Счетчики импульсов

4. Выбирают тип триггеров, на которых будет построен счетчик. Наиболее удобно использовать JK-триггеры, хотя могут использоваться и другие типы триггеров. Для каждого входа триггера (J1, K1, J2, K2, ... ) составляют карту входных сигналов в виде карты Карно. В ее клетках в соответствии с правилами функционирования триггера проставляют значения сигналов, которые необходимо подать на входы триггера для обеспечения его перехода, указанного в одноименной клетке карты переходов. Для JK-триггера, RS-триггеров (с прямыми и инверсными входами) и D-триггера правила функционирования задаются таблицей возбуждения триггера.

- безразличное значение сигнала

Для рассматриваемого примера карты

входных сигналов JK-триггеров

приведены на рисунке.

Счетчики импульсов

5. Получают аналитические выражения для функций возбуждения триггеров. Эти выражения, показывающие связи между входными и выходными сигналами всех триггеров, составляющих счетчик, удобно получать путем минимизации логических функций по картам входных сигналов триггеров. Для рассматриваемого примера минимизация логических функций показана на рисунке. Функции возбуждения имеют вид:

6. Синтезируют схему счетчика, реализуя полученные функции возбуждения. Схема синтезированного счетчика для рассматриваемого примера приведена на рисунке.

В счетчиках с параллельным переносом счетные импульсы C поступают на все триггеры одновременно, а на информационных входах триггеров уже находятся подготовленные комбинационными схемами сигналы для установки триггеров в новые состояния. В связи с этим Полное время установления кода в таких счетчиках равно времени задержки одного триггера:

Tуст = To.

Счетчики импульсов

•Двоично-десятичные счетчики. Разновидность недвоичных счетчиков. В таких счетчиках исключают состояния, которым нет соответствия в десятичной системе счисления. Например, счетчик работает в диапазоне десятичных чисел от 0 до 9 (двоичные коды от 0000 до 1001). Состояния счетчика от 10 до 15 (двоичные коды от 1010 до 1111) являются избыточными и исключаются. Код, в котором работают такие счетчики, называется кодом 8421BCD.

•Синтез двоично-десятичного счетчика можно произвести по приведенной выше методике, число триггеров при этом – четыре.

•Ввиду обширной области применения двоично-десятичных счетчиков, особенно в информационно- измерительных системах, они представлены в ИМС в нескольких разновидностях. Примеры – рассмотренные ниже счетчики 155ИЕ2 и 155ИЕ6.

•Использование входов сброса и параллельной загрузки кода ИМС счетчиков для реализации недвоичных счетчиков с произвольным коэффициентом счета. Многие ИМС счетчиков имеют дополнительные (обычно асинхронные) входы – сброса R и установки S (PE). Активный уровень сигнала на входе R запрещает счет и устанавливает в счетчике код 0000, сбрасывая все триггеры по входу R. С помощью активного уровня сигнала на входе S счетчика можно загрузить в него в асинхронном режиме произвольный двоичный код.

•При построении недвоичных счетчиков без процедуры синтеза внутренней структуры широкое распространение получили два основных метода:

oметод управляемого сброса (управляемой установки) и

oметод исключения лишних состояний.

•Первый метод используется при наличии в двоичном счетчике входа сброса.

Счетчики импульсов

•Для того чтобы исключить, например, состояния 10…15 в двоичном счетчике, на его выходе надо разместить логическую схему, вырабатывающую сигнал сброса счетчика при появлении запрещенных состояний. На рисунке – схема счетчика по модулю 10 (счетчик считает от 0000 до 1001).

Всхему дополнительно вводится логический элемент 2И для сброса всех триггеров в нулевое состояние (очистки счетчика) с приходом десятого импульса (т.е. с приходом первого импульса после того, как счетчик сосчитал до 1001). При установлении логических 1 в разрядах с весом 2 и 8 двоичного счетчика (например, при попытке установить состояние 1010), высокий уровень появится на выходе логического элемента 2И, который затем сбросит все триггеры в состояние 0. Счетчик начнет снова считать от 0000 до 1001.

Подобное использование логического элемента И позволяет создавать счетчики и с другими значениями коэффициента счета.

В счетчиках с начальной установкой кода заданный стартовый код загружается в счетчик перед началом счета. Затем счетчик работает в режиме вычитания. По достижению кода 0000 снова загружает стартовый код и т.д.

Возможен другой вариант: при достижении кода 1001 принудительно загрузить в счетчик код 1111, тогда следующий импульс суммирования (десятый) вернет счетчик в состояние 0000.

