4.5 Лічильники

Майже кожна складна цифрова система містить декілька лічильників. Призначення їх очевидне: це підрахунок кількості деяких подій або часових інтервалів, або впорядкування подій в хронологічному порядку. Крім того, лічильники можуть виконувати й інші функції: наприклад їх можна використати для адресації, в якості подільників частоти й елементів пам’яті. Цифрову схему, що виконує відлікову функцію, можна скласти з тригерів, однак в зв’язку з дуже широким застосуванням таких схем, багато виробників випускають лічильники у вигляді монолітних ІС. [3]

Лічильник - це функціональний пристрій, що призначений для підраховування числа імпульсів, які надійшли на його вхід, і фіксації цього числа на його регістрі у вигляді коду.

В обчислювальній та мікропроцесорній техніці лічильники виконують підрахунок кількості циклів послідовно виконаних операцій, які вико­ристовуються для утворення адресів команд при звертанні до запам'ятову­вальних пристроїв, а також для виконання операцій приймання та переда­чі кодів тощо.

Лічильник - це скінченний автомат, внутрішній стан якого визна­чається тільки кількістю лог. 1, які надійшли на його вхід (лог.0 не змінює стану лічильника). Лічильники, як правило, складаються з кількох Т -тригерів, які певним чином з’єднані між собою. Регістри лі­чильника утворюють виходи тригерів, число яких m - визначає розрядність.лічильника.

Основним параметром лічильника є його модуль лічби М_л=2^m, (де m– число розрядів лічильника), що визначає число стійких внутрішніх станів лічильника у тому числі й нульовий стан, тобто максимальну кількість імпульсів, яку він може підрахувати. Отже, у m-розрядному лічильнику може бути 2^m стійких стани і тому його модуль лічби завжди М_л 2^m. Якщо кількість ім­пульсів які надійшли на вхід лічильника, дорівнює М_л-він поверта­ється у початковий стан /у підсумовувальних лічильників - у нульовий/, утворюючи при цьому сигнал (імпульс) переповнення. Це означає, що підрахунок одиниць здійснюється лічильником за модулем лічби М_л , який характеризує місткість лічильника. Для підсумовувального лічильника це максимальне число одиниць, яке він може підрахувати. Дана характе­ристика лічильника залежить від його розрядності та основи системи числення.

Для заданого модуля лічби М_л кількість тригерів т, що необхід­не для побудови лічильника, визначається з умови найближчого більшо­го цілого числа;

m = int[log₂ М_л]. ( 4.0 )

На виході останнього розряду (тригера) лічильника частота імпульсів у М_л раз менша за частоту вхідних імпульсів. Тому лічильник можна застосовувати як подільник частоти з коефіцієнтом ділення вхід­ної частоти М_л.

4.5.1 Класифікація лічильників

Залежно від модуля лічби М_л лічильники бувають двійкові (лічиль­ники за модулем 2^m, М_л =2^m ) і з довільним модулем (лічильники за модулем М_л у яких М_л 2^m причому число m заокруглюється до більшого цілого числа).

Будь-який лічильник так само, як і регістр, можна виконати у ви­гляді синхронного або асинхронного, потенціального або імпульоюго послідовнісного автомата, в також у вигляді автомата змішаного типу. Спосіб організації лічби (синхронний чи асинхронний) визначається типом T‑тригерів, які реалізують на D-тригерах з динамічним керуван­ням (синхронних чи асинхронних), а найчастіше на JK-тригерах (у мікросхемному виконанні). Асинхронні лічильники порівняно з синхронними на практиці зустрічаються рідше.

За цільовим функціональним призначенням лічильники поділяють на два типи: прості (підсумовувальні та віднімальні) та реверсивні. У підсумовувальному лічильнику при подачі на вхід імпульсу код числа, що зберігається у лічильнику, зростає на одиницю, а у віднімальному - змен­шується на одиницю. Отже, підсумовувальний, лічильник виконує прямий, а віднімальний - обернений підрахунок числа одиниць, що на­дійшли на його вхід. Реверсивний лічильник може працювати в режимі прямого та оберненого підрахунку.

У зв’язку з тим, що у кожному розряді лічильника, наприклад підсу-мовувального, виконується операція додавання двійкових чисел, у резуль­таті якої утворюється перенос у старший розряд, лічильники ще розріз­няють за способом утворення сигналів переносу. Це, зокрема, лічильни­ки з послідовним, паралельним і послідовно-паралельним переносом. Їх часто називають просто послідовні, паралельні та послідовно-паралельні лічильники. Вони відрізняються способами подачі вхідних тактових імпульсів на входи розрядів. У послідовно­му лічильнику вхідні імпульси подаються тільки на вхід першого триге­ра, а у паралельному - одночасно на синхровходи триге­рів у всіх розрядах. Різновидом паралельних лічильників є кільцеві лічильники, що будуються на базі регістрів зсуву. Послідовно-паралель­ний лічильник будують за принципом послідовного з'єднання (каскадування) кількох паралельних лічильників.

Крім модуля лічби М_л лічильники характеризуються ще такими па­раметрами, як розрізняльна здатність та час реєстрації. Ці параметри характеризують швидкодію лічильника. Розрізняльна здатність лічильника - це мінімальний період проходкення вхідних імпульсів, при якому забезпечується надійна робота лічильника. Час реєстрації -максимальний часовий інтервал між моментом закінчення подачі вхідного імпульсу та моментом установлення коду на регістрі лічиль­ника.