Общая характеристика счетчиков

Лекция 8. Счетчики

Тема III. Последовательностные (накапливающие) устройства

Чітко писати — чітко мислити

Перед керівником, менеджером постійно стоїть проблема як краще викласти свої думки на папері. Завдання складне тим, що метою письмового розпорядження є вплив на поведінку інших людей в даній організації, фірмі.

Щоб зміст документа був зрозумілим, однозначним, направленим на вирішення конкретних проблем, необхідно:

• позбавитись багатослів’я;

• скоректувати відповідний тон;

• чітко визначити позицію.

Навіть поява на вашому робочому столі комп’ютера не позбавить вас від необхідності формулювати резолюції, писати звіти і подавати заявки керівництву на отримання тих чи інших виробничих ресурсів.

Робота зі службовою документацією особливо складна сфера діяльності керівника, тому що враження від невдалого формулювання відразу розпізнати не вдається, виправити його набагато важче, ніж помилку, зроблену при особистому контакті.

Щоб уникнути подібних збоїв і не дати вирости паперовим "горам", корисно пам’ятати, що:

• ваша перша резолюція на документі вже повинна стати початком вирішення пов’язаної з нею проблеми, а не просто свідченням оволодіння вами функціями "диспетчера";

• паперотворчість - це не показник вашої високої і якісної роботи, точніше — це негативний показник;

• документи з другорядних питань можуть і не лягти на ваш стіл — розібратися в них під силу і підлеглим;

• краще витратити час на навчання підлеглих умінню готувати службові документи, ніж самому їх всі переписувати в останній момент;

• ефективною буде робота з кореспонденцією тоді, коли для початку ви її розподілите за складністю і почнете зі складних і неприємних.

Процес мислення нерозривно пов’язаний з мовою, а службовий лист - та сама мова, тільки перенесена на папір. Тому вдосконалюючи своє мовлення, ви одночасно вдосконалюєте і свою думку.

Счетчиком называется типовой функциональный узел цифрового устройства, предназначенный для счета входных импульсов. Счетчик представляет собой связанную цепочку T -триггеров, образующих память с заданным числом устойчивых состояний (рис. 3.34).

Рис. 3.34. Логическая структура счетчика

Разрядность счетчика n равна числу T -триггеров. Каждый входной импульс изменяет состояние счетчика, которое сохраняется до поступления следующего сигнала. Значения выходов триггеров счетчика Q_n, Q_{n –1,}... Q ₁, отображают результат счета в принятой системе счисления. Логическая функция счетчика обозначается буквами CT (counter). Список микроопераций счетчика включает предварительную установку в начальное состояние, инкремент или декремент хранимого слова, выдачу слов параллельным кодом и др.

Входные импульсы могут поступать на счетчик как периодически, так и произвольно распределенными во времени. Амплитуда и длительность счетных импульсов должны удовлетворять техническим требованиям для используемых серий микросхем.

Счетчик является одним из основных функциональных узлов цифровой схемотехники, а также различных цифровых управляющих и информационно-измерительных систем. Основное применение счетчиков:

Ø образование последовательности адресов команд программы (счетчик команд или программный счетчик);

Ø подсчет числа циклов при выполнении операций деления, умножения, сдвига (счетчик циклов);

Ø получение сигналов микроопераций и синхронизации; аналого-цифровые преобразования и построение электронных таймеров (часов реального времени).

Счетчик характеризуется модулем и емкостью счета. Модуль счета K _сч определяет число состояний счетчика. Модуль двоичного n -разрядного счетчика выражается целой степенью двойки M = 2 ⁿ; в счетчиках других типов справедливо неравенство K _сч ≤ M. После счета числа импульсов N _вх = K _сч счетчик возвращается в начальное состояние. Таким образом, модуль счета, который часто называют коэффициентом пересчета, определяет цикл работы счетчика, после которого его состояние повторяется. Поэтому число входных импульсов и состояние счетчика однозначно определены только для первого цикла.

