ПТЦА - Лекции / Лекция 14

Синтез счетчиков

Счетчиком называется дискретное устройство, осуществляющее счет числа поступивших на его вход импульсов и хранение этого числа, до сброса, счетчика в исходное состояние или до продолжения, счета.

Коэффициент пересчета K счет (или модуль) счетчика определяет число его возможных устойчивых состояний, т. е. его емкость. У двоичных счетчиков

–по направлению счета (суммирующие, вычитающие и реверсивные);

–по способу приема входных сигналов (синхронные и асинхронные);

–по способу построения цепей межразрядных переносов (с последовательным, сквозным, параллельным и групповым переносами) и т. д.

На рисунке 1 приведена схема четырехразрядного асинхронного счетчика на JK-триггерах с последовательным переносом единицы в старший разряд. Его коэффициент пересчета, т. е. после каждого 16-го импульса счетчик устанавливается в исходное состояние. Для организации переноса прямые выходы i-го триггера соединяются с тактовым входом (i+1)-го триггера.

Рисунок 1 – Схема четырехразрядного асинхронного счетчика на JK-триггерах с последовательным переносом единицы в старший разряд.

Установка счетчика в исходное (нулевое) состояние осуществляется путем подачи отрицательного импульса на шину «Уст. 0», подключенную к входам R всех триггеров, или подключением шины «Уст. 0» через кнопку к корпусу. При поступлении первого импульса (положительного или отрицательного) на вход счетчика первого триггера последний переходит в состояние 1 при изменении на его входе С потенциала с высокого на низкий уровень. При этом второй триггер остается в нулевом состоянии поскольку на его входе С потенциал изменяется с низкого уровня на высокий. После второго входного импульса первый триггер переходит в нулевое состояние, а потенциал на его единичном выходе оказывается равен Q1 ; следовательно, и на входе C второго триггера потенциал изменяется с высокого на низкий и он переключается в единичное состояние. Таким образом, изменение состояния каждого последующего триггера происходит только в случае, когда предыдущий триггер изменяет свое состояние с единичного на нулевое. Тогда перенос единицы осуществляется последовательно от разряда к разряду. Поэтому в счетчике с последовательным переносом время переходного процесса (время формирования кода на

выходных шипах) зависит от его разрядности и числа поступивших входных импульсов.

Основным недостатком счетчика с последовательным переносом является низкое быстродействие. Повышение быстродействия достигается организацией сквозных и параллельных переносов. На рисунке 2 приведена схема синхронного двоичного счетчика со сквозным переносом.

Рисунок 2 – Схема синхронного двоичного счетчика со сквозным переносом. Еще более высоким быстродействием обладает счетчик с параллельным переносом. Схема такого счетчика приведена на рисунок 3.

Рисунок 3 – Схема счетчика с параллельным переносом.

Всинхронном двоичном счетчике со сквозным переносом входной сигнал одновременно подается на входы всех триггеров. Переключение любого триггера данного счетчика возможно только в случае, когда к объединенному JК-входу приложен единичный сигнал. Подобная ситуация возникнет лишь тогда, когда все предшествующие триггеры младших разрядов находятся в состоянии 1. Длительность переходного процесса в счетчике со сквозным переносом определяется временем переключения одного триггера и задержкой распространения сигнала в последовательной цепи элементов И. Задержка в элементах И меньше, чем в триггере, поэтому время установления кода на выходных шинах будет меньше, чем в счетчике с последовательным переносом.

Всчетчике с параллельным переносом длительность переходного процесса постоянна и определяется временем переключения одного триггера и задержкой сигнала в одной схеме И. Однако с возрастанием номера триггера прогрессивно

счетчика. Из нее можно уяснить принцип работы любого синхронного счетчика. Сигналы с выходов триггеров синхронного счетчика поступают на входы комбинационной схемы, которая преобразует поступившую информацию. Сигналы с выходов комбинационной схемы подаются на входы триггеров. Преобразованная информация не воспринимается триггером до тех пор, пока на синхронизирующие входы не поступит считываемый сигнал V.

Рисунок 6 – Обобщенная схема синхронного счетчика. Информация, находящаяся на входах каждого триггера, преобразуется комбинационной схемой таким образом, чтобы с приходом очередного считываемого сигнала осуществить требуемый переход счетчика из предыдущего состояния в следующее. Функции возбуждения входов i-го триггера можно записать в виде

QJ i= f J i [Q1 t ,Q2 t , ... ,Qn t ];

QKi= f K i [Q1 t ,Q2 t , ...,Qn t ].

Значения всех переменных в приведенных выражениях определены для одного и того же момента времени t. Поэтому функции возбуждения триггеров являются переключательными функциями, которым соответствуют комбинационные схемы, формирующие входные сигналы для триггеров. Следовательно, если задан или выбран тип триггера, то задача логического проектирования схемы счетчика заключается в составлении функций возбуждения каждого триггера и минимизации найденных функций в заданном базисе.

Пример 1. Пусть необходимо спроектировать двоично-десятичный счетчик на сложение с системой кодирования 2421 (где 2, 4, 2, 1 – веса двоичных разрядов кодирования; вместо каждой десятичной цифры записываются четыре двоичных разряда).

Решение. Кодированная таблица переходов одного разряда двоичнодесятичного счетчика в коде 2421 представлена столбцами 2–9 таблицы 1. Для нахождения функций возбуждения каждого триггера десятичного разряда счетчика на JK-триггерах воспользуемся полученной ранее матрицей переходов JК-триггера.