8. Счетчики

Счетчиком называют цифровое устройство, осуществляющее счет импульсов, поступающих на его вход. Результат подсчета отображает в двоичной системе счисления в виде комбинаций состояний триггеров, образующих разряды счетчика. По функциональному призна­ку счетчики подразделяют на суммирующие, в которых числа, пред­ставленные в виде последовательности импульсов, складываются с запи­санным ранее числом, вычитающие, когда входные импульсы вычи­таются из начального числа, и реверсивные, производящие одну из указанных выше операций в зависимости от знака входных сигналов. В зависимости от схемы выполнения цепей связи между разрядами различают счетчики с непосредственной связью, с цепями переноса и комбинированные. Счетчики выполняют на счетных триггерах (например, - Т или J/К-типа).

8.1. Суммирующие двоичные счетчики

Втаких счетчиках поступление на вход очередного импульса вызывает увеличение на одну единицу хранимого в счетчиках числа.Схема трехразрядного двоичного счетчика, построенного на Т-триггерах,. показана на рис.8.1.

И

Рис. 8.1. Схема трехразрядного счетчика на Т- триггерах

спользуются триггеры, срабатывающие “по спаду” входного сигнала. При появлении импульса на входе на выходе триггера устанавливается новое состояние, противоположное предыдущему.

С каждым входным импульсом сумма увеличивается на единицу. Анализ принципа действия схемы показывает, что суммирование производится в двоичной системе счисления.

Выходной сигнал первого триггера соответствует младшему разряду суммы, т.е. ему соответствует весовой коэффициент 2⁰, для следующего триггера –2¹ и т.д.

Нарастание числа продолжается до тех пор, пока после очередного входного импульса в счетчике не устанавливается исходное состояние 00... 0, после чего счет ведется сначала.

В

Рис. 8.2. Временная диаграмма работы счетчика

ременная диаграмма одного цикла работы счетчика приведена на рис .8.2. Для трехразрядного счетчика цикл заканчивается после восьмого импульса на входе.

Можно построить схему трехразрядного счетчика с циклом счета менее восьми, не кратным степени двойки. Для этого используются цепи обратных связей, формирующие сигнал установки счетчика в исходное состояние после заданного входного импульса. Пример подобной схемы с циклом счета , равным шести, приведен на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Схема счетчика с циклом счета 6

9. Сумматоры

Сумматором называют устройство, осуществляющее арифметическое сложение двоичных чисел. Сумматор является одним из основных элементов ЭВМ, выполняющим арифметические операции. Сложение многоразрядных двоичных чисел производится однотипными действиями, осуществляемыми в каждом разряде с помощью одноразрядного двоич­ного сумматора.

Д

Рис. 9 .1. Схема одноразрядного комбинационного сумматора

ля сложения многоразрядных двоичных чисел используют многоразрядные сумматоры, которые в зависимости от ввода чисел делятся на две группы: последовательного и параллельного действия. Сумматор последовательного действия складывает разряды суммируемых чисел последовательно, начиная с младших. Для сумматора последовательногодействия характерно малое количество элементов, однако он обладает низким быстродействием.

Сумматор параллельного действия выполняется многоразрядным, его каждый разряд образован одноразрядным сумматором. Сложение многоразрядных двоичных чисел производится однотипными действиями, осуществляемыми в каждом разряде с помощью одноразрядных двоич­ных сумматоров. Схема комбинационного одноразрядного сумматора для сложения младших разрядов двух чисел приведена на рис. 9.1. В двоичном одноразрядном сумматоре путем сложения по модулю 2 определяется сумма чисел в каждом разряде. Операция сложения выполняется путем подачи соответствующих разрядов двух D-триггеров.

Логика работы сумматора иллюстрируется таблицей 9.1. Проанализируем, как осуществляется операция сло­жения. Если, например, а = 1, b = 0, то на выходе элемента И1 вырабаты­вается сигнал a `b = 1, а на выходе элемента И2 – 0. В резуль­тате на выходе элемента ИЛИ сигнал суммы S = 1.

Аналогично формируется сигнал суммы в каждом разряде двоичного одноразрядного сумматора и при других сочетаниях входных чисел. Кроме сигнала суммы на выходе должен формироваться и сигнал пере­носа в старший разряд, если сумма, полученная при сложении двух чисел, превышает 1. Подобный сигнал формируется на выходе элемента И3.