Емкость счетаN _max определяет максимальное количество входных импульсов, которое может зафиксировать счетчик при одном цикле работы. Емкость счета N _max = K _сч – 1 при условии, что работа счетчика начинается с нулевого начального состояния.

В счетчиках используются три режима работы: управления, накопления и деления. В режиме управления считывание информации производится после каждого входного счетного импульса, например, в счетчике адреса команд. В режиме накопления главным является подсчет заданного числа импульсов либо счет в течение определенного времени. В режиме деления (пересчета) основным является уменьшение частоты поступления импульсов в K _сч раз. Большинство счетчиков может работать во всех режимах, однако в специальных счетчиках-делителях состояния в процессе счета могут изменяться в произвольном порядке, что позволяет упростить схему узла.

Счетчики классифицируют по следующим признакам:

Ø способу кодирования — позиционные и непозиционные;

Ø модулю счета — двоичные, десятичные, с произвольным постоянным или переменным (программируемым) модулем;

Ø направлению счета — простые (суммирующие, вычитающие) и реверсивные;

Ø способу организации межразрядных связей — с последовательным, сквозным, параллельным и комбинированным переносами (заемом);

Ø типу используемых триггеров — T, JK, D в счетном режиме;

Ø элементному базису — потенциальные, импульсные и потенциально - импульсные.

В счетчиках с позиционным кодированием числовое выражение текущего состояния счетчика определяется формулой:

N = _nQ_i + r_{n –1} Q_{n –1} +...+ r ₁ Q ₁,

где r_i — вес i -го разряда; Q_i — значение выхода i -го разряда; n — число разрядов. Нулевое значение всех разрядов обычно принимается за начальное состояние счетчика. Остальные состояния нумеруют по числу поступивших входных импульсов.

В счетчиках с непозиционным кодированием (например, в кодах Грея) разряды не имеют постоянных весов и каждом набору состояний Q_n, Q_{n –1,}... Q ₁ приписывается определенное количество входных импульсов. В компьютерах преимущественно используют счетчики с позиционным кодированием.

По виду переходов простые счетчики (Сч) подразделяются на суммирующие (прямого счета) и вычитающие (обратного счета). В суммирующих счетчиках каждый прибавляемый импульс U ⁺ увеличивает состояние на единицу, то есть реализуется микрооперация инкремента Сч: = Сч + 1. Граф переходов суммирующего счетчика показан на (рис. 3.35 а), где вершины обозначают устойчивые состояния. Из M – 1-го состояния очередной сигнал U ⁺ возвращает счетчик в начальное состояние и выдает сигнал переполнения P.

Рис. 3.35. Графы счетчиков: а — суммирующего; б — вычитающего; в — реверсивного

В вычитающих счетчиках каждый вычитаемый импульс U ^– уменьшает состояние на единицу, то есть реализуется микрооперациядекремента Сч: = Сч – 1. Граф переходов вычитающего счетчика (рис. 3.35 б) характеризуется наличием переходов только в обратном направлении от некоторого (например, M – 1-го) предварительно установленного состояния. После вычитания M импульсов счетчик выдает сигнал заема Z и возвращается в исходное M – 1-е состояние.

Реверсивные счетчики имеют переходы в прямом и обратном направлениях, что позволяет считать прибавляемые и вычитаемые импульсы (рис. 3.35 в). В процессе счета должно выполняться условие ∑ U ⁺ + N _п ≥ ∑ U ^–, где N _п — предварительно записанное число. По текущему состоянию выходов счетчика определяется результат реверсивного счета:

∆ N = ∑ U ⁺ + N _п – ∑ U ^–.

К временным характеристикам счетчиков относятся разрешающая способность, быстродействие и время установления (переключения) кода.

Разрешающая способностьt _pc определяется минимальным интервалом времени между двумя входными импульсами, при котором еще сохраняется работоспособность счетчика. Параметр t _pc задают временем переключения t ₁ первого (младшего) триггера счетчика, то есть t _pc = t ₁ поскольку он переключается под воздействием каждого входного импульса.

Быстродействие счетчика определяется максимальной частотою F_m поступления входных импульсов в режиме деления и вычисляется по формуле F_m = 1 / t ₁.

