4.5.5Кільцеві лічильники та лічильники Джонсона

Особливість роботи цих лічильників полягає у тому, що кількість імпульсів, які потрібно підрахувати, визначається не кодом, що фіксу­ється на виходах лічильника, а станом останнього тригера. У найпрос­тішому випадку кільцевий лічильник будують на регістрі зсуву, напри­клад на чотирирозрядному регістрі КІ55ИР1, що зображений на рис. 4.18, у якого вихід останнього тригера з'єдна­ний з інформаційним входом першого тригера (молодпого розряду регіст­ра), утворюючи замкнене кільце, по якому циркулює одиниця або нуль. За кожним тактовим імпульсом одиниця або нуль переходить від тригера до тригера з циклом, що дорівнює кількості тригерів n. Отже, щоб за­пустити цей процес, потрібно насамперед у перший тригер регістра записати одиницю або нуль. Запис, наприклад 1, тобто коду {0001} здійс­нюється при V=1 подачею на РL рівнів D₀=0, D₁=D₂=D₃=0. Кількість імпульсів підраховується при V=0 подачею цих імпуль­сів на тактовий вхід С1. З цього моменту тригери лічиль­ника починають послідовно переходити у стан 1, що реєструється на па­ралельних виходах регістра як послідовність кодів {0001} {0010}, {0100}, {1000}, а далі за рахунок зворотнього зв’язку цикл повторюється знову. Отже, даний лічильник має модуль лічби М_л=4, бо може підраховувати не більше чотирьох імпульсів.

Рис. 4.61 Кільцеві лічильники (а,б), та лічильник Джонсона (в)

Для зменшення ймовірності появи збоїв, що викликані появою або зникненням одиниці або нуля у кільці, замість безпосереднього зворот­ного зв’язку можна використати комбінаційну схему, яка буде виконува­ти функцію дешифратора вихідного коду лічильника. У даному випадку (рис. 4.18.б) функцію дешифратора нуля виконує ЛЕ 4АБО-НЕ, на виході якого одиниця з’являється лише тоді, коли на всіх його входах присутні нулі. Такий кільцевий лічильник має М_л=5, бо на ньому на відміну від попереднього додатково фіксується ще код {0000}. Роль п’ятого три­гера тут виконує ЛЕ 4АБО-НЕ. Якщо замість 4АБО-НЕ застосувати ЛЕ 4І-НЕ, у кільці лічильника циркулюватиме не одиниця, a нуль, i 4І-НЕ виконуватиме роль дешифраторa одиниці. Іноді такий лічильник зручні­ше застосовувати як розподілювач одиничних імпульсів, наприклад для генерування багатофазного тактового сигналу.

Щоб збільшити М_л кільцевого лічильника, потрібно мати регістр з більшою розрядністю або застосувати каскадування кількох регістрів.

Модуль лічби М_л кільцевого лічильника можна збільшити вдвічі, якщо між будь-якими двома тригерами застосувати перехресний зворотний зв’язок, з’єднавши інверсний вихід одного з тригерів із входом наступного тригера. Такий кільцевий лічильник перетворюється на так званий лічильник Джонсона. Зображений на рис. 4.18.в лічиль­ник Джонсона на регістрі зсуву КІ55ИР1 доповнений D-тригером, що за інформаційним входом під’єднаний до виходу старшого розряду регістра, а за тактовим входом С– до тактового входу регістра. Інверсний ви­хід D-тригера з'єднаний з інформаційним входом регістра, за рахунок чого реалізується перехресний зворотний зв’язок. Тут роль п’ятого тригера лічильника виконує D-тригер.

Таблиця 4.24 Таблиця станів лічильника Джонсона

Q4	Q3	Q2	Q1	Q0	Такт
0 0 0 0 0 1 1 1 1 1	0 0 0 0 1 1 1 1 1 0	0 0 0 1 1 1 1 1 0 0	0 0 1 1 1 1 1 0 0 0	0 1 1 1 1 1 0 0 0 0	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

На відміну від звичайного кільцевого тригера лічильник Джонсона має модуль лічби M_л=2n+2=10 (у ньому додатково фіксуються стани {0000} і {1111}). Таблиця істинності лічильника Джонсона (табл. 4.10) з М_л =10 ілюструє потактове поширення спочатку "хвилі" одиниці, а потім "хвилі" нулів, завдяки тому, що спочатку Q₄=1, а потім Q₄=0. Оскільки на всіх виходах лічильника сигнали мають одна­ковий період повторення, що дорівнює 10To , де To - період повторен­ня вхідних імпульсів, і до того ж зсунуті один щодо другого на To , їх можна використати для генерування багатофазного сигналу. На розгля­нутому чотирирозрядному лічильнику Джонсона можна реалізувати генеру­вання восьмифазного сигналу шляхом подачі тактових імпульсів потрібної частоти. У загальному випадку n -розрядний кільцевий лічильник дозво­ляє генерувати імпульсні сигнали, що містять 2n фаз.

Для лічильника Джонсона також властиві збої у роботі, які про­являються у вигляді обривів "хвиль" одиниць або нулів; Для збільшення надійності роботи лічильника можна застосувати току коректуючу комбі­наційну схему як дешифратор вихідного коду, шо буде стежити за станом тригерів. Перевага лічильника Джонсона в тому, що стани 01 і 10 (табл. 4.10) двох сусідніх тригерів протягом одного циклу зустрічають­ся лише один раз незалежно від М_л. Отже, роль коректуючих дешифрато­рів станів можуть відігравати двовходові ЛЕ 2АБО-НЕ або 2І. Як видно з табл. 4.10, для коректування лічильника Джонсона можуть бути вико­ристані всі стани тригерів. Зокрема , на другому такті стан тригерів {00001} відповідає мінтерму або , а на дев'ято­му - {11000} - мінтерму або . До переваг лічиль­ника Джонсона ще можна віднести той факт, що під час лічби вхідних імпульсів тільки один із тригерів змінює свій стан, що запобігає появі хибних імпульсів - "голок".

На мікросхемах 564ИЕ19 і К561ИЕ19 реалізовані п’ятирозряднi лічильники Джонсона. Вони мають п’ять виходів, комутація яких із вхо­дом DS дозволяє будувати різні варіанти схем програмованих подільни­ків частоти з коефіцієнтом ділення Кд = 2...10. Зокрема, на лічиль­нику К561ИЕ19 можна будувати подільник на парне число К_д без додат­кових ЛЕ. Для ділення на 2, 4, 6, 8, 10 досить відповідні виходи лі­чильника з’єднати із входом D, а для ділен­ня на непарне число потрібно застосувати ЛЕ 2I або 2АБО-НЕ, з’єднавши його з двома виходами лічильника і входом D.