2.2. Счетчики с недвоичным кодированием

Наибольшее практическое значение среди счетчиков с недвоичным кодиро­ванием состояний имеют счетчики с кодом Грея, счетчики Джонсона и счетчики с кодом "1 из N".

Счетчики в коде Грея. Этот код известен с 70-х годов XIX века, однако оказался связанным с име­нем Ф. Грея только в 50-х годах XX века, когда Ф. Грей применил его для построения преобразователя угловых перемещений в цифровой код, обла­дающего явными преимуществами перед преобразователем с двоичным ко­дом. Код Грея относится к таким, в которых при переходе от любой кодо­вой комбинации к следующей изменяется только один разряд. В схемотех­нике счетчиков это свойство устраняет одновременное переключение мно­гих разрядов, характерное для двоичных счетчиков при некоторых перехо­дах. Одновременное переключение многих элементов создает такие токовые импульсы в цепях питания схем, которые могут вызывать сбои в работе схе­мы. В ряде БИС/СБИС применение двоичных счетчиков боль­шой разрядности не разрешается, и они заменяются счетчиками с кодом Грея и последующим преобразованием кода Грея в двоичный.

Сложность счетчика с кодом Грея ненамного больше, чем сложность двоич­ного счетчика, преобразователь кодов также относительно прост.

3. Программа исследований

3.1.Разработать схему счетчика в соответствии с вариантом задания и указанным преподавателем типом триггера (JK или D). Эта часть работы выполняется в ходе домашней подготовки к занятиям.

Таблица 1

Варианты задания
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
Последовательность состояний счетчика
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	1	1	1	2	2	2	2	4	4	4	4	8	8	8	8
5	3	9	3	A	3	6	6	6	C	5	C	A	9	C	9
d	7	b	2	b	b	E	E	E	E	7	8	E	1	d	b
9	F	F	6	9	A	F	A	F	F	6	9	6	3	F	A
b	b	7	7	8	E	7	b	d	d	E	d	7	7	E	E
A	9	6	5	C	6	5	F	5	9	F	5	5	F	6	F
E	8	E	4	4	7	d	7	7	b	d	1	d	E	7	d
6	C	A	C	5	5	9	3	3	A	C	3	9	6	3	5
2	4	8	8	1	4	8	1	1	2	8	2	1	4	2	1

На рисунке 2 поясняются условные обозначения состояний триггеров счетчика, которые используются в табл. 1.

Рис. 2. Обозначение кодов состояний в 16-ричных символах

3.2. Провести анализ счетчика на способность автоматически самовосстанавливаться после сбоя. Для этого необходимо рассмотреть, какие переходы будет осуществлять счетчик из каждого запрещенного состояния. В нашем примере составим таблицу переходов для шести таких состояний.

3.3.Собрать схему счетчика на рабочем столе программы Electronics Workbench, подключить к выходам триггеров светодиодные индикаторы и цифровой семи-сегментный индикатор, соединить входы логического анализатора с выходом генератора импульсов и выходами триггеров. Установить низкую частоту импульсов 1 Гц и проверить функционирование счетчика по показаниям индикаторов. Принудительно устанавливая в триггерах запрещенные комбинации, проверить схему на самовосстановление после сбоя.

Установить частоту импульсов 1 кГц, запустить логический анализатор и получить временные диаграммы входных импульсов и выходов счетчика Q₀, Q₁, Q₂, Q₃.