6.7. Кільцеві лічильники. Лічильник Джонсона.

Особливість роботи цих лічильників полягає у тому, що кількість імпульсів, які потрібно підрахувати, визначається не кодом, що фіксується на виходах лічильника, а станом останнього тригера. У найпростішому випадку кільцевий лічильник будують на регістрі зсуву, наприклад на чотирирозрядному регістрі К155ИР1, що зображений на рис.6.5, у якого вихід останнього тригера (старшого розряду регістра) з’єднаний з інформаційним входом першого тригера (молодшого розряду регістра), утворюючи замкнене кільце, по якому циркулює одиниця або нуль. За кожним тактовим імпульсом одиниця або нуль переходить від тригера до тригера з циклом, що дорівнює кількості тригерів . Отже, щоб запустити цей процес, потрібно насамперед у перший тригер регістру записати одиницю або нуль. Запис, наприклад 1, тобто коду {0001}, здійснюється при подачею на рівнів , . Кількість імпульсів підраховується при подачею цих імпульсів на тактовий (лічильний) вхід . З цього моменту тригери лічильника починають послідовно переходити у стан 1, що реєструється на паралельних виходах регістра як послідовність кодів {0001}, {0010}, {0100}, {1000}, а далі за рахунок зворотного зв’язку знову спочатку. Отже, даний лічильник має модуль лічби , бо може підраховувати не більше чотирьох імпульсів.

а) б) в)

Рис. 6.5. Кільцеві лічильники.

Для зменшення ймовірності появи збоїв, що викликані появою або зникненням одиниці або нуля у кільці, замість безпосереднього зворотного зв’язку можна використати комбінаційну схему, яка буде виконувати функцію дешифратора вихідного коду лічильника. У даному випадку (рис.6.5,б) функцію дешифратора нуля виконує ЛЕ 4АБ0-НЕ, на виході якого одиниця з’являється лише тоді, коли на всіх його входах присутні нулі. Такий кільцевий лічильник має , бо на ньому на відміну від попереднього додатково фіксується ще код {0000}. Роль п’ятого тригера тут виконує ЛЕ 4АБ0-НЕ. Якщо замість 4АБ0-НЕ застосувати ЛЕ 4І-НЕ, у кільці лічильника циркулюватиме не одиниця, а нуль, і 4І-НЕ виконуватиме роль дешифратора одиниці. Іноді такий лічильник зручніше застосовувати як розподілювач одиничних імпульсів, наприклад для генерування багатофазного тактового сигналу.

Щоб збільшити кільцевого лічильника, потрібно мати регістр з більшою розрядністю або застосувати каскадування кількох регістрів.

Модуль лічби кільцевого лічильника можна збільшити вдвічі (до ), якщо між будь-якими двома тригерами застосувати перехресний зворотний зв’язок, з’єднавши інверсний вихід одного з тригерів із входом наступного тригера. Такий кільцевий лічильник перетворюється на так званий лічильник Джонсона (зустрічаються й інші назви – лічильник з перехресними зворотними зв’язками, або лічильник Мебіуса за аналогією стрічки Мебіуса). Зображений на рис.6.5,в лічильник Джонсона на регістрі зсуву К155ИР1 доповнений D-тригером, що за інформаційним входом під’єднаний до виходу старшого розряду регістра, а за тактовим входом − до тактового входу регістра. Інверсний вихід D-тригера з’єднаний з інформаційним входом регістра, за рахунок чого й реалізується перехресний зворотний зв’язок. Тут роль п’ятого тригера лічильника виконує D-тригер.

На відміну від звичайного кільцевого тригера лічильник Дконсона має модуль лічби (у ньому додатково фіксуються стани {0000} і {1111}). Таблиця істинності лічильника Джонсона (табл.14) з ілюструє потактове поширення спочатку “хвилі” одиниці, а потім “хвилі” нулів, завдяки тому, що спочатку , а потім . Оскільки на всіх виходах лічильника сигнали мають однаковий період повторення, що дорівнює , де − період повторення вхідних імпульсів, і до того ж зсунуті один щодо другого на , їх можна використати для генерування багатофазного сигналу. На розглянутому чотирирозрядному лічильнику Джонсона можна реалізувати генерування восьмифазного сигналу шляхом подачі тактових імпульсів потрібної частоти. У загальному випадку n-розрядний кільцевий лічильник дозволяв генерувати імпульсні сигнали, що містять фаз.

Для лічильника Джонсона також властиві збої у роботі, які проявляються у вигляді обривів “хвиль” одиниць або нулів. Для збільшення надійності роботи лічильника можна застосувати таку коректуючу комбінаційну схему як дешифратор вихідного коду, що буде стежити за станом тригерів. Перевага лічильника Джонсона в тому, що стани 01 і 10 (табл.14) двох сусідніх тригерів протягом одного циклу зустрічаються лише один раз незалежно від . Отже, роль коректуючих дешифраторів станів можуть відігравати двовходові ЛЕ 2АБ0-НЕ або 2І. Як видно з табл.14, для коректування лічильника Джонсона можуть бути використані всі стени тригерів. Зокрема, на другому такті стан тригерів {00001} відповідає мінтерму або ,а на дев’ятому − {11000} − мінтерму або . До переваг лічильника Джонсона ще можна віднести той факт, що під час лічби вхідних імпульсів тільки один із тригерів змінює свій стан, що запобігає появі хибних імпульсів − “голок”.

На мікросхемах 564ИЕ19 і К56ИЕ19 реалізовані п’ятирозрядні лічильники Джонсона. Вони мають п’ять виходів, комутація яких із входом дозволяє будувати різні варіанти схем програмованих подільників частоти з коефіцієнтом ділення . Зокрема, на лічильнику К561ИЕ19 можна будувати подільника на парне число без додаткових ЛЕ. Для ділення на 2, 4, 6, 8, 10 досить відповідні виходи лічильника з’єднати із входом , а для ділення на непарне число потрібно застосувати ЛЕ 2І або 2АБ0-НЕ, з’єднавши його з двома виходами лічильника і входом так, як це вказано у табл.14.

Таблиця 14.

Q4	Q3	Q2	Q1	Q0	Такт
0	0	0	0	0	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0	0	0	0	1
0	0	0	1	1
0	0	1	1	1
0	1	1	1	1
1	1	1	1	1
1	1	1	1	0
1	1	1	0	0
1	1	0	0	0
1	0	0	0	0