2.14.2. Счетчики

Счетчики предназначены для подсчета числа входных сигналов. Обычно входными сигналами являются импульсы напряжения. Результат счета – это число, представленное в двоичной или двоично-десятичной системе счисления. В двоичном счетчике число разрядов зависит от модуля счета М (коэффициента пересчета), который определяет число состояний счетчика При поступлении на вход счетчика М импульсов счетчик возвращается в исходное состояние, после этого состояния счетчика повторяются. Модуль счета на единицу больше максимального числа К_сч, которое может зафиксировать счетчик. В двоичных счетчиках с естественным порядком счета , где п – разрядность счетчика. Тогда . Такие счетчики имеют наиболее простую схему и строятся на Т- или JK-триггерах.

В зависимости от направления счета счетчики могут быть сум­мирующими, вычитающими и реверсивными. Суммирующие счетчики при поступлении каждого входного импульса увеличивают показания на единицу, вычитающие – уменьшают. Реверсивные счетчики могут работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания. Схемы трехразрядных двоичных счетчиков показаны на рис. 2.40, 2.41. Счетчики построены на двухтактных T-триггерах с дополнительными входами для установки счетчика в начальное состояние.

Рис. 2.40. Суммирующий счетчик:

а – схема; б – временная диаграмма;

в – условное графическое обозначение

В суммирующем счетчике начальное (нулевое) состояние счетчика задается управляющим сигналом «Уст 0» (рис 2.40, а). Входные импульсы поступают на вход триггера младшего разряда Т. Этот триггер изменяет состояние по спаду каждого входного импульса, остальные триггеры меняют состояние по спаду сигнала на прямом выходе триггера соседнего младшего разряда. Таким образом, второй триггер меняет состояние после каждого второго импульса, третий – после каждого четвертого и т.д. При подаче на вход счетчика последовательности импульсов счетчик меняет состояния в соответствии с временной диаграммой (рис. 2.40, б). Так как триггер с выходом Q₁, фиксирует младший разряд результата счета, то состояния счетчика меняются в последовательности, соответствующей логике работы суммирующего счетчика по модулю 8:

Условное графическое обозначение суммирующего счетчика показано на рис. 2.40, в.

В вычитающих счетчиках на входы старших разрядов подаются сигналы с инверсных выходов триггеров младших разрядов. В начальном состоянии счетчика все триггеры установлены в состояние «1» сигналом «Уст. 1» (см. рис. 2.41, а). При поступлении входных импульсов первый триггер меняет состояние по спаду каждого входного импульса, а все остальные – по спаду сигнала на инверсном выходе триггера соседнего младшего разряда. Последовательность изменения состояний счетчика показана на временной диаграмме (рис. 2.41, б) и соответствует логике работы вычитающего счетчика по модулю 8:

Рис. 2.41. Вычитающий счетчик:

а – схема; б – временная диаграмма работы

В рассмотренных счетчиках входной сигнал (в худшем случае) должен последовательно пройти через все триггеры. Такие счетчики называются счетчиками с последовательными переносами. Для повышения быстродействия используют схемы со сквозными или параллельными переносами.

В счетчиках со сквозными переносами сигнал переноса после­довательно проходит мимо каждого триггера, находящегося в состоянии «1», через вентиль на два входа. В таком счетчике время установления состояния пропорционально числу вентилей, т.е. разрядности счетчика. Схема суммирующего счетчика со сквозными переносами показана на рис. 2.42.

Рис. 2.42. Счетчик со сквозными переносами

Счетчики с параллельными переносами используют вентили с большим числом входов. Это позволяет сигналам переноса проходить мимо группы триггеров, находящихся в состоянии «1». Схема суммирующего счетчика с параллельными переносами показана на рис. 2.43.

Рис. 2.43. Счетчик с параллельными переносами