Лічильники (двійкові, з довільним коефіцієнтом рахунку, реверсні, з попередвстановленням). Подання вихідної інформації в позиціонному, двійковиму і двійково-десятковому коді

Цифровим лічильником імпульсів називають пристрій, реалізуючий рахунок числа вхідних імпульсів і фіксуючий це число в будь-якому коді.

Звичайно лічильники будують на основі тригерів, тому рахунок імпульсів ведеться у двійковій системі числення.

Функціональна схема найпростішого двійкового трьохрозрядного цифрового лічильника імпульсів подана на рис. 39а. Лічильник складається із трьох послідовно з’єднаних Т-тригерів, що мають вхід R для встановлення в стан „0”

Рис. 59. Двійковий трьохрозрядний цифровий лічильник,

Його часові діаграми та схематичне позначення

На рис. 39б подані часові діаграми лічильника. Табл. 6 ілюструє стан тригерів. Коли початковому положені всі тригери були в стані „0”, то по закінчені першого вхідного імпульсу тригер Т1 перейде в стан ”1” (Х₀=1). По закінченню другого вхідного імпульса тригер Т1 переходить в стан „0” (Х₀=0). По закінчені імпульсу Х₀ тригер Т2 переходить в стан „1” (Х₁=1) і т.д. після восьмого вхідного імпульсу всі тригери переходять в стан „0” і рахунок повторюється.

Переходи двійкового лічильника Таблиця 6.

Номер вхідного імпульса	Стан Т3	три Т2	герів Т1
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
8	0	0	0

Із таблиці видно, що стан тригерів відображає число імпульсів, що надійшли на вхід лічильника, в двійковій системі числення (двійковий код). Загальне число можливих станів (модуль) N лічильника визначають числом тригерів n: N=2ⁿ. в нашому випадку N=8.

Умовне позначення лічильника згідно схеми рис. 39а наведено на рис. 39в: СТ2 означає двійковий лічильник; виходи 1, 2, 4- позначення двійкових розрядів ( 2⁰ = 1, 2¹= 2, 2² = 4), які відповідають виходам х₀, х₁, х₂, схеми рис 39а ; С1- рахунковий вхід; R-встановлення нуля.

Для отримання лічильника, працюючого в іншому коді, наприклад, десятковому, застосовують зворотні зв’язки. На рис. 40а наведена функціональна схема десяткового (декадного) лічильника імпульсів на чотирьох тригерах, а на рис. 40б- його умовне позначення.

Рис. 60. Десятковий лічильник імпульсів та його схематичне позначення

З виходу тригера Т4 сигнали зворотнього зв’язку надходять на виходи тригерів Т2, Т3 . Завдяки цьому після надходження на вхід лічильника восьмого імпульсу на виході тригера Т4 з’являється сигнал „1”, який переводить тригери Т3, Т2, із стану „0” в стан „1”

(табл. 7)

Переходи десяткового лічильника Таблиця 7.

Номер вхідного імпульсу	Стан Т4	три Т3	ге Т2	рів Т1
0	0	0	0	0
1	0	0	0	1
2	0	0	1	0
3	0	0	1	1
4	0	1	0	0
5	0	1	0	1
6	0	1	1	0
7	0	1	1	1
8	1	0(1)	0(1)	0
9	1	1	1	1
10	0	0	0	0

Девятий імпульс переводить тригер Т1 в стан „1” і всі тригери опиняються в стані „1”. Десятий імпульс переводить всі тригери в стан „0”, і рахунок починається з початку. Використовуючи зворотні зв’язки, можна побудувати лічильник, який працюватиме в системі обчислення з будь-якою основою.

Розглянуті лічильники виконують операцію додавання числа імпульсів, що надійшли на вхід, тому їх називають додаючими. Для побудови віднімаючого лічильника можна з’єднати послідовно не прямі (як на схемі рис. 39а), а інверсні виходи тригерів. Такий лічильник працює наступним чином. Спочатку всі тригери встановлюють в стан „1” (при трьох тригерах це відповідає двійковому числу 111). Наступний імпульс, що надходить на вхід лічильника, переводить тригер Т1 в стан „0”, а стан інших тригерів не змінюється. Тобто в лічильнику буде записано двійкове число 110. Наступний вхідний імпульс зменшує число ще на одну одиницю і т. д.

