всем триггерам одновременно. Подачей напряжения на входы S1 и S2 за­прещается прохождение на счетчик тактовых импульсов, а также сиг­налов от входов R1 и R2. На выходах счетчика Q0—Q3 (выводы 12, 9, 8, и 11) устанавливаются напряжения выходных уровней ВННВ, что соответствует коду 1001, т. е. цифре 9.

Чтобы получить на выходах счетчика двоично-десятичный код с ве­сом двоичных разрядов 8-4-2-1, необходимо соединить выводы 12 и 1 (т. е. выход Q0 и вход ). Входная последовательность подается на тактовый вход (вывод 14). Симметричный счетчик-делитель входной частоты в 10 раз получится, если соединить вывод 11 (выход Q3) с вы­водом 14 (вход СО). Симметричный способ деления в зарубежной ли­тературе называется bi-quinary, т. е. в переводе — две пятерки. Выход­ная последовательность при счете двумя пятерками имеет вид симмет­ричного меандра с уменьшенной в 10 раз частотой. Снимается она с выхода Q0 (вывод 12) микросхемы К155ИЕ2.

Для деления частоты на два используется тактовый вход СО (вы­вод 14) и выход Q0 (вывод 12). Для деления частоты в 5 раз подаем входную последовательность на вывод 1. Выходной сигнал получаем на выходе Q3 (вывод 11). Внешние перемычки для этих простых делителей не нужны. Счетчик К155ИЕ2 (аналог 7490) имеет ток потребления 53 мА и максимальную тактовую частоту 10 МГц. Аналогичная схема вариан­та 74LS 90 потребляет ток 15 мА и имеет тактовую частоту до 30 МГц.

Режим работы счетчика К155ИЕ2 можно выбрать по табл. 1.32 (сброс выходных данных в ноль, установка, т. е. загрузка девятки, счет). В табл. 1.33 показана последовательность смены напряжений высоких и низких уровней на выходах счетчика К155ИЕ2 в режиме двоично-деся­тичного счета, когда требуется соединить внешней перемычкой выход Q0 и вход (т. е. выводы 1 и 12).

Микросхема К155ИЕ4 — четырехразрядный двоичный счетчик-дели­тель на 2, на 6 и на 12. Внутренняя схема его и цоколевка показаны со­ответственно на рис. 1.65, а, б. Счетчик ИЕ4 состоит из двух независимых делителей, как и предыдущая микросхема. Если тактовая последова­тельность с частотой f подана на вход (вывод 14), на выходе Q0 (вывод 12) получим меандр с частотой f/2. Последовательность с ча­стотой f на тактовом входе (вывод 1) запускает делитель на 6, и меандр с частотой f/б появляется на выходе Q3 (вывод 8). При этом на выводах 11 и 9 имеются сигналы с частотой f/З (выходы Q1 и Q2). На выводы R1 и R2 подаются команды сброса.

Чтобы построить счетчик с модулем деления 12, требуется соединить делители на 2 и на 6, замкнув выводы 12 и 1. На вход дается вход­ная частота f, на выходе Q3 получается последовательность симметрич­ных прямоугольных импульсов с частотой f/12. Тактовые запускающие перепады для счетчика К155ИЕ4— отрицательные, от высокого уровня

Вход сброса и установки				Выход
R1	R2	S1	S2	Q0	Q1	| Q2	| Q3
В	В	Н	x	Н	Н	Н	Н
В	В	x	Н	Н	Н	Н	Н
x	x	В	В	В	Н	Н	В
Н	x	Н	x		Счет
x	H	x	Н			»
Н	x	x	Н		»
x	Н	В	x			»

Таблица 1.33. Последовательность двоично-десятичного счета в микросхеме К155ИЕ2

Счет	Выход
	Q0	Q1	Q2	Q3
0	Н	Н	Н	Н
1	В	Н	Н	Н
2	Н	В	Н	Н
3	В	В	Н	Н
4	Н	Н	В	Н
5	В	Н	В	Н
6	Н	В	В	Н
7	В	В	В	Н
8	Н	Н	Н	В
9	В	Н	Н	В

к низкому. Режим работы счетчика ИЕ4 можно выбрать по табл. 1.34. Последовательность смены выходных уровней при счете от 0 до 11 по­казана в табл. 1.35.

