Цифровой счетчик импульсов

Счетчик импульсов – устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поступивших на его вход.

Счетчики бывают:

– двоичные, десятичные и с произвольным коэффициентом счета;

– суммирующие, вычитающие и реверсивные (т.е. выполняющие сложение и вычитание);

– асинхронные и синхронные; в асинхронном режиме каждый предыдущий триггер вырабатывает для последующего тактовые импульсы, в синхронном режиме все триггеры получают тактовые импульсы с одновременно подключаемых тактовых входов;

– с непосредственными связями, переносом и комбинированными связями.

На рис. 116 показаны схема и условное обозначение двоичного четырехразрядного счетчика, состоящего из последовательно соединенных Т-триггеров.

С₁ – счетный вход, R - установка 0, выходы 1, 2, 4, 8 соответствуют обозначениям двоичных разрядов:

Рис. 116

На рис. 117 показаны осциллограммы уровней счетчика на входе и выходах.

Если в исходном состоянии все триггеры были в состоянии 0, то после окончания первого входного импульса триггер ТТ1 перейдет в состояние 1 (X₀=1).

Рис. 117

Состояние триггеров с приходом входных импульсов отражено в табл. 27. Общее число возможных состояний N определяется числом триггеров n (N=2ⁿ).

Комбинации состояний триггеров после прихода очередного импульса соответствуют двоичному числу, равному номеру импульса.

В работе исследуется быстродействующий счетчик К155ИЕ5, представляющий собой асинхронный двигатель частоты на JK-триггерах (рис. 118).

Таблица 27

№ входного импульса	Состояние триггера
	Т4	Т3	Т2	Т1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15	0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1	0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1	0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1	0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

Первый триггер, имеющий тактовый вход С1 и изолированный от других триггеров прямой выход 1, представляет собой счетчик – делитель на 2. Остальные триггеры образуют счетчик – делитель на 8. Счетные импульсы при этом должны подаваться на вход С2, а частота, деленная на 8, снимается с выхода 4. Счетчики работают самостоятельно, однако выбор их производится по входам R1 и R2, которые обеспечивают два режима работы. Это показано в таблице на рис. 35. Переключение триггеров происходит по отрицательному фронту входных тактовых импульсов. Путем внешнего соединения выхода 1 с входом С2 образуется двоичный счетчик – делитель на 16. Счетные импульсы при этом подаются на вход С1, а выходное напряжение с частотой, деленной на 16, снимается с выхода 4. В режиме счета состояния выходов триггеров изменяются в последовательности двоичного счета от 0 до 15.

Режим работы счетчика	Состояние устойчивого входа
	R1	R2
Установка в 0	1	1
Счет	0	х
	х	0

Рис. 118

Регистр

Регистром называется устройство для записи и хранения информации, представленной двоичным числом.

Каждому разряду двоичного числа соответствует двоичная ячейка – триггер. В простейшем регистре триггеры соединены последовательно (рис. 119). Выходы Q и предыдущего триггера передают исходные данные – двоичное число – на входы R и S последующего триггера. Все тактовые входы С триггеров соединены параллельно. При таком включении сигнал 1, записанный в первом триггере, перейдет во второй триггер после подачи одного тактового импульса. Затем после второго тактового импульса сигнал 1 попадет в третий триггер [1, с. 199].

Рис. 119

На рис. 120 показан регистр с параллельно включенными триггерами.

Запись сигналов в триггерах разрядов Т1…Т3 происходит при подаче сигнала 1 на шину «Ввод». На выходе схемы сигналы появятся при подаче сигнала 1 на шину «Вывод». На рис. 120 показаны уровни сигналов при записи двоичного числа 101. При считывании информация, записанная в регистре, сохраняется.

Рис. 120

На рис. 121 изображена микросхема регистра К155ИР1.

Микросхема К155ИР1 представляет собой четырехразрядный сдвиговый регистр. Он имеет вход S1 (вывод 1) для последовательного ввода данных, четыре параллельных входа D0…D3 (выводы 2-5), а также четыре выхода Q₀…Q₃ (выводы 10-13) от каждого триггера, два тактовых входа С1 и С2. Сигналы со всех пяти входов поступают на выходы синхронно с отрицательным фронтом импульса, поданным на тактовый вход.

Вход разрешения параллельной загрузки для выбора режима работы регистра. Если на вход дается напряжение высокого уровня, то разрешается работа тактового входа . В момент прихода на этот вход отрицательного фронта тактового импульса регистр загружается данными параллельных входов D0…D3. Если на вход подается напряжение низкого уровня, то разрешается работа тактового входа . Отрицательные фронты последовательности тактовых импульсов сдвигают данные с входа S1 на выход Q₀, затем на Q₁, Q₂, Q₃. Сдвиг данных по регистру влево получают, соединяя выход Q₃ с входом D2, Q₂ с D1, Q₁ с D0.

Для перевода регистра в параллельный режим на вход подают напряжение высокого уровня. Напряжение на входе можно изменять только в том случае, если на обоих тактовых входах уровни низкие. Когда на входе напряжение низкого уровня, перемена сигнала на входе от низкого уровня к высокому не изменяет состояние выходов.

Микросхема К155ИР1 имеет ток потребления 64 мА. Максимальная тактовая частота 25 мГц. Режимы работы регистра ИР1 следует выбирать по табл. 28.

Рис. 121

Таблица 28

ВХОД

ВЫХОД

Послед.

Параллельные

S1

D0

D1

D2

D3

В

В

х

х

х

х

х

х

QA0

QB0

QC0

QD0

В

х

х

a

b

c

d

a

b

c

d

В

х

х

Qb

Qc

Qd

d

QBn

QCn

QDn

d

Н

Н

В

х

x

x

x

x

QA0

QB0

QC0

QD0

Н

х

В

x

x

x

x

В

QAn

QBn

QDn

Н

х

Н

x

x

x

x

H

QAn

QBn

QDn

Н

Н

х

x

x

x

x

QA0

QB0

QC0

QD0

Н

Н

х

x

x

x

x

QA0

QB0

QC0

QD0

Н

В

х

x

x

x

x

QA0

QB0

QC0

QD0

В

Н

х

x

x

x

x

QA0

QB0

QC0

QD0

В

В

х

x

x

x

x

QA0

QB0

QC0

QD0