Лічильники, що можуть виконувати операції додавання та віднімання, називають реверсивними. Завжди вони мають два входи: додавання та віднімання.

Описання лічильники відносяться до послідовних (асинхронних ), у яких імпульси надходять тільки на вхід тригера першого розряду, а кожний послідовний тригер керується вихідним сигналом попереднього. Для підвищення швидкодії застосовують паралельні (синхронні) лічильники, в яких вхідний сигнал діє паралельно на входи синхронізації всіх розрядів лічильника, побудованого на JК – тригерах. Використанням JК-входів домагаються необхідної необхідної послідовності перемикання тригерів.

В наш час у мікросхемному виконанні випускається велика номенклатура лічильників, що дозволяє розв’язати різноманітні завдання.

В серії К155 випускаються асинхронні лічильники з наперед заданними коєфіціентами перерахунку: на 10 – К155ИЕ2 (рис. 41а), на 12 – К155ИЕ4, на 16 – К155ИЕ5. Крім тактових входів С1, С2 в таких лічильниках передбачені входи встановлення в нуль - R (в лічильнику К155ИЕ2 також вхід встановлення на 9).

До синхронних лічильників відносяться, наприклад К155ИЕ6 – десяткові и К155ИЕ7 (рис. 41б) – двійковий. В цих лічильниках закладена можливість прямого (в бік збільшення коду) і зворотного (в бік зменшення коду) рахунку вхідних імпульсів, для чого вхідні імпульси надходять на вхід +1, або на вхід -1 (приклад реверсивного лічильника). Крім цього лічильник має інформаційні входи Д1... Д4; якщо на ці входи подати цифровий код, а на вхід С - тактовий імпульс, то цей код запишеться в лічильник, тобто лічильник запрацює як счетверенний Д-тригер. Є також входи переповнення: більше або рівне 15 і менше або рівне 0. Входи Д, С і виходи переповнення дозволяють отримати на лічильниках такого типу будь-які коефіцієнти перерахунку. Якщо, наприклад, на входи Д подати 0100, тактові імпульси подати на вхід -1, вихід менше або рівне 0 замкнути на вхід С, то на виходах лічильника будуть змінюватися з кожним тактовим імпульсом значення 0100, 0011, 0001. При появленні стану 0000 імпульс з вихода менше або рівне 0 знову запише в лічильник стан 0100. Таким чином, коефіцієнт переліку буде рівний 4 (тобто коду 0100, поданому на входи Д).

Лічильник К155ИЕ8 (рис. 41в) ділить частоту імпульсів, що надходить на вхід, у дробове число раз: М/64, де М-шестирозрядне число, що надходить на входи Д1...Д32, вихідні імпульси знімаються з вихода А. Мікросхеми К155ИЕ8 можуть встановлюватись каскадно, при цьому коефіцієнт М стає 12-розрядним. Для каскадного з’єднання вихід більше або рівне 63 першої мікросхеми з’єднується з входами V0 і С іншої мікросхеми, вихід А першої мікросхеми під’єднується до входу СІ другої, тактові імпульси надходить на входи Т двох мікросхем, вихід знімається з вихода В другої мікросхеми.

Рис. 61. Схематичне позначення цифрових лічильників

В МОН-серіях мікросхем знаходяться ще більш складніші лічильники: лічильники для електронних цифрових годинників, що мають подільники частоти секунд, хвилин, годин, а також календар -К176ИЕ17, К176ИЕ18; лічильники, що мають до 14, 15 двійкових розрядів К176ИЕ12, 564ИЕ16; програмований лічильник, в якому коефіцієнт перерахунку може бути встановлений від 1 до приблизно 18000 - 564ИЕ15. Спеціально для роботи з цифровими індикаторами розроблені лічильники з виходами дешифраторами - десяткові (наприклад, К176ИЕ8) і семисегментні (наприклад, К176ИЕ3, К176ИЕ4). Є лічильники, у яких може змінюватись основа рахунку, наприклад, лічильник 564ИЕ14 може працювати як двійковий, якщо на вході 2/10 „логічна 1”, і як двійко-десятковий, якщо на вході 2/10 „логічний 0”.

***