34. 2. Счетчики

Счетчик — это логическая схема, способная считать пос­ледовательность чисел или состояний при активизации тактовым импульсом. Выход счетчика показывает двоич­ное число, хранящееся в счетчике в любой данный момент времени. Количество отсчетов, которое совершает счетчик перед возвращением в исходное состояние, называется ко­эффициентом счета счетчика.

Триггер может работать как простой счетчик, будучи со­единенным, как показано на рис. 34-9. Предположим, что

сначала триггер находится в ис- ,

ходном состоянии. Тогда пер­вый тактовый импульс устано- ¹¹ •> ^Q

вит его в единичное состояние

(Q = 1). Второй тактовый им- ^CLK

пульс переведет триггер в ис-

ходное состояние (Q = 0). По­скольку триггер имеет два состо-

яния, то он может определить р_ис. 34.9. jK-триггер, ус- только два уровня тактовых им- тановленный для счета, пульсов.

На рис. 34-10 изображена форма выходных импульсов триггера. Заметим, что уровень на выходе Q высокий (1) после каждого нечетного импульса, и низкий (0) после каждого четного импульса. Следовательно, когда на выходе

Рис. 34-10. Форма вход­ных и выходных импуль­сов JK-триггера, уста­новленного для счета.

высокии уровень, прошло нечетное количество импульсов. Когда на выходе низкий уровень, импульсов либо не было вообще, либо прошло их четное количество. Какой из этих случаев имел место — неизвестно.

Простой триггер имеет ограниченную последователь­ность счета, 0 и 1. Для увеличения емкости счетчика необ­ходимы дополнительные триггеры. Максимальное количе­ство двоичных состояний, которым может обладать счетчик, зависит от количества триггеров в счетчике. Оно может быть выражено следующей формулой:

N = 2",

где N — максимальное количество состояний счетчика, п — количество триггеров в счетчике.

Двоичные счетчики делятся на две категории: асинхрон­ные и синхронные, в зависимости от того, как использу­ется последовательность тактовых импульсов.

Асинхронный означает неодновременный. По отноше­нию к операциям счета асинхронность означает, что триг­геры изменяют свое состояние неодновременно. Это обус­ловлено тем, что источник тактовых импульсов не соеди­нен с тактовым входом каждого разряда. На рис. 34-11 изображен двухразрядный счетчик, соединенный для ра­боты в асинхронном режиме. Каждый триггер счетчика называется разрядом.

©

Рис. 34-11. Двух­разрядный счетчик.

Заметим, что выход Q первого разряда связан с такто­вым входом второго разряда. Второй разряд изменяет свое состояние только при изменении состояния выхода первого разряда. Вследствие задержки сигнала триггером, второй

триггер изменяет свое состояние неодновременно с пода­чей тактового импульса. Следовательно, два триггера пе­реключаются неодновременно, что является результатом асинхронного режима работы.

Асинхронные счетчики обычно называют счетчиками пульсаций. Входной тактовый импульс сначала принима­ет первый триггер. Второй триггер не реагирует на сигнал в тот же самый момент, вследствие его задержки первым триггером. В многоразрядном счетчике задержка имеет ме­сто на каждом триггере, так что влияние входного такто­вого импульса как бы «пульсирует» проходя через счетчик. На рис. 34-12 изображен трехразрядный двоичный счет­чик и графики синхронизации для каждого разряда. Для отображения счетной последовательности приведена таб­лица истинности.

Синхронный означает одновременный. Синхронный счетчик — это счетчик, в котором все разряды получают тактовый импульс одновременно, что достигается парал­лельным соединением их тактовых входов (рис. 34-13). Синхронный счетчик также называют параллельным счет­чиком, так как тактовые входы всех триггеров соединены параллельно.

Синхронный счетчик работает следующим образом. Сначала счетчик устанавливается в исходное состояние, при этом оба триггера имеют на выходе состояние 0. Ког­да подается первый тактовый импульс, первый триггер переключается, и на его выходе появляется высокий уро­вень сигнала. Второй триггер не переключается вследствие задержки между подачей входного сигнала и реальным из­менением состояния выхода. Следовательно, выходное со­стояние второго триггера не изменяется. Когда подается второй тактовый импульс, первый триггер переключается, и на его выходе появляется низкий уровень. Поскольку на входе второго триггера был высокий уровень, он переклю­чается, и на его выходе появляется высокий уровень. После четырех тактовых импульсов счетчик вернется в исходное состояние. На рис. 34-14 изображена временная диаграмма

Количество так­товых импульсов	Двоичная последовательность счета			Десятич­ный счет
	В	А	с
0	1	1	1	7
1	1	1	0	6
2	1	0	1	5
3	1	0	0	4
4	0	1	1	3
5	0	1	0	2
6	0	0	1	1
7	0	0	0	0
8	1	1	1	7

Тактовые

импульсы

Выход

А

Последовательность счета

J 1 Г

В

С

_п

-П

I I

CLK I 1

Рис. 34-14. Форма вход­ных и выходных импуль­сов двухразрядного син­хронного счетчика.

