БЦВУ / Lecture / 3.-3

3.3 Цифровые счетчики и делители частоты

3.3.1 Общие сведения

Счетчиком называется цифровое устройство функционального назначения, предназначенное подсчета числа импульсов, поступающих на его вход и фиксации его в каком-либо арифметическом коде.

Классификация цифровых счетчиков импульсов может быть проведена по следующим признакам:

• По способу организации внутренних связей:

• счетчики с последовательным переносом;

• счетчики с параллельным (ускоренным) переносом;

• счетчики с комбинированным переносом;

• кольцевые счетчики.

• По модулю счета:

• двоичные (бинарные);

• двоично-десятичные (декадные) или с другим модулем счета;

• с произвольным постоянным модулем счета;

• с переменным (программируемым) модулем счета.

• По направлению счета:

• суммирующие;

• вычитающие;

• реверсивные.

Классификационные признаки независимы и могут встречаться в разнообразных сочетаниях: например, вычитающий счетчик декадный с параллельным переносом.

3.3.2. Суммирующий двоичный счетчик с последовательным

переносом

Для двоичного счетчика с модулем счета , зная номера триггеров и состояния их выходов Q, можно определить число, записанное в счетчик, следующим образом

,

где n- порядковый номер триггера, 2ⁱ – веса разрядов.

В составе серий цифровых ИМС выпускаются четырехразрядные двоичные счетчики с последовательным переносом. В качестве примера и для усвоения принципов построения счетчиков рассмотрим трехразрядный двоичный счетчик.

Суммирующий трехразрядный двоичный счетчик с последовательным переносом показан на рис. 3.15, а его таблица истинности – в табл. 3.5.

Таблица 3.5

№ состояния
0	0	0	0
1	0	0	1
2	0	1	0
3	0	1	1
4	1	0	0
5	1	0	1
6	1	1	0
7	1	1	1

Счетчик образован после-довательным соединением трех триггеров Т-типа, тактирование триггеров осуществляется перепадом 1/0. Связь между триггером предшествующего каскада и управляющим входом следующего осуществляется между прямым выходом и счетным входом следующего по старшинству триггера, инверсные выходы триггеров не задействованы. Как видно из табл.3.5 сигнал переноса во второй разряд формируется при приходе очередного импульса входной последовательности и если первый триггер находится в единичном состоянии, т.е.

Рассмотрев условия формирования сигнала переноса в третий разряд, можно записать

и перейти к рекуррентному соотношению

Следовательно, можно сделать вывод о том, что в счетчике производится накопление сигналов задержек и суммарное время задержки, по истечению которого на выходах триггеров устанавливается устойчивый код числа поданных на вход счетчика импульсов будет определяться числом двоичных разрядов.

.

Таким образом, счетчики с последовательным переносом имеют большие времена задержки и их основное применение – системы управления с относительно невысоким быстродействием.

3.3.3 Суммирующий двоичный счетчик с ускоренным переносом

Повышение быстродействия цифровых счетчиков связано со способом формирования сигнала переноса в старший разряд. Запишем и преобразуем систему булевых выражений для сигнала переноса суммирующего счетчика.

В соответствии с полученными выражениями схема счетчика с ускоренным сигналом переноса представлена на рис.3.16

Для образования сигнала ускоренного переноса на входе каждого триггера устанавливается двухвходо-вый вентиль И, выход которого соединен с управляющим входом следующего по старшинству триггера. Число входов вентиля И не зависит от номера триггера, что позволяет применять такой способ формирования сигнала переноса при построении много разрядных счетчиков.

3.3.4 Вычитающие счетчики

Вычитающим называется счетчик, показания которого уменьшаются на единицу при приходе очередного счетного импульса. Как показано на рис.3.17, связь между предшествующим триггером и триггером старшего разряда осуществляется через инверсный выход предшествующего триггера. При этом все триггеры предварительно устанавлива-ются в единичное состояние и при приходе очередного счетного импульса показания счетчика уменьшаются на единицу (состояние счетчика оценивается по состоянию прямых выходов). Сигнал ускоренного переноса формируется таким же образом, как и в суммирующих счетчиках установкой вентилей И на входах каждого триггера.

3.3.5 Реверсивные счетчики

У реверсивного счетчика показания его будут либо увеличиваться, либо уменьшаться на единицу в зависимости от управляющих сигналов. Для реализации такого режима работы необходимо осуществлять бесконтактную коммутацию прямого и инверсного выходов триггера предшествующего разряда с входом триггера старшего разряда. Это можно осуществить с помощью логической схемы двухступенчатой логики, как это показано на рис. 3.18. В схему управления счетчика включены триггер управления RS-типа, управляемый сигналами сложения «+» и вычитания

«-«, два вентиля двухступенчатой логики 2-2И-ИЛИ. При подаче сигнала сложения триггер управления устанавливается в единичное состояние и открываются вентили И верхнего ряда, соединяя прямые выходы триггеров через вентиль ИЛИ со счетным входом старшего триггера. Эти соединением обеспечивается режим суммирования числа импульсов, поступающих на вход счетчика. При подаче управляющего сигнала «вычитание» триггер управления устанавливается в нулевое состояние, открывая нижний ряд вентилей И, чем обеспечивается режим вычитания.