Второй метод (исключения лишних состояний) предназначен для проектирования счетчиков с произвольным порядком счета и применяется для синтеза счетчика с нестандартным видом кода, т.е. счетчика, имеющего выходные разряды с необычными весами.

Счетчики импульсов

•Счетчики с комбинированным переносом. Многоразрядные счетчики обычно строятся по комбинированной схеме, сочетающей в себе параллельный и последовательный перенос. В таких счетчиках разрядные схемы разбиваются на группы (с произвольным числом триггеров в группе). Внутри группы выполняется чаще параллельный перенос, а между группами – последовательный.

Для этого предназначены дополнительные логический вход CEP (count enable parallel) и логический выход TC (terminal count). Такие выводы обязательно присутствуют на счетчиках, выпускаемых промышленностью. В качестве входа CEP, разрешающего (параллельный) счет, можно использовать вход T первого триггера. В качестве выхода TC, указывающего на завершение счета (или на достижение счетчиком своего модуля счета), можно использовать логическую схему И, подключенную к выходам всех триггеров. Сигнал с выхода этой схемы И часто именуют сигналом переноса (в старший значащий разряд) для следующего счетчика. В отечественной литературе вместо обозначения TC ранее использовалось обозначение вида ≥15 (где

число 15 — это модуль счета -1).

Счетчики импульсов

•К155ИЕ7. Аналоги SN74193N, SN74193J. Четырехразрядный двоичный реверсивный счетчик.

•К155ИЕ6. Аналоги SN74192N, SN74192J. Двоично-десятичный реверсивный счетчик.

•Условные графические обозначения на рисунке:

Четырехразрядные реверсивные счетчики, аналогичные по структуре. Импульсные тактовые входы для счета на увеличение СU, (вывод 5) и на уменьшение СD (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 (TCU, вывод 12) и на уменьшение (TCD, вывод 13).

Счетчики импульсов

•От этих выводов берутся тактовые сигналы переноса и заёма для последующего и от предыдущего четырехразрядного счетчика. Дополнительной логики при последовательном соединении этих счетчиков не требуется: выводы TCU и TCD предыдущей микросхемы присоединяются к выводам СU и CD последующей. По входам разрешения - параллельной загрузки PE (вывод 11) и сброса R (вывод 14) запрещается действие тактовой последовательности и даются команды загрузки четырехразрядного кода в счетчик или его сброса.

•Пример – реверсивный 8-разрядный двоичный счетчик.

Счетчики импульсов

•Пример – счетчик-таймер.

•Cлyжит для фopмиpoвaния вpeмeнныx oтpeзкoв зaдaннoй длитeльнocти. Taймep мoжeт выпoлнятьcя кaк нa вычитaющиx, тaк и нa cyммиpyющиx cинxpoнныx cчeтчикax c cинxpoннoй зaгpyзкoй нaчaльнoгo кoдa. Oбщим для этиx cxeм являeтcя зaгpyзкa (пepeзaгpyзкa) нaчaльнoгo кoдa в мoмeнт пepeпoлнeния cчeтчикa. Пpи этoм интepвaл вpeмeни oтcчитывaeтcя oт aктивнoгo фpoнтa пepвoгo cчeтнoгo импyльca дo зaднeгo фpoнтa cигнaлa пepeнoca.

Пycть тpeбyeтcя cфopмиpoвaть вpeмeннoй интepвaл или зaдepжкy длитeльнocтью T = N* tclk, пpичeм tclk извecтнo, a N мoжe пpинимaть знaчeния (2<=N<=M-1). Toгдa нaчaльный кoд D, зaгpyжaeмый в cyммиpyющий cчeтчик дoлжeн paвнятьcя D = M - N. B вычитaющий cчeтчик тpeбyeтcя зaпиcaть D = ~(M - N) = N - 1. Пpимep peaлизaции тaймepa, выпoлнeннoгo нa cyммиpyющeм cчeтчикe 1533ИE18, N = 10.

Koгдa ~L=~CR=0 (т.e. зaгpyзкa кoдa paзpeшeнa) oчepeднoй пoлoжитeльный фpoнт вxoднoгo импyльca oпять зaгpyзит D=6 и дaлee пpoцecc пoвтopитcя. Тaкoй cчeтчик дeлит вxoднyю чacтoтy fclk=1/tclk в N paз F=fclk/N, гдe F=1/T. Синxpoнные cчeтчики c cинxpoннoй зaгpyзкoй начального кода иcпoльзyeтcя в тaймepax, вcтpaивaeмыx в микpoкoнтpoллepы.