Счетчики. Счетчики предназначены для подсчета числа входных сигналов. Обычно входными сигналами являются импульсы напряжения. Результат счета — это число, представленное в двоичной или двоично-десятичной системе счисления. В двоичном счетчике число разрядов зависит от модуля счета М (коэффициента пересчета), который определяет число состояний счетчика. При поступлении на вход счетчика М импульсов счетчик возвращается в исходное состояние, после этого состояния счетчика повторяются. Модуль счета на единицу больше максимального числа Ксч, которое может зафиксировать счетчик. В двоичных счетчиках с естественным порядком счета М = 2", где п — разрядность счетчика. Тогда Ксч= 2" - 1. Такие счетчики имеют наиболее простую схему и строятся на Т- или /АГ-триггерах.
В зависимости от направления счета счетчики могут быть суммирующими, вычитающими и реверсивными. Суммирующие счетчики при поступлении каждого входного импульса увеличивают показания на единицу, вычитающие — уменьшают. Реверсивные счетчики могут работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания. Схемы трехразрядных двоичных счетчиков показаны на рис. 3.33, 3.34. Счетчики построены на двухтактных Г-триггерах с дополнительными входами для установки счетчика в начальное состояние.
В суммирующем счетчике начальное (нулевое) состояние счетчика задается управляющим сигналом «Уст. О» (см. рис. 3.33, а). Входные импульсы U+(f) поступают на вход триггера младшего разряда Т. Этот триггер изменяет состояние по спаду каждого входного импульса, остальные триггеры меняют состояние по спаду сигнала на прямом выходе триггера соседнего младшего разряда. Таким образом, второй триггер меняет состояние после каждого второго импульса, третий — после каждого четвертого и т.д. При подаче на вход счетчика последовательности импульсов счетчик меняет состояния в соответствии с временной диаграммой (см. рис. 3.33, б). Так как триггер с выходом Qx фиксирует младший разряд результата счета, то состояния счетчика меняются в пос-
В вычитающих счетчиках на входы старших разрядов подаются сигналы с инверсных выходов триггеров младших разрядов. В начальном состоянии счетчика все триггеры установлены в состояние «1» сигналом «Уст. 1» (см. рис. 3.34, а). При поступлении входных импульсов первый триггер меняет состояние по спаду каждого входного импульса, а все остальные — по спаду сигнала на инверсном выходе триггера соседнего младшего разряда. Последовательность изменения состояний счетчика показана на временной диаграмме (см. рис. 3.34, б) и соответствует логике работы вычитающего счетчика по модулю 8:
В рассмотренных счетчиках входной сигнал (в худшем случае) должен последовательно пройти через все триггеры. Такие счетчики называются счетчиками с последовательными переносами. Для повышения быстродействия используют схемы со сквозными или параллельными переносами.
В счетчиках со сквозными переносами сигнал переноса последовательно проходит мимо каждого триггера, находящегося в состоянии «1», через вентиль на два входа. В таком счетчике время установления состояния пропорционально числу вентилей, т.е. разрядности счетчика. Схема суммирующего счетчика со сквозными переносами показана на рис. 3.35.
дить мимо группы триггеров, находящихся в состоянии «1». Схема суммирующего счетчика с параллельными переносами показана на рис. 3.36.
Двоично-десятичные счетчики. Ранее рассмотренные счетчики являются счетчиками по модулю М = 2", где п — целое число (М= 2, 4, 8,...). В некоторых схемах используют счетчики с модулем, отличным от М= 2". Например, в электронных часах используют счетчики по модулю 10 для подсчета единиц секунд, минут и часов, счетчики по модулю 6 для подсчета десятков секунд и минут, а также счетчики по модулю 2 или 3 для подсчета десятков часов.
Схемы счетчиков с произвольным модулем счета могут быть построены с применением теории автоматов как автоматы с памятью. Для построения таких счетчиков можно применить упрощенный метод. Его суть сводится к использованию известных схем счетчиков по модулю М = 2", где М > Мтреб (Мтреб — требуемое значение модуля счета). Схема счетчика дополняется схемой принудительного сброса счетчика в состояние «0» при поступлении на вход числа импульсов, равного требуемому значению модуля счета.
В частности, для построения счетчика по модулю 10 (двоично-десятичного счетчика) используется счетчик по модулю 16, т.е. четырехразрядный суммирующий двоичный счетчик. Такой счетчик может быть использован, например, в качестве счетчика единиц секунд электронных часов. В этом случае на его вход подаются импульсы частотой 1 Гц. Схема принудительного сброса счетчика в состояние «0» может быть выполнена в виде элемента И (рис. 3.37).
Исходное (нулевое) состояние счетчика устанавливается сигналом «Уст. 0». При поступлении входных импульсов U+ счетчик начинает их подсчет как суммирующий двоичный счетчик. После девятого импульса счетчик переходит в состояние «1001». С приходом десятого импульса на всех входах элемента И устанавливаются единичные значения и сигнал с его выхода обнуляет счетчик. При поступлении следующих импульсов состояния счетчика меняются в соответствии с логикой работы счетчика по модулю 10 (Q4Q3Q2Q1 = 0000 -» 0001 -» 1000 -» 1001 -» 0000 -> 0001...).
Сигнал с выхода элемента И может быть использован как входной для последующей схемы (например, для счетчика десятков секунд). Такой счетчик выполняет функцию делителя частоты на 10.