Счётчик (электроника)
Двухразрядный двоичный асинхронный суммирующий счётчик с последовательной организацией переноса на JKтриггерах.
на двоичных триггерах
на троичных триггерах[1]
на n-ичных триггерах
по модулю счёта:
двоично-десятичные (декада);
двоичные;
с произвольным постоянным модулем счёта;
с переменным модулем счёта;
по направлению счёта:
суммирующие;
вычитающие;
реверсивные;
U7
DCD_HE
VCC |
5V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U5A |
|
|
|
U6A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
74LS08D |
|
|
74LS08D |
|
|
||
|
|
U1A |
|
|
U2A |
|
|
U3A |
|
|
U4A |
|
||||
|
1 |
1J |
1Q |
3 |
1 |
1J |
1Q |
3 |
1 |
1J |
1Q |
3 |
1 |
1J |
1Q |
3 |
|
12 |
1CLK |
|
12 |
1CLK |
|
12 |
1CLK |
|
12 |
1CLK |
|
||||
|
4 |
1K |
~1Q |
2 |
4 |
1K |
~1Q |
2 |
4 |
1K |
~1Q |
2 |
4 |
1K |
~1Q |
2 |
|
13 |
~1CLR |
|
13 |
~1CLR |
|
13 |
~1CLR |
|
13 |
~1CLR |
|
||||
|
|
74LS107D |
|
74LS107D |
|
74LS107D |
|
74LS107D |
||||||||
V1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 Hz |
J1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Key = Space
Reset/Clk
4-х битный синхронный параллельный счётчик с ускоренным переносом использующий JK-триггеры
Счётчик числа импульсов — устройство, на выходах которого получается двоичный (двоичнодесятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчики могут строиться на двухступенчатых D-триггерах, T-триггерах и JK-триггерах.
Основной параметр счётчика — модуль счёта — максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначают через СТ (от англ. counter).
1. Классификация
Счётчики классифицируют:
по числу устойчивых состояний триггеров
по способу формирования внутренних связей:
с последовательным переносом;
с ускоренным переносом;
с параллельным ускоренным переносом;
со сквозным ускоренным переносом;
с комбинированным переносом;
кольцевые;
по способу переключения триггера:
синхронные;
асинхронные;
Счётчик Джонсона[2]
2.Двоичные счетчики
Схему двоичного счетчика можно получить с помощью формального синтеза, однако более наглядным путем представляется эвристический. Таблица истинности двоичного счетчика — последовательность двоичных чисел от нуля до 2n 1 , где n - разрядность счётчика. Наблюдение за разрядами чисел, составляющих таблицу, приводит к пониманию структурной схемы двоичного счетчика. Состояния младшего разряда при его просмотре по соответствующему столбцу таблицы показывают чередование нулей и
1
2 |
4 СЧЕТЧИКИ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПЕРЕНОСОМ |
единиц вида 01010101..., что естественно, т. к. младший разряд принимает входной сигнал и переключается от каждого входного воздействия. В следующем разряде наблюдается последовательность пар нулей и единиц вида 00110011... . В третьем разряде образуется последовательность из четверок нулей и единиц 00001111... и т.д. Из этого наблюдения видно, что следующий по старшинству разряд переключается с частотой, в два раза меньшей, чем данный.
Известно, что счетный триггер делит частоту входных импульсов на два. Сопоставив этот факт с указанной выше закономерностью, видим, что счетчик может быть построен в виде цепочки последовательно включенных счетных триггеров. Заметим, кстати, что согласно ГОСТу входы элементов изображаются слева, а выходы справа. Соблюдение этого правила ведет к тому, что в числе, содержащемся в счетчике, младшие разряды расположены левее старших.
все триггеры. В этом случае получим счетчик с параллельным переносом.
Здесь на информационные входы триггеров подаются сигналы, являющиеся логической функцией состояния счетчика и определяющие конкретные триггеры, которые изменяют свое состояние при данном входном импульсе. Принцип стробирования сводится к следующему: триггер меняет свое состояние при пропускании очередного импульса синхронизации, если все предыдущие триггеры находились в состоянии логической единицы.
Параллельные счетчики имеют более высокое быстродействие по сравнению с последовательными, поскольку синхронизирующие импульсы поступают на все триггеры одновременно.
Максимальным быстродействием обладают синхронные счетчики с параллельным переносом, структуру которых найдем эвристически, рассмотрев процессы прибавления единицы к двоичным числам и вычита-
3.Двоичные счетчики с парал- ния ее из них.
