§ 4.5 Счетчики с недвоичным кодированием.

Наибольшее распространение из этого класса счетчиков получили:

1). Счетчик с кодом «1 из N» на основе сдвигающего регистра.

2). Счетчик-распределитель импульсов на основе двоичного счетчика СТ и дешифратора DC.

3). Счетчики на основе кольцевого регистра с перекрестными обратными связями, как, например, счетчик Джонсона.

4). Счетчик с кодом Грея (на рис.4.8 а) приведена схема счетчика с кодом «1 из N» и б) временная диаграмма его работы), который может быть построен на основе сдвигающего регистра. Его еще называют кольцевой счетчик.

В начале счета (в счетчике 000…0) импульсом на входе «Уст. 0» ТТ0 устанавливается в «1», остальные остаются в «0». Далее первый счетный импульс С переписывает: в ТТ0 –> 0(т.к. выход Q_N-1=0), ТТ1 в «1», остальные остаются в «0». Второй С-импульс переписывает в ТТ0 –> 0, в ТТ1 – 1. Аналогично – третий импульс С: в ТТ0, ТТ1, ТТ2 –>0, а ТТ3 –>1 и т.д. до ТТ_N-1. Закончен цикл, в конце которого на выходе ТТ_N-1 окажется «1», которая первым С-импульсом следующего цикла запишется в ТТ0 и все повторится.

Такой счетчик еще называют распределителем уровней. На диаграмме видно, что уровень выходного сигнала сохраняется во время всего периода С-сигнала.

Выходы счетчика считываются в десятичной системе счисления. Недостаток такой схемы счетчика «1 из N». Если в процессе работы появится сбой – появилась ложная «1», то он будет постоянно циркулировать в счетчике, выдавая ложный счет.

Существуют способы построения схем такого счетчика с самовосстановлением. В качестве примера рассмотрим 2 подобных схемы.

1.Схема такого счетчика (распределителя импульсов) с самовосстановлением за несколько тактов С на рис.4.9. а) и б).

При наличии элемента ИЛИ-НЕ в обратной связи счетчика кода «1 из N» на его вход подаются нули, пока на его выходах Qi есть хотя бы одна 1. Таким образом лишние возникшие единицы будут устранены за несколько тактов С.

Благодаря элементу ИЛИ-НЕ в счетчике распределителе добавляется еще один дополнительный выход.

Если на выходах поставить элементы И, то можно получить (после стробирования сигналом С) распределитель не только уровней (РУ), но и импульсов (РИ), показанных на временной диаграмме рис.4.9. б).

На рис.4.10 а) показана схема распределителя с самовосстановлением за один такт, построенного на триггерах типа D.

Составив таблицу состояний (их 8) распределителя можно получить диаграмму состояний с указанием рабочего цикла кружочками и ложных состояний – прямоугольниками (рис.4.10 б).

Исходя из таблицы можно получить соотношения, отражающие сигналы воздействия на триггеры разрядов (рис. 4.10 б).

Распределители на кольцевых регистрах находят применение в системах синхронизации, управления и др. Их достоинство – отсутствие дешифратора. Подобные распределители могут быть построены на основе двоичного счетчика СТ и дешифратора DC (рис. 4.11 а).

§4.6 Счетчик Джонсона.

Схема счетчика Джонсона и временная диаграмма его работы приведены на рис. 4.11 б) и в).

Работа счетчика. Начальное состояние – все разряды в «0». 1-й импульс С установит триггер Т1 в «1» (поскольку =1). В остальных разрядах останется «0» как результат сдвигов «0» от соседних разрядов слева. Второй импульс С сохраняет «1» в Т1 и записывает ее в Т2. В остальных разрядах остается «0». Последующие сдвиги приведут к заполнению единицами всех разрядов, то есть пройдет волна единиц и в счетчике окажется слово 1111. 5-й импульс С установит в Т1 «0» (поскольку теперь =0) и далее пройдет волна «0», в счетчике окажется слово 0000. Далее цикл повторяется: сначала 1111, потом 0000. Особенность схемы: при любом числе n-разрядов. Число состояний счетчика равно 2n – четное. Полученный код представлен уровнями сигналов (см. временную диаграмму рис.4.11 в), поэтому часто его преобразуют (дешифруют).

Принцип дешифровки основан на выявлении характерной временной координаты на временной диаграмме: границы между зонами единиц и нулей.

Рассмотрим таблицу кодов на выходе счетчика (рис.4.12 а). В двух случаях: для слов 0000 и 1111 – состояние счетчика выявляется анализом крайних разрядов 1 и 4. Этого достаточно (см. табл.). В остальных случаях анализируются разряды на границе единиц и нулей.

На основе этого анализа можно составить уравнения выходов дешифратора в счетчике Джонсона, представленные на рис.4.12 б), где Fi (i=0,1,…7) – значения выходов дешифратора, соответствующие состояниям счетчика.

Схема соответствующего дешифратора и временная диаграмма его работы приведены на рис.4.12 в) и г) соответственно. Подсоединив входы полученной схемы дешифратора к выходам счетчика Джонсона на выходах Fi получим распределитель импульсов.

Примечание:

1).Такие счетчики иногда называют счетчиками Мебиуса (открыл ленту 8), Либау-Крейга (ими открыт код счетчика Джонсона).

2).В схеме счетчика всегда четное число состояний. Если необходимо иметь нечетное число, то проблему можно решить одним из ранее рассмотренных способов исключения лишних состояний.

В рассмотренной схеме можно исключить последнее и перейти к следующему, то есть перейти от комбинации 11…11 к комбинации 11…10, которое создает «1» в предпоследнем разряде на прямом выходе и «0» на инверсном, который можно подать на вход счетчика вместе с основным сигналом обратной связи (с 7 разряда на 0 разряд) через конъюнктор.

3). Схема счетчика Джонсона может попасть в одно из неиспользуемых состояний при сбое и будет работать с ним. Для придания свойства самовосстановления можно вырабатывать сигнал обратной связи, который восстановит счетчик в соответствии с соотношением:

Fо.с.= ˅ .

4).Рассмотренный счетчик характеризуется небольшими аппаратными затратами:1/2 триггера+1 элемент И на канал распределения, и достаточно высоким быстродействием.

Пример серийно выпускаемых распределителей (счетчиков) К561ИЕ9 (трехразрядный), ИЕ19 (пятиразрядный).