Время установления кодаt _уст отсчитывается от начала входного импульса до момента получения нового состояния. Данный параметр позволяет рассчитать быстродействие счетчика в режиме управления из соотношения F_mк = 1 / (t _уст + t _сч), где t _сч — время считывания информации.

Межразрядные связи обеспечивают выработку сигналов переноса в старшие разряды при суммировании импульсов и сигналов заема — при вычитании. От вида реализации межразрядных связей существенно зависят параметры t _уст и F_mк.

В счетчиках с последовательными переносами триггеры переключаются поочередно после каждого входного импульса в направлении от младших разрядов к старшим. Такие счетчики называются последовательными или асинхронными. В счетчиках с параллельными переносами триггеры переключаются одновременно после каждого входного импульса, такие счетчики называются параллельными или синхронными.

8. 1. 1. Двоичные суммирующие и вычитающие счетчики. Двоичные счетчики реализуют счет входных импульсов в двоичной системе счисления. Число разрядов n двоичного суммирующего счетчика для заданного модуля М находят из выражения n = log 2 M Значение текущего числа N ⁺ входных импульсов n -разрядного суммирующего счетчика при отсчете с нулевого начального состояния определяют по формуле

N ⁺ = Q_i = 2 ^{n –l} Q_n + 2 ^{n –2} Q_{n –1} +...+ 2 ⁰ Q ₁,

где 2 ^{i –l} — вес i -го разряда; Q ₁ {“0”, “1”} — логическое значение прямого выхода триггера i -го разряда. Разряды двоичного счетчика строятся на двухступенчатых T -триггерах или D -триггерах с динамическим управлением по фронту синхросигнала (в счетном режиме).

В двоичном суммирующем счетчике перенос P_i в соседний старший разряд Q_{i +1} возникает в том случае, если в момент поступления очередного счетного импульса U ⁺ все младшие разряды находятся в единичном состоянии, то есть P_i = U ⁺ Q_iQ_{i –1}... Q ₁ = 1. После выработки переноса старший разряд переключается в состояние “1”, а все младшие разряды — в состояние “0”.

Асинхронные суммирующие счетчики на двухступенчатых T -триггерах строятся так, чтобы входные импульсы U ⁺ поступали на счетный вход только первого (младшего) разряда. Сигналы переноса передаются асинхронно (последовательно во времени) с прямых выходов младших разрядов на T -входы соседних старших, как показано на (рис. 3.36) для трехразрядного счетчика.

Рис. 3.36. Асинхронный суммирующий счетчик на двухступенчатых T-триггерах:

а — схема; б — временные диаграммы

Изменение состояний триггеров происходит по спаду счетного импульса для первого разряда, а для остальных — по спаду сигнала переноса (рис. 3.36 б).

После подсчета семи импульсов на выходе трехразрядного счетчика устанавливается двоичный код Q ₃ Q ₂ Q ₁ = 111 (то есть максимальное значение или емкость счета). После прихода восьмого входного импульса U ⁺ трехразрядный суммирующий счетчик переключается в исходное нулевое состояние последовательно (асинхронно) во времени: вначале спадает напряжение на выходе Q ₁, затем — на выходе Q ₂ и т.д.

С помощью импульса по входу сброса R счетчик возвращается в нулевое состояние в любой момент времени.

Временные параметры n -разрядного асинхронного счетчика на двухступенчатых триггерах определяются из соотношений:

Ø разрешающая способностьt _pc = t_{T 1} + t_{T 2} = 2 t_T, где t_{T 1} и t_{T 2} — время переключения первой и второй ступени триггера, причем t_{T 1} = t_{T 2} = t_T;

Ø время установкиt _уст = t_{T 1} + nt_{T 2} ≈ nt_T;

Ø максимальная частота счета в режиме деления и управления соответственно: F_m = 1 / 2 t_T; F_{m к} ≈ 1 / nt_T.

В режиме управления быстродействие асинхронного счетчика примерно в n раз меньше, чем в режиме деления.

