Глава 3. Счётчики импульсов

Счётчиком является двоичное устройство с одним информационным входом, предназначенное для счёта импульсов, когда в зависимости от числа поступивших входных импульсов на одном из выходов схемы имеет место сигнал высокого или низкого уровня. Количество поступивших импульсов представляется на выходе в виде двоичного числа в том или ином коде. Как и регистры, счётчики строятся на основе триггеров.

Основным параметром схемы является модуль счёта, то есть максимальное число импульсов, на которое срабатывает схема. Для m разрядов модуль счёта . Частота выходных импульсов в - раз меньше, чем частота входных импульсов, то есть с точки зрения временных интервалов схема является делителем частоты.

По структурной организации счётчики различаются на:

• суммирующие (прямой счёт);

• вычитающие (обратный счёт);

• реверсивные.

По способу организации переноса разделяются на:

• последовательные или асинхронные;

• параллельные (синхронные);

• параллельно-последовательные.

Н а основе регистров сдвига строятся кольцевые счётчики с чётным модулем счёта . Пример схемы трехкаскадного кольцевого счётчика на триггерах JK-типа с модулем счёта показан на рис. 3.21а).

На каждом такте синхросигнала информация сдвигается на одну позицию, при этом только один триггер переключается и находится в таком состоянии в течение одного такта ТИ. При каждом поступлении тактового импульса происходит счёт и изменяются состояния на выходах Q. На рис. 3.21б) показана схема кольцевого счётчика, построенного на универсальном регистре.

П ри использовании дополнительных перекрестных связей (счётчик Джонсона) модуль счёта может быть увеличен в 2 раза, (рис. 3.22). Использование дополнительных элементов DD3 и DD4 позволяет обеспечить коррекцию сбоев сигналов низкого уровня («0»).

Н а рис. 3.23 показана схема суммирующего счётчика на триггерах Т-типа с последовательным переносом и его временные диаграммы.

В счётчиках на Т-триггерах направление счёта зависит от того, какой из выходов используется для синхронизации последующего триггера, так и от типа входа синхронизации: прямой или инверсный. Направление счёта счётчика может изменяться путём изменения вида межразрядных связей.

В практической схемотехнике используются счётчики с заданным модулем счёта. Это достигается путём использования обратных связей. Каждая петля ОС позволяет уменьшить модуль счёта схемы, охваченной ОС, на единицу.

Пример изменения модуля счёта при введении дополни тельной ОС показан на рис. 3.24.

Б ез ОС модуль счёта определялся, как . При введении ОС для цепи m₂ модуль счёта уменьшается на «1».

Для схемы на рис. 3.24 имеем .

Примеры счётчиков с различными значениями модуля счёта показаны на рис. 3.25.

В ычитающий счётчик с последовательным переносом имеет обратный порядок смены состояний, с поступлением очередного тактового импульса содержащееся в счётчике число уменьшается на «1».

Для повышения быстродействия используется способ ускоренного переноса, когда с помощью дополнительных ИЛЭ обеспечивается возможность одновременного (параллельного) формирования сигналов переносов для всех разрядов счётчика.

Пример параллельного счётчика показан на рис. 3.26.

При построении таких схем счётчиков следует иметь в виду, что не должно быть незадействованных входов ИМС, необходимо или объединять входы или подавать на них, соответственно, сигналы «0» и «1». Несмотря на то, что синхронные счётчики обладают высоким быстродействием, построение счётчиков с большим числом разрядов требует наличия многовходовых ИМС, или использование расширения по каждому из входов, что вызывает д ополнительные трудности.

В практической схемотехнике нашли применение счётчики на ИМС повышенного уровня интеграции (БИС). Необходимый модуль счёта обеспечивается путём соединения выводов.

П ример структурной (а) и функциональной с модулем счёта «10» (б) схемы счётчика К155ИЕ5 показаны на рис. 3.27.

Для каждой схемы счётчика в справочном источнике приводится таблица работоспособности, а также указываются выводы схемы, которые необходимо соединить для получения заданного значения модуля счёта.

Счётчики с параллельным переносом для осуществления каскадирования имеют дополнительные выходы « » и «<0», на которых имеет место сигнал при переполнении счётчика. Выход « » используется в суммирующих счётчиках, выход «<0» – в вычитающих схемах.

Использование реверсивных счётчиков позволяет обеспечить заданное направление счёта.

Функциональная схема реверсивного счетчика К155ИЕ7 показана на рис. 3.28.

Направление счёта обеспечивается при подаче сигналов на входы «+1» – прямой счёт и «-1» – обратный счёт.

Быстродействие счётчика определяется по формуле:

,

где: t_И – длительность тактового импульса;

t_ТР – время переключения триггера в схеме счётчика;

N – количество триггеров в схеме счётчика.

Д ля обозначения схемы счётчика допустимым является изображение, показанное на рис. 3.29.