Счетчик с входами прямого и обратного счета

Часто требуется счетчик, имеющий два входа. Импульс, поступающий на вход Ф_V, должен увеличивать результат счета; импульс, поступающий на вход Ф_R, должен его уменьшать. Схема, выполняющая эти функции, показана на рис. 20.8. Рассмотрим сначала импульс, поступающий на вход Фv- Очевидно, что благодаря наличию предшествующих логических элементов И тактовый импульс поступает только на те триггеры, для которых все предыдущие разряды находятся в состоянии «I». Это точно то условие функционирования, которое мы вывели из табл. 20.1 для суммирующего счетчика.

В ранее описанной схеме тактовые импульсы подавались на все триггеры. Триггеры, состояния которых не должны были изменяться, блокировались подачей на J-и К-входы комбинации J = К == О, В данном случае импульсы счета не поступают на соответствующие триггеры благодаря тому, что вентили И блокируют их тактовые входы. Для этого необходимы те же самые, что и в предыдущем случае, логические связи. Это объясняет подобие управляющих логических цепей в схемах, приведенных на рис. 20.7 и 20.8.

Теперь рассмотрим, что происходит в случае, когда импульсы поступают на вход Ф_R. Код на выходах Q, определяет те вентили И, которые пропускают импульсы счета. Таким образом, импульсы поступают на тактовые входы только тех триггеров, которые находятся в состоянии «О». Это и есть условие обратного счета.

На триггеры, которые должны переключаться, тактовые импульсы поступают практически одновременно. Триггеры в старших разрядах переключаются одновременно с триггерами в младших разрядах. Следовательно, схема работает как синхронный счетчик. Логические элементы И на выходе определяют перенос в прямом и обратном направлениях. Можно присоединить идентичный счетчик, который является синхронным, но по сравнению с первым работает с задержкой, т.е. асинхронно. Этот способ организации называют полусинхронным (параллельно-последовательным).

Тип ИС: SN 74193 (ТТЛ).

Устранение состязаний

Временной интервал между двумя импульсами счета и его длительность должны быть больше времени срабатывания счетчика t_e. В противном случае при воздействии второго импульса получится ошибочный результат. Для счетчиков с одним счетным входом это требование означает, что максимальная возможная частота счета f_макс = 1/2t_е.

Рис. 20.8. Реверсивный двоичный счетчик.

Рис. 20.9. Схема исключения состязаний.

Для счетчика на рис. 20.8 соотношение сложнее. Если даже частота импульсов счета для входов прямого и обратного счета значительно меньше, чем f_маkc в асинхронной системе возможен случай, когда интервал между импульсами прямого и обратного счета окажется меньше, чем t_e При таком совпадении импульсов возникает неопределенное состояние счетчика. При проектировании следует исключать возможность такого совпадения импульсов. Состояние счетчика после выдачи одинакового числа импульсов прямого и обратного счета не должно измениться.

Схема без состязании может быть реализована, например, так, как показано на рис. 20.9, с помощью одновибратора [20.1]. Одновибраторы М₁ и М₂ при поступлении импульсов счета Фv и Ф_R формируют сигналы x_v и х_R определенной длительности t₁. Задним фронтом этих импульсов запускаются одновибраторы М₄ и М₅, которые формируют выходные импульсы. Логический элемент G₁ определяет, не перекрываются ли нормированные входные импульсы Хv и Х_R. Если это происходит, на его выходе формируется отрицательный . логический перепад, который запускает одновибратор Мз. При этом оба выходных элемента G₂ и Gз блокируются на время г;, и импульсы на их входы не проходят, что исключает состязание. Для того чтобы блокировка была надежной, должно выполняться условие

Время tз определяет длительность выходного импульса. Минимальная пауза между импульсами определяется из условия исключения совпадений. Для правильной работы счетчика требуется выполнение дополнительных условий:

Таким образом, минимально допустимые длительности импульсов составляют

Максимальная частота счета для обоих выходов схемы совпадений равна

Следовательно, она уменьшается в 1,5 раза из-за введения схемы исключения состязаний.

Более изящный метод, иллюстрируемый рис. 20.10, состоит в том, что импульсы прямого и обратного счета подсчитываются отдельными счетчиками и затем вычисляется разность кодов счетчиков. При этом совпадение импульсов счета неопасно. Дополнительное преимущество заключается в том, что благодаря простоте логики схема принципиально допускает работу на более высокой тактовой частоте.

Рис. 20.10. Реверсивный двоичный счетчик, невосприимчивый к совпадению счетных импульсов.

Сигнал переноса вычитателя не может использоваться как знаковый разряд; положительная разность ошибочно может быть интерпретирована как отрицательная. если один из счетчиков переполнен, а другой еще нет. Получить результат с правильным знаком можно, если разность, как в данном примере, рассматривать как число в двоичном дополнительном коде. Разряд из определяет правильный знак тогда, когда разность не превышает допустимый диапазон от — 8 до +7.