Схема трехразрядного асинхронного двоичного суммирующего счетчика на T -триггерах с динамическим управлением по фронту показана на (рис. 3.37). Счетные импульсы U ⁺ поступают на T -вход только первого (младшего) разряда; последующие триггеры переключаются асинхронно от сигналов переноса с инверсных выходов соседних младших разрядов.

Рис. 3.37. Асинхронный суммирующий счетчик на триггерах

с динамическим управлением по фронту: а — схема; б — временные диаграммы

Временные параметры асинхронного m -разрядного двоичного счетчика на триггерах с динамическим управлением:

t _pc = t_T, t _уст = nt_T, F_m = 1 / t_T, F_{m к} ≈ 1 / nt_T.

Достоинством асинхронных счетчиков является простота схемы: увеличение разрядности производится подключением необходимого числа триггеров. К недостаткам асинхронных счетчиков относятся сравнительно низкое быстродействие в режиме управления и ее зависимость от числа разрядов, а также появление промежуточных выходных двоичных кодов в процессе последовательного переключения триггеров в новое состояние.

Для получения минимального времени переключения счетчика используют параллельные переносы (рис. 3.38). Для этого в каждом разряде синхронного счетчика имеется схема совпадения, с помощью которой анализируются состояния всех предыдущих младших триггеров и вырабатываются функции переноса согласно следующим логическим соотношениям:

P ₁ = U ⁺ Q ₁; Р ₂ = U ⁺ Q ₂ Q ₁; Р ₃ = U ⁺ Q ₃ Q ₂ Q ₁; Р ₄ = U ⁺ Q ₄ Q ₃ Q ₂ Q ₁.

При поступлении очередного счетного импульса U ⁺ переключаются только те триггеры, для которых все предыдущие (младшие) разряды находятся в этот момент в единичном состоянии.

Рис. 3.38. Схема суммирующего счетчика с параллельными переносами

Время установления синхронного счетчика не зависит от числа разрядов и равна t _уст = t_TT + t_P, где t_TT — время переключения двухступенчатого триггера; t_P — время задержки распространения сигнала вентилем в цепи переноса. Максимальная частота счета в режиме управления F_m ≈ 1 / t_TT. Таким образом, синхронные счетчики обеспечивают наибольшее быстродействие в режиме управления.

При построении многоразрядных синхронных счетчиков появляются трудности — рост числа входов вентилей в цепи переноса и увеличение нагрузки на выходы триггеров.

В двоичном вычитающем счетчике каждый вычитаемый импульс U ^– уменьшает состояние на единицу. Текущее значение количества входных импульсов n -разрядного двоичного вычитающего счетчика определяется по формуле

∑ U ^– = N _п – N ^–,

где N ^– — значение кода на прямых выходах триггеров счетчика; N _п — предварительно записанное начальное число; при этом должно выполняться условие ∑ U ^– ≤ N _п.

В вычитающих счетчиках сигналы межразрядной связи называются заемами. По правилу двоичного вычитания в момент поступления счетного импульса U ^– заем из старшего разряда с единичным значением возникает при условии, что все младшие триггеры находятся в нулевом состоянии. После этого все они переключаются в состояние “1”, а старшие — в состояние “0”. Сигналы заема образуются на инверсных выходах двухступенчатых триггеров или на прямых выходах триггеров с динамическим управлением по фронту.

Параметры вычитающего счетчика (модуль и емкость счета, быстродействие) совпадают с аналогичными характеристиками суммирующих счетчиков.

Схема трехразрядного двоичного асинхронного вычитающего счетчика на двухступенчатых триггерах показана на (рис. 3.39 а).

Рис. 3.39. Асинхронный вычитающий счетчик на двухступенчатых триггерах:

а — схема; б — временные диаграммы

Перед началом работы с помощью сигнала на общем входе S все триггеры счетчика устанавливаются в состояние “1”, образуя выходной код 111. Вычитаемый импульс U ^– поступает на счетный вход только первого младшего разряда, межразрядные сигналы заема снимаются асинхронно с инверсных выходов триггера.