лельным переносом
4.Счетчики с последовательно-
Выше рассмотрены схемы двоичных последователь- |
параллельным переносом |
|
ных счетчиков, то есть таких счетчиков, в которых |
||
при изменении состояния определенного триггера |
В связи с ограничениями на построение счетчиков с |
|
возбуждается последующий триггер, причем тригге- |
||
ры меняют свои состояния не одновременно, а по- |
параллельным переносом большой разрядности ши- |
|
следовательно. Если в данной ситуации должны из- |
рокое распространение получили счетчики с груп- |
|
менить свои состояния n триггеров, то для заверше- |
повой структурой, или счетчики с последовательно- |
|
ния этого процесса потребуется n интервалов време- |
параллельным переносом. Разряды таких счетчиков |
|
ни, соответствующих времени изменения состояния |
разбиваются на группы, внутри которых организует- |
|
каждого из триггеров. Такой последовательный ха- |
ся принцип параллельного переноса. Сами же груп- |
|
рактер работы является причиной двух недостатков |
пы соединяются последовательно с использовани- |
|
последовательного счетчика: меньшая скорость сче- |
ем конъюнкторов, формирующих перенос в следу- |
|
та по сравнению с параллельными счетчиками и воз- |
ющую группу при единичном состоянии всех триг- |
|
можность появления ложных сигналов на выходе схе- |
геров предыдущих. При единичном состоянии всех |
|
мы. В параллельных счетчиках синхронизирующие |
триггеров группы приход очередного входного сигна- |
|
сигналы поступают на все триггеры одновременно. |
ла создаст перенос из этой группы. Эта ситуация под- |
|
Последовательный характер переходов триггеров |
готавливает межгрупповой конъюнктор к прямому |
|
пропусканию входного сигнала на следующую груп- |
||
счетчика является источником мощных сигналов на |
пу. |
|
его выходах. Например, в счетчике, ведущем счет в |
В наихудшем для быстродействия случае, когда пе- |
|
четырехразрядном двоичном коде с “весами” 8-4-2- |
||
1, при переходе от числа 710 = 01112 к числу 810 = |
ренос проходит через все группы и поступает на вход |
|
10002 на выходе появится следующая последователь- |
последней, |
|
ность сигналов: |
tУСТ = t • (ĺ — 1) + tГР |
|
0111 ->ð 0110 ->ð 0100 ->ð 0000 ->ð 1000 |
||
где ĺ — число групп, tГР — время установления кода |
||
Это означает, что при переходе из состояния 7 в со- |
||
в группе. |
||
стояние 8 на входах счетчика на короткое время по- |
В развитых сериях ИС обычно имеется по 5…10 |
|
явятся состояния 6; 4; 0. Эти дополнительные состоя- |
вариантов двоичных счетчиков, выполненных в ви- |
|
ния могут вызвать ложную работу других устройств. |
де 4-х разрядных групп (секций). Каскадирование |
|
С целью уменьшения времени протекания переход- |
секций может выполняться путем их последователь- |
|
ных процессов можно реализовать счетчик в вари- |
ного включения по цепям переноса, организации |
|
анте с подачей входных импульсов одновременно на |
параллельно-последовательных переносов или для |
3
более сложных счетчиков с двумя дополнительными управляющими входами разрешения счета и разрешения переноса путем организации параллельных переносов и в группах и между ними.
Особенностью двоичных счетчиков синхронного типа является наличие ситуаций с одновременным переключением всех его разрядов (например, для суммирующего счетчика при переходе от кодовой комбинации 11…1 к комбинации 00…0 при переполнении счетчика и выработке сигнала переноса). Одновременное переключение многих триггеров создает значительный токовый импульс в цепях питания ЦУ и может привести к сбою в их работе. Поэтому в руководящих материалах по использованию некоторых БИС/СБИС программируемой логики, в частности, имеется ограничение на разрядность двоичных счетчиков заданной величиной k (например, 16). При необходимости применения счетчика большей разрядности рекомендуется переходить к коду Грея, для которого переходы от одной кодовой комбинации к другой сопровождаются переключением всего одного разряда. Правда, для получения результата счета в двоичном коде придется использовать дополнительно преобразователь кода, но это является платой за избавление от токовых импульсов большой интенсивности в цепях питания.
5.См. также
Декатрон
Делитель частоты
Электронный счётчик импульсов
6.Примечания
[1]А.С.Галкин, В.П.Грибок и В.М.Казаков. Кольцевой счётчик на потенциальных логических элементах,
Binary coded ternary/АС SU1466009.
[2]Счётчики. Счётчик Джонсона.
7.Ссылки
Счётчики импульсов и делители частоты
Методика синтеза синхронных суммирующих двоичных счётчиков
Методика синтеза синхронных вычитающих двоичных счётчиков