1.2. Счетчики
Счетчиком называют устройство, предназначенное для подсчета импульсов, поданных на его вход. Счетчики, как и регистры, состоят из цепочки триггеров. Наиболее распространенными счетчиками являются счетчики, построенные на счетных триггерах (Т—триггерах). В процессе счета триггеры счетчика устанавливаются в состояния, соответствующие двоичному эквиваленту количества поступающих на счетчик импульсов.
Количество импульсов, которые нужно подать на вход, чтобы счетчик вернулся в исходное состояние, называется модулем (коэффициентом) счета Ксч. Счетчик называется двоичным, если Ксч = 2n, а десятичным, Ксч =10L, где n и L - целые положительные числа. Счетный триггер является простейшим счетчиком с Ксч = 2.
По целевому назначению счетчики делятся на суммирующие (прямого счета), вычитающие (обратного счета) и реверсивные, направлением счета которых можно управлять.
По принципу построения различают асинхронные и синхронные счетчики, по виду связей между триггерами (разрядами) — счетчики с непосредственными связями, со связями по цепям переноса (счетчики с переносом) и с комбинированными связями.
На рис. 4 приведена схема асинхронного суммирующего двоичного счетчика с непосредственными связями между разрядами, когда управляющими сигналами для старших разрядов являются уровни сигналов с выходов младших разрядов.
Рис.4. Асинхронный суммирующий двоичный счетчик с непосредственными связями между разрядами на D–триггерах и его условное обозначение
В асинхронных счетчиках с непосредственными связями длительность переходных процессов определяется суммарной задержкой последовательной передачи информации из младшего разряда в старший, пропорциональной числу разрядов.
Уменьшить задержку можно за счет использования цепей переноса, когда для управления старшими разрядами используется импульсы переноса с младших разрядов. Различают счетчики со сквозным и групповым переносами. Схемы асинхронных суммирующих двоичных счетчиков со сквозным и групповым переносом приведены на рис. 5 и 6 соответственно.
Рис. 5. Асинхронный суммирующий двоичный счетчик со сквозным переносом
В счетчиках со сквозным переносом управляющим сигналом, поступающим на вход i-го разряда, является импульс переноса предшествующего i-го разряда. Счетчики с групповым переносом характеризуются одновременным формированием импульсов переноса, поступающих на все разряды, начиная со второго.
В счетчиках с комбинированными связями для управления старшими разрядами используются как уровни сигналов на информационных выходах, так и импульсы переноса младших разрядов.
Рис. 6. Асинхронный суммирующий двоичный счетчик с групповым переносом
В синхронных счетчиках счетные импульсы поступают на счетные входы всех разрядов одновременно. При этом счетчики строятся таким образом, что при поступлении очередного импульса происходит срабатывание только соответствующих триггеров. Такие сметчики наиболее удобно строить на JK-триггарах. На рис. 7 приведена схема синхронного двоичного счетчика на JK-триггерах.
Рис. 7 . Синхронный двоичный счетчик с групповым переносом
Если JК-триггер имеет встроенные трехвходовые элементы "И" по входам J и К, то схема упрощается, поскольку отпадает необходимость в схемах, вырабатывающих управляющие сигналы. Очевидно, что на таких триггерах без дополнительных элементов можно строить счетчики с модулем счета не более 16.
Для получения вычитающего счетчика сигналы на счетные входы триггеров с прямым динамическим входом следующих разрядов берутся с прямых выходов триггеров предыдущих разрядов.
Реверсивные счетчики выполняют операции как суммирования, так и вычитания импульсов. В зависимости от требований к схеме управления они могут быть построены двумя способами с одним счетным и двумя управляющими входами или с двумя счетными входами.
Десятичные счетчики (декады), как и счетчики с любым не кратным двум модулем счета, строятся на основе двоичных счетчиков путем введения в них цепей запрета и (или) обратной связи, которые исключают некоторые устойчивые прежде состояния.
Так как в десятичной системе только 10 цифр, то из 16 возможных состояний 4-х разрядного двоичного счетчика шесть являются избыточными. В принципе, исключены могут быть любые шесть состояний, что приводит к большому числу вариантов построения десятичных счетчиков, отличающихся весами разрядов.
Схема десятичного счетчика в коде 8421 приведена на рис. 8.
Рис. 8. Асинхронный двоично-десятичный счетчик в коде 8421