Назначение счётчиков в вычислительных устройствах.

Счётчик – это электронное устройство для подсчета количества импульсов. По мере поступления входных сигналов счётчик последовательно изменяет свои состояния в определённом для данного типа счётчика порядке.

Одной из наиболее распространенных операций, выполняемых в вычислительных устройствах цифровой обработки информации является подсчет числа сигналов импульсного или потенциального вида.

Счетчики широко применяются почти во всех цифровых устройствах автоматики и вычислительной техники. В ЦВМ счетчики и используются: для подсчета шагов программы, для подсчета циклов сложения и вычитания, при выполнении арифметических операций, для преобразования кодов, в делителях частоты и распределителях сигналов и т.д.

Признаки классификации счётчиков.

Классификация счетчиков по основным признакам:

- по системе счисления счетчики делятся на: двоичные, двоично-десятичные, десятичные, счетчики с основанием системы счисления неравным 2 и 10 (пересчетные схемы).

- по реализуемой операции счетчики подразделяются на: суммирующие, вычитающие и реверсивные.

Коэффициент пересчёта счётчика.

Модуль счета или коэффициент пересчета счетчика «Ксч» характеризует число /количество/ устойчивых состояний, в которых может находиться n-разрядный счетчик, т.е. предельное число входных сигналов, которое может быть подсчитано счетчиком.

Двоичный n-разрядный счетчик имеет 2n различных состояний.

Число paзpядoв двoичнoгo cчeтчикa можнo опpeдeлить из выражения:

n>=log2 Kсч

где Ксч – коэффициент пересчета;

n – ближайшее целое число, удовлетворяющее данному неравенству.

Чем определяется максимальная частота поступления входных сигналов на счётчик?

Максимальная частота поступления входных сигналов - это частота, при которой счетчик еще сохраняет, работоспособность. Она определяется, как правило, максимально допустимой частотой переключёния триггера.

Какое свойство J-K триггеров позволяет построить на их основе синхронные счётчики?

JK-триггер работает так же как RS-триггер, с одним лишь исключением: при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное. Вход J (от англ. Jump — прыжок) аналогичен входу S у RS-триггера. Вход K (от англ. Kill — убить) аналогичен входу R у RS-триггера. При подаче единицы на вход J и нуля на вход K выходное состояние триггера становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход K и нуля на вход J выходное состояние триггера становится равным логическому нулю. JK-триггер в отличие от RS-триггера не имеет запрещённых состояний на основных входах, однако это никак не помогает при нарушении правил разработки логических схем. На практике применяются только синхронные JK-триггеры, то есть состояния основных входов J и K учитываются только в момент тактирования, например по положительному фронту импульса на входе синхронизации.На базе JK-триггера возможно построить D-триггер или Т-триггер. Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединив входы J и К.

Какое устройство позволяет построить реверсивный счётчик?

Реверсивные счетчики осуществляют подсчет сигналов как в прямом, так и в обратном направлении, т.е. они могут работать в режиме сложения и в режиме вычитания сигналов.

Для построения реверсивных счетчиков необходимо предусмотреть схемы пропускающие сигналы на вход следующих триггеров либо с инверсного /при суммировании/, либо с прямого /при вычитании/ выходов предыдущего триггера.

Асинхронные реверсивные последовательные счетчики на J-K-тpиггepax строятся аналогично реверсивным счетчикам на J-K- триггерах.

Поясните временную диаграмму работы счётчика Джонсона.

На рис. представлены временные диаграммы, поясняющие работу этого счетчика. При каждом изменении выходного сигнала триггера Q\ тактовый сигнал Н инвертируется, в результате чего возникают "иголки" - сигналы, имеющие значительно меньшую длительность по сравнению с периодом счетного сигнала х. Задержки между счетным сигналом х и выходными сигналами триггеров Qr не показаны, но длительность "иголок" сигнала Н определяется именно задержкой срабатывания триггера Q\ относительно фронта сигнала х .Счетчики, построенные таким методом, можно, в частности, использовать для получения сигналов Qr, имеющих скважность 2 при нечетном коэффициенте деления (модуле пересчета).Надежность работы счетчика не зависит от быстродействия входящих в него элементов, так как с помощью петли обратной связи с триггера Qj на ЛЭ сумма по модулю два производится автоматическое регулирование длительности каждой "иголки". Однако максимально допустимая частота счетного сигнала х, .имеющего скважность 2, уменьшается примерно в два раза, поскольку после появления "иголки" на переходный процесс отводится вдвое меньше времени, чем в обычном синхронном автомате (в некоторые моменты времени частота тактового сигнала Н удваивается). Из рис. видно, что модуль пересчета счетчика с управлением тактовым сигналом равен М - 1. = 3, где М = 4 - Модуль пересчета исходного счетчика Джонсона. "Иголки" появляются при каждом изменении управляющего сигнала Qj с 1 на 0 и с 0 на 1 (при значениях сигнала VQi = 1). С каждой "иголкой" связан сдвиг влево положительного фронта сигнала

Арифметико-логическое устройство.

Контрольные вопросы.