•_г

Рис. 34-13. Двухразряд­ный синхронный счетчик.

Временная диаграмма Рис. 34-12. Трехразрядный двоичный счетчик.

работы двухразрядного синхронного счетчика для четырех тактовых импульсов.

На рис. 34-15 изображен трехразрядный двоичный счет­чик и временная диаграмма его работы. На рис. 34-16 изоб­ражен четырехразрядный двоичный счетчик и его логичес­кое обозначение.

Одним из применений счетчиков является деление ча­стоты. Простой триггер выдает один импульс на каждые два входных импульса. Следовательно, он является устрой-

Количество так­товых импульсов	Двоичная последовательность счета			Десятич­ный счет
	В	А	с
0	0	0	0	0
1	0	0	1	1
2	0	1	0	2
3	0	1	1	3
4	1	0	0	4
5	1	0	1	5
6	1	1	0	6
>7 (	1	1	1	7
8	0	0	0	8

Рис. 34-15. Трехразрядный двоичный счетчик и временная диаграмма.

Рис. 34-16. Логи­ческая схема и обо­значение четырех­разрядного синх­ронного счетчика.

ством для деления на 2, выходная частота которого вдвое меньше входной. Двухразрядный двоичный счетчик явля­ется устройством деления на 4, выходная частота которо­го вчетверо меньше входной тактовой частоты. Четырех­разрядный двоичный счетчик является устройством деле­ния на 16, выходная частота которого в 16 раз меньше входной тактовой частоты (рис. 34-17).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

JTJUL

вход

1 I L

I

Выход А Выход В Выход С Выход D

Рис. 34-17. Счетчик в качестве делителя частоты.

Двоичный счетчик с п разрядами делит тактовую час­тоту на 2^П. Трехразрядный счетчик делит тактовую часто­ту на 8 (2³), четырехразрядный на 16 (2⁴), пятиразрядный на 32 (2⁵) и т.д. Заметим, что коэффициент счета счетчи­ка равен коэффициенту деления частоты.

©

0

1 (а) (в)

:£>

J Q

CLK

К

U Q CLK

J Q CLK К

J Q CLK

к

Рис. 34-18. Синхронный двоично-десятичный счетчик.

Десятичные счетчики имеют коэффициент счета, рав­ный десяти или десять состояний в последовательности счета. Обычным десятичным счетчиком является двоично­десятичный счетчик, выдающий последовательность в дво­ично-десятичном коде (рис. 34-18). Элементы И и ИЛИ ре­гистрируют появление девятого состояния и возвращают счетчик в исходное состояние к началу следующего так­тового импульса. На рис. 34-19 изображено логическое обо­значение десятичного счетчика.

Вход управле­ния счетом увеличение/ уменьшение

Рис. 34-19. Логическое

обозначение десятичного Рис. 34-20. Логическое обозна- счетчика. чение реверсивного счетчика.

Реверсивный счетчик может считать в любом направ­лении в пределах заданной последовательности. Его так­же называют двунаправленным счетчиком. Направление счета можно изменить на обратное в любой точке последо­вательности счета. Его обозначение показано на рис. 34-20.

©

Вход управле- _ ния счетом увеличение/ уменьшение

J Q CLK

хя

гО

CLK К Q

r4CLK К QI

Рис. 34-21. Логическая схема двоично-десятичного реверсивного счетчика.

На рис. 34-21 показана логическая схема реверсивного двоично-десятичного счетчика. Входы JK-триггеров управ­ляются входом переключения направления счета через ло­гические элементы.

Счетчики могут быть остановлены после любой счетной последовательности с помощью логического элемента или комбинации логических элементов. С выхода логическо­го элемента подается обратная связь на вход первого триг­гера в счетчике пульсаций. Если обратная связь подает О на вход JK первого триггера (рис. 34-22), то это препятству­ет переключению первого триггера и, следовательно, оста­навливает счет.

Рис. 34-22. Низкий уровень, поданный на вход JK первого триггера, препятствует его переключению и останавливает счет.