После поступления семи вычитаемых импульсов все триггеры счетчика устанавливаются в состояние “0”, образуя выходной код 000. Восьмой вычитаемый импульс переключает счетчик в состояние 111 (при условии, что рассматривается трехразрядная схема).

В вычитающем счетчике на триггерах с динамическим управлением по фронту сигналы заема снимаются с прямых выходов триггеров.

8. 1. 2. Двоичные реверсивные счетчики. Двоичные реверсивные счетчики имеют переходы в двух направлениях: в прямом (при счете суммируемых сигналов U ⁺) и в обратном (при счете вычитаемых сигналов U ^–). Текущее значение разности подсчитанных импульсов определяется из соотношения

∑ U ⁺ – ∑ U ^– = N – N _п,

где N — значение кода на прямых выходах триггеров счетчика; N _п — предварительно записанное в счетчик начальное число.

В процессе счета должно выполняться условие ∑ U ^– ≤ N _п + ∑ U ⁺ ≤ 2 ⁿ – 1.

Различают одноканальные и двухканальные реверсивные счетчики. В одноканальных реверсивных счетчиках суммируемые U ⁺ и вычитаемые U ^– сигналы поочередно поступают на общий счетный вход, а направление счета задается направлением цепей межразрядных переносов или заемов. Для переключения межразрядных связей в одноканальном реверсивном счетчике требуются дополнительные управляющие сигналы.

Двухканальные реверсивные счетчики имеют два счетных входа: один для суммируемых импульсов U ⁺, другой — для вычитаемых U ^–. Переключение цепей межразрядных связей осуществляется автоматически счетными сигналами: для переносов — импульсами U ⁺, для заема — импульсами U ^–. Схема одноканального трехразрядного двоичного реверсивного счетчика показана на (рис. 3.40). Межразрядные связи коммутируются с помощью логических элементов И-ИЛИ.

Рис. 3.40. Схема одноканального реверсивного счетчика

Для задания направления счета используют дополнительный RS -триггер: с его прямого выхода снимается сигнал управления сложением Y _СЛ (включает цепи переноса), а с инверсного выхода — сигнал управления вычитанием Y _ВЧ (включает цепи заема). На выходах элементов И-ИЛИ (которые называются “ схемы реверса ”) вырабатывается сигнал T_i для счетных входов старших разрядов:

T_i = Y _Д Q_i Y _{B i}, i = 1, 2, 3,... n.

Таким образом, если управляющий RS -триггер находится в состоянии “1”, то счетчик реализует режим прямого счета входных импульсов (то есть суммирование), в противном случае — обеспечивает режим обратного счета (вычитание). В обоих режимах работы триггеры переключаются асинхронно.

Схема двухканального четырехразрядного двоичного реверсивного счетчика показана на (рис. 3.41).

Рис. 3.41. Схема двухканального реверсивного счетчика

Счетные T -входы в триггерах внутренне связаны схемой ИЛИ. Суммирующие импульсы U ⁺ поступают на счетный вход первого (младшего) разряда счетчика и одновременно — на входы всех вентилей в цепи параллельного переноса. При этом формируются импульсы межразрядных переносов на основе логических выражений:

P ₁ = U ⁺ Q ₁; Р ₂ = U ⁺ Q ₁ Q ₂; Р ₃ = U ⁺ Q ₁ Q ₂ Q ₃; Р ₄ = U ⁺ Q ₁ Q ₂ Q ₃ Q ₄.

Вычитаемые импульсы U ^– поступают на счетный вход первого разряда счетчика и одновременно на входы всех вентилей в цепи параллельных заемов. При этом формируются импульсы межразрядных заемов на основе следующих логических выражений:

Z₁ = U ^– ₁; Z₂ = U ^– _{1 2}; Z₃ = U ^– _{1 2 3}; Z₄ = U ^– _{1 2 3 4}.

Таким образом, в двухканальных реверсивных счетчиках направление счета непосредственно задается суммируемыми U ⁺ или вычитаемыми U ^– импульсами. Запрещается одновременное поступления на входы двухканального реверсивного счетчика суммируемых и вычитаемых импульсов.