Счетчик К155ИЕ4 (аналог 7492) потребляет ток питания 51 мА и ра­ботает с тактовой частотой 10 МГц. Для исполнения 74LS92 ток по­требления 15 мА, максимальная частота до 10 МГц.

Микросхема К155ИЕ5, как и предыдущие, является четырехразряд­ным, асинхронным счетчиком пульсаций. Его структурная схема и цо­колевка показаны соответственно на рис. 1.66, а, б. Согласно рис. 1.66, a счетчик ИЕ5 имеет две части: делитель на 2 (выход Q0; тактювый вход ) и делитель на восемь (выходы Ql—Q3; тактовый вход ). Режим работы счетчика ИЕ5 выбирается по табл. 1.36.

Если микросхема К155ИЕ5 применяется как счетчик-делитель на 16, необходимо соединить выводы 1 и 12. При этом последовательность

счета от 0 до 15 (т. е. последовательность смены логических уровней на выходах Q0—Q3) будет соответствовать табл. 1.37. Другие особенности применения счетчика ИЕ5 соответствуют микросхемам ИЕ2 и ИЕ4, Микросхема К155ИЕ5 (аналог 7493) потребляет ток питания 53 мА и работает с тактовой частотой 10 МГц. Счетчик 74LS93 потребляет ток 15 мА, по входу С0 максимальная частота до 10 МГц и по входу до 32 МГц.

Таблица 1.35. Последовательность счета для К155ИЕ4

Счет	Выход
	Q0	Q1	Q2	Q3
0	Н	Н	Н	Н
1	В	Н	Н	Н
2	Н	В	Н	Н
3	В	В	Н	Н
4	Н	Н	В	Н
5	В	Н	В	Н
6	Н	Н	Н	В
7	В	Н	Н	В
8	Н	В	Н	В
9	В	В	Н	В
10	Н	Н	В	В
11	В	Н	В	В

Таблица 1.34. Режимы работы счетчика К155ИЕ4

Вход сброса		Выход
R1	R2	Q0		Q1	Q2	Q3
В	В	Н		Н	Н	Н
Н	В			Счет
В	Н				»
Н	Н				»

Таблица 1.36. Режим работы счетчика К155ИЕ5

Вход сброса		Выход
R1	R2	Q0	Q1	Q2	Q3
В	В	Н	Н	Н	Н
Н	В		Счет
В	Н			»
Н	Н			»

Микросхемы К155ИЕ6 и К155ИЕ7 — четырехразрядные реверсивные счетчики, аналогичные по структуре. Счетчик ИЕ6 (рис. 1.67, а) двоич-

Счет	Выход					Счет		Выход
	Q0	Q1	Q2	Q3			Q0		Q1	Q2	Q3
0	Н	Н	Н	Н	8		Н		Н	Н	В
1	В	Н	Н	Н	9		В		Н	Н	В
2	Н	В	Н	Н	10		Н		В	Н	В
3	В	В	Н	Н	11		В		В	Н	В
4	Н	Н	В	Н	12		Н		Н	В	В
5	В	Н	В	Н	13		В		Н	В	В
6	Н	В	В	Н	14		Н		В	В	В
7	В	В	В	Н	15		В		В	В	В

но-десятичный, а счетчик ИЕ7 (рис. 1.67, б) —двоичный. Внутреннею схему счетчика К155ИЕ7 можно изучить по рис. 1.67, в. На рис. 1,67, г показана цоколевка этих счетчиков. Импульсные тактовые входы для счета на увеличение (вывод 5) и на уменьшение (вывод 4) в этих микросхемах раздельные. Состояние счетчика меняется по положи­тельным перепадам тактовых импульсов от низкого уровня к высокому на каждом из этих тактовых входов.

