2.2.2 Асинхронные счетчики
Счетчики могут быть реализованы на триггерах различных типов. Простейший вариант построения трехразрядного суммирующего счетчика на Т-триггерах и диаграммы его работы показаны на рис. 4. 13.
Рис. 4. 13 Счетчик на Т-триггерах
В приведенном счетчике реализован последовательный перенос счетных импульсов, и все триггеры переключаются с разной частотой. Максимальная частота переключения у первого триггера. На рис. 4. 14 показан вариант построения счетчика на D-триггерах, работающих в счетном режиме.
Рис. 4. 14. Суммирующий счетчик на D-триггерах
Для реализации вычитающего счетчика в схеме на рис. 4.14 достаточно заменить инверсные выходы триггеров на прямые. Тогда при подаче импульса сброса R выходы счетчика установятся в единичное состояние и приход каждого счетного импульса будет изменять его состояние, описываемое убывающим двоичным кодом. Для реализации реверсивного счетчика перенос счетных импульсов можно организовать на основе схемы, показанной на рис. 4. 15.
Рис. 4. 15 Схема переноса для реверсивного счетчика
В рассмотренных схемах счетчиков реализован последовательный перенос счетных импульсов, что ограничивает их быстродействие из-за большого времени установления нового состояния, особенно при большой разрядности:
tуст=ntзд.р,
где ntзд.р – длительность задержки распространения сигнала триггера.
2.2.3 Синхронные счетчики и счетчики с параллельным переносом
Синхронные счетчики применяются для повышения помехоустойчивости счета и имеют дополнительный вход разрешения счета. Для построения таких счетчиков используются различные типы счетных синхронных триггеров. Схема одного разряда (счетной ячейки) синхронного суммирующего счетчика на DV-триггере показана на рис. 4.16,а). Сигнал переноса формируется логическим элементом 2И при наличии разрешающего сигнала V. Переключение триггера происходит по заднему фронту счетного импульса С при наличии сигнала V. Схема счетной ячейки для построения синхронного вычитающего счетчика показана на рис. 4.16,б). В отличие от суммирующей ячейки, здесь прямой выход триггера заменен на инверсный.
Рис. 4.16 Схемы синхронных счетных ячеек
На базе рассмотренных счетных ячеек можно реализовать ячейку реверсивного счетчика, показанную на рис. 4.17. Для управления направлением счета введен сигнал U/D, а для изменения направления счета и формирования сигнала переноса/займа использована схема ЗИ-ИЛИ.
Рис. 4. 17 Счетная ячейка синхронного реверсивного счетчика
Для повышения быстродействия счетчика используется параллельный перенос между разрядами. При этом счетные импульсы подаются одновременно на все разряды счетчика и сигналы разрешения счета формируются на логических элементах И, на входы которых подаются общий сигнал разрешения счета V и сигналы Q со всех предыдущих разрядов счетчика. Схема синхронного счетчика с параллельным переносом показана на
рис. 4. 18.
Рис. 4. 18 Синхронный счетчик с параллельным переносом
Быстродействие счетчиков с параллельным переносом не зависит от числа разрядов и определяется задержкой распространения сигналов через триггеры и элементы И. По сравнению со счетчиками с последовательным переносом максимальная частота счета может быть увеличена в (n - 1) раз. При повышении разрядности счетчиков возникают проблемы с реализацией многовходовых схем И, поэтому в таких случаях наиболее оптимальными по быстродействию и аппаратным затратам являются счетчики с параллельно-последовательным переносом.