На практике с учетом схемотехнических возможностей микросхем средней степени интеграции многоразрядные реверсивные счетчики строятся в виде групповой структуры. При этом каждая группа представляется, например, микросхемой четырехразрядного реверсивного счетчика с параллельными переносами и заемами. Между группами могут быть образованы последовательные или параллельные связи.

Схема 12-разрядного двухканального реверсивного счетчика групповой структуры с последовательными переносами между группами (микросхемы КР1533ИЕ7) показана на (рис. 3.42); CT 2 — функция двоичного счетчика.

Рис. 3.42. Схема 12-разрядного двухканального реверсивного счетчика

с групповой структурой

Микросхема КР1533ИЕ7 — это двоичный четырехразрядный реверсивный синхронный счетчик, имеющий следующие режимы работы:

Ø параллельная загрузка начальных данных D 3- D 0 при = 0;

Ø суммирование импульсов U ⁺ по входу “+1”;

Ø вычитание импульсов U ^– по входу “–1”;

Ø сброс в начальное состояние сигналом лог. “1” на R -входе.

Информация считывается с выходов Q 11- Q 0 счетчика. Суммируемые импульсы U ⁺ в счетчике с групповой структурой поступают на вход прямого счета “+1” первой младшей группы. Для другой группы сигналы переноса формируются при условии P = U ⁺ Q ₃ Q ₂ Q ₁ Q ₀. Вычитаемые импульсы U ^– поступают на вход обратного счета “–1”. Для второй группы сигналы заема вырабатываются при условии Z = U ^– _{3 2 1 0}. Аналогично строятся связи и между старшими группами.

Длительность импульсов на счетных входах должна быть не меньше 20 нс, а максимальная частота счета не должна превышать 30 МГц.

8. 1. 3. Двоично-десятичные счетчики. Двоично-десятичные счетчики реализуют счет импульсов в десятичной системе счисления, причем каждая десятичная цифра от нуля до девяти кодируется четырехразрядным двоичным кодом (тетрадой). Эти счетчики часто называют десятичными или декадными, поскольку они работают с модулем счета, кратным десяти.

Многоразрядный двоично-десятичный счетчик строится на основе регулярной цепочки декад, при этом первая (младшая) декада имеет вес 10 ⁰, вторая — 10 ¹, третья — 10 ² и т.д.

Декада строится на основе четырехразрядного двоичного счетчика, в котором исключается избыточное число состояний. Исключение лишних шести состояний в декаде достигается многими способами:

Ø предварительной записью числа 6 (двоичный код 0110); после счета девятого импульса выходной код равен 1111 и десятичный сигнал возвращает счетчик в исходное состояние 0110. Таким образом, здесь результат счета фиксируется двоичным кодом с избытком 6;

Ø блокировкой переносов: счет импульсов до девяти осуществляется в двоичном коде, после чего включаются логические связи блокировки переносов; с поступлением десятого импульса счетчик заканчивает цикл работы и возвращается в начальное нулевое состояние;

Ø введением обратных связей, которые обеспечивают счет в двоичном коде и принудительное переключение счетчика в нулевое начальное состояние после поступления десятого импульса.

Схема синхронного десятичного счетчика с блокировкой переносов показана на (рис. 3.43).

Рис. 3.43. Схема десятичного счетчика на JK-триггерах

В этой схеме C -входы используются как счетные. С приходом десятого импульса на С -вход младшего разряда JK -триггера обнуляются первый и четвертый разряды и сигналом с выхода Q ₄ блокируют переключения второго и третьего разряда. Схема суммирующего счетчика с обратными связями (один разряд) показана на (рис. 3.44).