Для упрощения построения счетчиков с числом разрядов, превыша­ющим четыре, обе микросхемы имеют выводы окончания счета на увели­чение( , вывод 12) и на уменьшение ( , вывод 13). От этих вы­водов берутся тактовые сигналы переноса и заема для последующего и от предыдущего четырехразрядного счетчика. Дополнительной логики при последовательном соединении этих счетчиков не требуется: выводы и предыдущей микросхемы присоединяются к выводам и C_D последующей. По входам разрешения параллельной загрузки и сброса R запрещается действие тактовой последовательности и даются команды загрузки четырехразрядного кода в счетчик или его сброса.

В микросхемах ИЕ6 и ИЕ7 счетчики основаны на четырех двухсту­пенчатых триггерах «мастер-помощник». Десятичный счетчик отличается от двоичного (см. его схему на рис. 1.67, в) внутренней логикой, управ­ляющей триггерами. Счетчики можно переводить в режимы сброса, па­раллельной загрузки, а также синхронного счета на увеличение и умень­шение.

Если на вход подается импульсный перепад от низкого уровня к высокому (дается команда на уменьшение—down), от содержимого счетчика вычитается 1. Аналогичный перепад, поданный на входе , увеличивает ( ) счет на 1. Если для счета используется один из этих входов, на другом тактовом входе следует зафиксировать напряжение высокого логического уровня. Первый триггер счетчика не может пере­ключиться, если на его тактовом входе зафиксировано напряжение низ­кого уровня. Во избежание ошибок менять направление счета следует в моменты, когда запускающий тактовый импульс перешел на высокий уровень, т. е. во время плоской вершины импульса.

На выходах (окончание счета на увеличение, вывод 12) и (окончание счета на уменьшение, вывод 13) нормальный уровень —вы­сокий. Если счет достиг максимума (цифра 9 для ИЕ6 и 15 для ИЕ7), с приходом следующего тактового перепада на вход от высокого

уровня к низкому (более 9 или более 15) на выходе появится низ­кое напряжение. После возврата напряжения на тактовом входе к высокому уровню напряжение на выходе останется низким еще на время, соответствующее двойной задержке переключения логического элемента ТТЛ.

Аналогично на выходе появляется напряжение низкого уровня, если на вход C_D пришел счетный перепад низкого уровня. Импульсные перепады от выходов и служат, таким образом, как тактовые для последующих входов и при конструировании счетчиков бо­лее высокого порядка. Такие многокаскадные соединения счетчиков ИЕ6 и ИЕ7 не полностью синхронные, поскольку на последующую микросхе­му тактовый импульс передается с двойной задержкой переключения.

Если на вход разрешения параллельной загрузки (вывод 11) подать напряжение низкого уровня, то код, зафиксированный ранее на параллельных входах D0—D3 (выводы 15, 1, 10 и 9), загружается в счетчик и появляется на его выходах Q0—Q3 (выводы 3, 2, 6 и 7) не­зависимо от сигналов на тактовых входах. Следовательно, операция па­раллельной загрузки — асинхронная.

Параллельный запуск триггеров запрещается, если на вход сброса R (вывод 14) подано напряжение высокого уровня. На всех выходах Q установится низкий уровень. Если во время (и после) операций сброса и загрузки придет тактовый перепад (от Н к В), микросхема примет его как счетный.

Счетчики К155ИЕ6 (74192) и К155ИЕ7 (74193) потребляют ток 102 мА. Маломощные варианты этих микросхем с переходами Шотки имеют ток потребления 34 мА. Максимальная тактовая частота 25 МГц; время задержки распространения сигнала от входа до выхода