Счётчики

Счётчиком называется устройство, сигнал на выходе которого в определённом коде отображает число импульсов, поступающих на счётный вход.

Т-триггер, например, может считать до двух. Счётчик, образованный цепочкой из m триггеров, сможет считать в двоичном коде до 2m импульсов.

Каждый из триггеров такой цепочки называют разрядом счётчика. Число m определяет количество разрядов двоичного числа, которое может быть записано в счётчик.

Число Ксч=2m называют коэффициентом (модулем) счёта или ёмкостью счетчика.

Регистры

Назначение регистров – хранение и преобразование многоразрядных двоичных чисел.

Они используются в качестве управляющих и запоминающих устройств, генераторов и преобразователей кодов, счётчиков, делителей частоты, узлов временной задержки.

Регистры строят на синхронных D-триггерах или на RS(JK) – триггерах. Одиночный триггер может запоминать (регистрировать) один разряд (бит) двоичной информации. Поэтому триггер можно считать одноразрядным регистром. Занесение информации в регистр называют операцией ввода или записи. Запись информации в регистр не требует его предварительного обнуления.

Выдача информации к внешним устройствам характеризует операцию вывода или считывания.

В схемы регистров входят комбинационные элементы, роль которых вспомогательная: для выполнения операций “гашение” (Уст.0), “приём”, “вывод”, “преобразование” (из прямого кода в обратный и наоборот).

Регистры в зависимости от функциональных свойств бывают:

накопительные (регистры памяти, хранения);

сдвигающие.

Сдвигающие регистры делятся

по способу вводы и вывода информации на параллельные, последовательные и комбинационные (параллельно-последовательные и последовательно-параллельные);

по направлению передачи (сдвига) информации на однонаправленные и реверсивные.

Делители числа входных импульсов

После каждого цикла счёта на выходах последнего триггера возникают перепады напряжения. Это свойство определяет второе название счётчиков: деление числа входных импульсов.

Если входные сигналы периодичны и следует с частотой f_вх, то частота выходных импульсов, снимаемых с выхода последнего триггера будет

f_вых = f_вх / К_сч.

У счётчика в режиме деления используется выходной сигнал только последнего триггера, промежуточное состояние остальных триггеров не учитываются. Любой счетчик импульсов может быть использован как делитель частоты.

Генераторы и формирователи импульсов

На базе логических элементов цифровых устройств могут быть сконструированы разнообразные генераторы импульсов. Вот несколько конкретных примеров.

Генератор по схеме на рисунке 67 (используются элементы 2И-НЕ с открытым коллектором) вырабатывает импульсы в широком диапазоне частот - от единиц герц до нескольких килогерц. Зависимость частоты f (кГц) от емкости конденсатора С1 (пФ) выражается приближенной формулой f3*105/C1. Скважность импульсного напряжения практически равна 2. При снижении напряжения источника питания на 0,5 В частота генерируемых импульсов уменьшается на 20%.

Рисунок 67 Генератор импульсов

Скважность – это параметр последовательности прямоугольных импульсов, определяется как отношения периода к длительности импульса.

При реализации цифровых устройств различного назначения часто необходимо сформировать короткие импульсы по фронтам входного сигнала. В частности, такие импульсы используют для сброса счетчиков, в качестве импульсов синхронизации при записи информации в регистры и т. д.

Рисунок 68 Формирователь коротких импульсов: а – блок-схема, б – временная диаграмма входной и выходной последовательности импульсов

На рисунке 68 изображены схема и временные диаграммы формирователя коротких отрицательных импульсов по положительному перепаду напряжения на его входе. При изменении напряжения Uвх от низкого уровня до высокого этот перепад без задержки поступает на вход 13 правой схемы &. В то же время на входе 12 того же элемента & напряжение высокого уровня сохраняется, в течение времени распространения сигнала через три элементы & (около 75 нc). В результате в течение этого времени на выходе устройства сохраняется напряжение низкого уровня. Затем и на входе 12 устанавливается напряжение низкого уровня, а на выходе устройства - высокого. Таким образом, формируется короткий отрицательный импульс, фронт которого совпадает с фронтом входного напряжения. Чтобы такое устройство использовать для формирования отрицательного импульса по срезу входного сигнала, его надо дополнить еще одним инвертором.