6. Лічильники.

6.1. Загальні відомості.

Лічильник − це функціональний пристрій, що призначений для підраховування числа імпульсів (сигналів), які надійшли на його вхід, і фіксації цього числа на його регістрі у вигляді коду.

В обчислювальній та мікропроцесорній техніці лічильники виконують підрахунок кількості циклів послідовно виконаних операцій, використовуються для утворення адресів команд при звертанні до запам’ятовувальних пристроїв, а також для виконання операцій приймання та передачі кодів тощо.

Лічильник − це скінчений автомат, внутрішній стан якого визначається тільки кількістю лог. 1, які надійшли на його вхід (лог. 0 не змінює стану лічильника). Лічильники, як правило, складаються з кількох Т-тригерів, які певним чином з’єднані між собою. Регістри лічильника утворюють виходи тригерів, число яких визначає розрядність лічильника.

Основним параметром лічильника є його модуль лічби (або коефіцієнт перерахунку () де − число розрядів лічильника), що визначає число стійких (внутрішніх) станів лічильника (у тому числі й нульовий стан), тобто максимальну кількість імпульсів, яку він може підрахувати. Отже, у m-розрядному лічильнику може бути стійких стани і тому його модуль лічби завжди . Якщо кількість імпульсів, які надійшли на вхід лічильника, дорівнює , він повертається у початковий стан (у підсумовувальних лічильників − у нульовий), утворюючи при цьому сигнал (імпульс) переповнення. Це означає, що підрахунок одиниць здійснюється лічильником за модулем лічби , який характеризує місткість лічильника. Для підсумовувального лічильника це максимальне число одиниць, яке він може підрахувати. Дана характеристика лічильників залежить від його розрядності та основи системи числення.

Для заданого модуля лічби кількість тригерів , що необхідна для побудови лічильника, визначається з умови найближчого більшого цілого числа:

(6.1)

На виході останнього розряду (тригера) лічильника частота імпульсів у раз менша за частоту вхідних імпульсів. Тому лічильник можна застосовувати як подільник частоти з коефіцієнтом ділення вхідної частоти .

6.2. Класифікація лічильників.

Залежно від модуля лічби лічильники бувають двійкові (лічильники за модулем , ) із довільним модулем (лічильники за модулем у яких , причому число заокруглюється до більшого цілого числа).

Будь-який лічильник так само, як і регістр, можна виконати у вигляді синхронного або асинхронного, потенціального або імпульсного послідовнісного автомата, в також у вигляді автомата змішаного типу. Спосіб організації лічби (синхронний чи асинхронний) визначається типом T-тригерів, які реалізують на D-тригерах з динамічним керуванням (синхронних чи асинхронних), а найчастіше на JK-тригерах (у мікросхемному виконанні). Асинхронні лічильники порівняно з синхронними на практиці зустрічаються рідко.

За цільовим функціональним призначенням лічильники поділяють на два типи: прості (підсумовувальні та піднімальні) та реверсивні. У підсумовувальному лічильнику при подачі на вхід імпульсу код числа, що зберігається у лічильнику, зростає на одиницю у піднімальному – зменшується на одиницю. Отже, підсумовувальний лічильник виконує прямий, а віднімальний – обернений (зворотний) підрахунок числа одиниць, що надійшли на його вхід. Реверсивний лічильник може працювати в режимі прямого та оберненого підрахунку.

У зв’язку з тим, що у кожному розряді лічильника, наприклад підсумовувального, виконується операція додавання двійкових чисел, у результаті якої утворюється перенос у старший розряд, лічильники ще розрізняють за способом утворення сигналів переносу. Це, зокрема, лічильники з послідовним, паралельним (наскрізним) і послідовно-паралельним (груповим) переносом. Їх часто називають просто послідовні, паралельні та послідовно-паралельні лічильники. Вони відрізняються способами подачі вхідних (тактових) імпульсів на входи розрядів. У послідовному лічильнику вхідні імпульси подаються тільки на вхід першого тригера, а у паралельному − одночасно (паралельно) на синхровходи тригерів у всіх розрядах. Різновидом паралельних лічильників є кільцеві лічильники, що будуються на базі регістрів зсуву. Послідовно-паралельний лічильник будують за принципом послідовного з’єднання (каскадування) кількох паралельних лічильників.

Крім модуля лічби лічильники характеризуються ще такими параметрами, як розрізняльна здатність та час реєстрації. Ці параметри характеризують швидкодію лічильника. Розрізняльна здатність лічильника − це мінімальний період проходження вхідних сигналів (імпульсів), при якому забезпечується надійна робота лічильника. Час реєстрації − максимальний часовий інтервал між моментом закінчення подачі вхідного сигналу (імпульсу) та моментом установлення коду на регістрі лічильника.