Рис. 3.44. Схема десятичного суммирующего счетчика с обратными связями

После сброса в нулевое начальное состояние на счетный вход первого триггера поступают суммируемые импульсы U ⁺. Сигналы переноса в старшие разряды формируются обычным асинхронным способом. Счет до девяти ведется в двоичном коде. После прихода десятого входного импульса обратная связь на основе схемы совпадения вырабатывает сигнал Р = U ⁺ Q _{4 3 2} Q ₁, который является переносом для старшей декады и одновременно переключает счетчик в нулевое состояние. Далее цикл работы счетчика повторяется.

Схема пятиразрядного суммирующего двоично-десятичного счетчика показана на (рис. 3.45).

Рис. 3.45. Схема пятиразрядного суммирующего двоично-десятичного счетчика

Модуль данного счетчика составляет K _сч = 10 ⁵ = 100000, емкость счета N _max = K _сч – 1 = 99999.

Выходы триггеров каждой декады подключаются к входам дешифраторов, которые обеспечивают визуальную индикацию состояния счетчика с помощью разного рода световых табло.

8. 1. 4. Счетчики с единичным кодированием. При единичном (унитарном) кодировании состояния n -разрядного счетчика различаются только местоположением одной единицы, называемой маркирующим кодом; в других разрядах записаны нули. В отдельных случаях маркирующий код состоит из двух единиц и называется парно - единичным.

Счетчик с единичным кодированием — это цепочка триггеров, в которой обеспечивается сдвиг предварительно записанного маркирующего кода по “ кольцу ” в направлении старших разрядов (прямой счет) или младших (обратный счет). Такие счетчики часто называют кольцевыми (по аналоги с кольцевыми регистрами сдвига).

Счетчик с единичным кодированием характеризуется модулем K _сч = n и емкостью счета N _max = n – 1. Таким образом, число состояний кольцевого счетчика равно его разрядности и существенно меньше в сравнении с другими типами счетчиков.

В кольцевых счетчиках каждый разряд имеет вес, равный номеру состояния 0, 1, 2,... (n – 1). Из состояния (n – 1) после поступления очередного импульса счетчик образует на выходе сигнал окончания цикла (переполнения) и возвращается в начальное состояние с помощью цепи обратной связи с выхода старшего разряда Q_n на вход младшего разряда Q ₁. Схема четырехразрядного кольцевого счетчика показана на (рис. 3.46 а).

Рис. 3.46. Кольцевой счетчик: а — схема; б — временные диаграммы

Перед началом работы по входу D схемы ИЛИ в младший разряд счетчика записывается единица и устанавливается начальный код Q ₄ Q ₃ Q ₂ Q ₁ = 0001. С поступлением каждого счетного импульса по входу синхронизации единичный код последовательно сдвигается в сторону старших разрядов; при этом младшие разряды, выполненные на D -триггерах с динамическим управлением, обнуляются. После прихода четвертого импульса счетчик возвращается в начальное состояние с помощью сигнала с выхода Q ₄ на вход схемы ИЛИ.

Практическое использование кольцевых счетчиков объясняется следующими его достоинствами:

Ø не требует выходного дешифратора, поскольку все состояния отличаются наличием единицы только в одном каком-либо триггере;

Ø в процессе счета всегда переключается в единичное состояние только один триггер, что обеспечивает минимальное значение t _уст;

Ø упрощается построение схемы контроля счетчика.

Схема счетчика Джонсона (рис. 3.47) строится на основе кольцевого, в котором обратная связь реализуется подключением инверсного выхода старшего разряда ко входу младшего.

Рис. 3.47. Счетчик Джонсона: а — схема; б — временные диаграммы

Счетчик Джонсона характеризуется модулем счета K _сч = 2 n и емкостью счета N _max = 2 n – 1. Таким образом, число состояний счетчика Джонсона в два раза больше аналогичного параметра кольцевого счетчика. Однако информация на выходах счетчика Джонсона представляется не в двоичной позиционной системе счисления, которая требует дополнительного преобразования. Как видно из временных диаграмм (рис. 3.47 б), в процессе счета вначале двигается “ волна ” единиц, а затем — “ волна ” нулей. Дешифрация состояний счетчика Джонсона осуществляется проще в сравнении с двоичными позиционными счетчиками.

Дата добавления: 2014-01-05