5.2. Счетчики с последовательным переносом (асинхронные счетчики)

Асинхронные счетчики строятся из простой цепочки триггеров, каждый из которых работает в счетном режиме. Выходной сигнал каждого триггера служит входным сигналом для следующего триггера. Поэтому все разряды (выходы) асинхронного счетчика переключаются последовательно (отсюда название - последовательные счетчики), один за другим, начиная с младшего и кончая старшим. Каждый следующий разряд переключается с задержкой относительно предыдущего.

Чем больше разрядов имеет счетчик, тем большее время ему требуется на полное переключение всех разрядов. Задержка переключения каждого разряда примерно равна задержке триггера (tзд.тр), а полная задержка установления кода на выходе счетчика равна задержке одного разряда, умноженной на число разрядов счетчика.

При периоде входного сигнала, меньшем полной задержки установления кода всего счетчика, правильный код на выходе счетчика не успеет установиться. Это накладывает жесткие ограничения на период (частоту) входного сигнала (Fсч), причем увеличение, к примеру, вдвое количества разрядов счетчика автоматически уменьшает вдвое предельно допустимую частоту входного сигнала.

5.2.1. Суммирующие счетчики

Процесс двоичного счета может быть описан посредством таблицы последовательности чисел, в которой каждое число соответствует определенному состоянию счетчика. Состояние 3-х разрядного суммирующего счетчика описывается таблицей 5.1.

Исходным состоянием такого счетчика является нулевое состояние.

На вход счетчика поступает последовательность счетных сигналов Т0.

Из таблицы следует, что с приходом очередного счётного импульсТ0 к содержимому счётчика прибавляется единица. При этом увеличивается на единицу номер состояния, являющийся десятичным экви­валентом соответствующего данному состоянию двоичного числа.

Изменение состояния каждого последующего разряда происходит при изменении со­стояния предыдущего разряда от 1 к 0. Это означает, что всякий раз, когда данный триггер в счётчике переходит из состояния 1 в состояние 0, на его выходе должен формироваться сигнал переноса, вызывающий срабатывание следующего триггера. Если же данный триггер перехо­дит из 0 в 1, то сигнала переноса на его выходе не должно быть.

Из таблицы.5.1 также следует, что триггер первого, самого младшего разряда, должен менять своё состояние каждый раз с прихо­дом очередного счётного импульса, а триггер каждого последующего разряда - вдвое реже триггера предыдущего разряда.

Таблица 5.1

Процесс двоичного счета суммирующего счетчика

Номер состояния	Q2	Q1	Q0	Т0
0	0 0	0 0	0 0	0 1
1	0 0	0 0	1 1	0 1
2	0 0	1 1	0 0	0 1
3	0 0	1 1	1 1	0 1
4	1 1	0 0	0 0	0 1
5	1 1	0 0	1 1	0 1
6	1 1	1 1	0 0	0 1
7	1 1	1 1	1 1	0 1

Описанные порядок смены состояний счётчика и характер процесса их установления могут быть реализованы, если счётчик будет построен на последовательно соединённых Т-триггерах.

Каждый последующий разряд при этом будет переключаться сигналом переноса, формируемым на выходе предыдущего разряда.

Счётные импульсы должны быть поданы на вход триггера самого младшего разряда.

Счётчики, построенные таким образом, получили на­звание счётчиков с последовательным переносом.

Схема суммирующего счетчика с последовательным переносом на Т – триггерах приведена на Рис.5.2 а.

(а)	(б)
Рис. 5.2. а-суммирующий счетчик с последовательным переносом, б-диаграмма его работы

Диаграмма работы суммирующего счетчика представлена на рисунке (Рис.5.2 б).

Максимальная частота работы такого счетчика определяется максимально допустимой частотой переключения его младшего разряда.

Частота следования сигналов счета составляет Fсч ≤1/ (tсч + tзд.тр).

Числа формируемые счетчиком могут быть выведены из него в параллельном коде (прямой или обратный) посредством одновременного опроса состояний всех разрядов счетчика. Такой опрос может происходить только в паузе между сигналами счета, т.е. после того, как завершится переходной процесс, связанный с переключением триггерной схемы.

В этом случае минимальный период следования счетных импульсов должен быть увеличен на время, необходимое для полного переключения всех m-разрядов счетчика и опроса его состояния:

Тсч ≥ tсч + m*tзд.т + tопр, где

tсч – доительность счетного импульма Т0;

tзд.т – время переключения триггера;

tопр – длительность сигнала опроса.

На Рис.5.3. представлена функциональная схема (а) и условное обозначение (б) суммирующнего двоичного счетчика с последовательным переносом с предварительной установкой в нулевое состояние.

Для установки исходного состояния служит шина «Уст.0», в которой объединены установочные R-входы всех триггеров. Нулевое состояние триг­геров устанавливается подаваемым по этой шине положительным импульсом напряжения ме­жду уровнями 0 и 1.

На левом поле условного графического обозначения счётчика (Рис.53,б) показано, что его входом является Т1 вход первого разряда, а на правом поле указан «вес» каж­дого разряда.

(а)	(б)
Рис.5.3. Функциональная схема (а) и условное обозначение (б) суммирующнего двоичного счетчика с последовательным переносом с предварительной установкой в нулевое состояние