Двоичные многоразрядные счетчики

Двоичный счетчик представляет собой ряд последовательно соеди­ненных между собой счетных триггеров, число которых определяет раз­рядность счетчика. На рис. 1 показана схема четырехразрядного дво­ичного счетчика по модулю 16 ( ), построенная путем по­следовательного соединения четырех Т-триггеров, выполненных на D-триггерах (ИМС KI55TM2). Работа такого счетчика в соответствии с табл. 1 поясняется временными диаграммами, показанными на рис.2.

Счетные импульсы переключают только триггер T₁, который пере­ключает триггер Т₂. Триггер T₂ запускает триггер Т₃, а триггер Т₃ переключает триггер Т₄. Поскольку Т-триггеры данной ИМС переклю­чаются по фронту входных импульсов, а для обеспечения работы сум­мирующего счетчика требуется переключение по срезу, необходимо для переключения триггеров Т₂, Т₃ и Т₄ использовать инверсные выходы . Из рис. 2 видно, что переключение триггера Т₂ про­исходит по срезу выходного импульса на основном выходе триггера Т₁. Перед началом счета счетчик обнуляется путем подачи нулевого сигнала на вход "Уст.0". Счетчик по модулю 16 считает до 15 вклю­чительно, а шестнадцатым импульсом обнуляется.

Счетчики с заданным коэффициентом счета

На практике часто возникает необходимость иметь счетчик с , например, К = 5, 6, 10, 24 и т.д.

Для построения счетчиков с заданным коэффициентом счета не­обходимо:

а) определить количество разрядов счетчика, исхода из условия, что должно быть большим ближайшим к К числом;

б) определить, какое количество избыточных состояний должно быть

исключено: ;

в) предложить метод исключения избыточных состояний.

Широкое применение получили два способа исключения избыточных состояний: принудительное обнуление и принудительная установка раз­рядов в 1.

Метода принудительного обнуления

Рассмотрим применение метода принудительного обнуления на при­мере счетчика по модулю 10. Такой счетчик должен иметь четыре раз­ряда (2³ < 10 < 2⁴) и шесть (16 - 10 = 6) подлежащих исключению избыточных состояний.

Работу такого счетчика можно описать следующим образом: при поступлении на его вход счетных импульсов (начиная с 1-го), выходы счетчика Q₁ - Q₄ должны пройти все состояния от 1 (0001) до 9 (1001) включительно. 10-й импульс все выходы счетчика должен уста­новить в нулевое состояние (0000), "обнулить" счетчик. С приходом следующей серии импульсов счетчик вновь начинает считать с 1 до 9, а десятым импульсом опять "обнуляется" и т.д.

Проведенный анализ работы показывает, что для реализации счетчика с К = 10, в схему двоичного четырехразрядного счетчика с К = 16 (рис. 1) необходимо ввести устройство, обнуляющее счетчик при достижении им состояния 10 (1010). Практически это можно реализо­вать, используя, например, элемент 2И-НЕ (ИМС К155ЛА3) (рис. 3). Для этого выходы второго и четвертого разрядов счетчика (Q₂ и Q₄) нужно соединить со входами элемента 2И-НЕ, а его выход подключить к объединенным "обнуляющим" входам всех четырех разрядов счетчика. При поступлении на вход счетчика десятого входного импульса на выходах счетчика устанавливается число 10 (1010), а на выходе элемента 2И-НЕ через очень малый промежуток времени, равный времени переключения элемента 2И-НЕ появится 0. Таким образом, элемент 2И-НЕ вырабатывает кратковременный импульс (наносекунды), обнуляю­щий счетчик. (Время развертки осциллографа (CI-91) не позволяет наблюдать этот импульс на экране). Следующая серия счетных импуль­сов вновь запустит счет от 1 до 10 и т.д. Таким образом, принуди­тельное обнуление исключает избыточные состояния счетчика, начиная с 10-го. Аналогично можно построить счетчики и с другим модулем К, подключая на входы 2И-НЕ соответствующие разряды. Счетчики с К = 10 называются двоично-десятичными или декадными и часто используются на практике, т.к. позволяют считать с помощью других элементов, кодопреобразователей, индикаторов, число поступающих импульсов в привычной десятичной системе счисления.

Для осуществления счета выпускаются специализированные ИМС с часто встречающимися К = 6, 8, 10, 12. Например, ИМС К155ИЕ5 позво­ляет реализовать счетчики с различными значениями К путем введения соответствующих обратных связей (рис. 4).

ИМС К155ИЕ5 является четырехразрядным двоичным суммирующим счетчиком, построенным на JR-триггерах. Счетчик состоит из двух отдельных частей. Первая часть - младший разряд (К=2) с отдельным входом C₁. Вторая часть - трехразрядный счетчик с отдельным входом С₂ по модулю 8. Для перевода счетчика в режим работы по модулю 16 нужно соединить С₂ с Q₁, а входные импульсы подавать на вход C₁. Изменение модуля счета осуществляется методом принудительного обну­ления через элемент 2И-НЕ.