Счётчики импульсов

Счетчик предназначен для счета поступающих на его вход импульсов, в интервале между которыми он должен хранить информацию об их количестве. Поэтому счетчик состоит из запоминающих ячеек-триггеров. Между собой ячейки счетчика соединяются таким образом, чтобы каждому числу импульсов соответствовали единичные состояния определенных ячеек. При этом совокупность единиц и нулей на выходах п ячеек счетчика представляет собой n-разрядное двоичное число, которое однозначно определяет количество прошедших на входе импульсов. Поэтому ячейки счетчика называют его разрядами.

Каждый разряд счетчика может находиться в двух состояниях.

Число устойчивых состояний, которое может принимать данный счетчик, называют его емкостью, модулем счета или коэффициентом пересчета.

Если с каждым входным импульсом зарегистрированное («записанное») в счетчике число увеличивается, то такой счетчик — суммирующий, если же оно уменьшается, то — вычитающий. Счетчик, работающий как на сложение, так и на вычитание, называют реверсивным.

Счетчик, у которого под воздействием входного импульса переключение соответствующих разрядов происходит последовательно друг за другом, называют асинхронным, а когда переключение происходит одновременно (или почти одновременно), — синхронным.

Асинхронные счетчики. В большинстве случаев счетчики строятся таким образом, чтобы записываемое в них число было выражено в натуральном двоичном коде. В таком коде «вес» единицы в младшем разряде равен единице, а в каждом последующем разряде вдвое больше, чем в предыдущем.

Суммирующий асинхронный счетчик. Чтобы выяснить структуру суммирующего счетчика, прибавим к двоичному числу единицу. При сложении единиц одноименных разрядов получается число, «вес» которого вдвое превышает «вес» единицы в данном разряде; поэтому оно переносится в следующий старший разряд и записывается в нем как единица:

110110 110111

+ ____ 1 +____ 1

110111 111000

По определению, триггеры (разряды) асинхронного счетчика переключаются последовательно друг за другом (как разряды двоичного числа в рассмотренных примерах). Поэтому работа его на сложение должна соответствовать рассмотренной процедуре арифметического сложения. Это означает, что счетные импульсы следует подавать на вход триггера первого (младшего) разряда, каждым из которых он должен переключаться. Между собой триггеры должны быть соединены так, чтобы обеспечить переключение последующего, когда предыдущий переходит из 1 в 0; все триггеры должны быть счетными, чтобы изменять свое состояние под действием каждого переключающего перепада.

1. Частота импульсов на выходе каждого триггера вдвое меньше частоты импульсов на его входе, а п разрядов счетчика делят частоту входных импульсов в 2n раз. С наибольшей частотой (равной частоте входных импульсов) переключается входной триггер счетчика.

2. В момент, предшествующий переключению очередного разряда, все предыдущие разряды счетчика находятся в состоянии «1».

3. Восьмой импульс для трехразрядного счетчика (рис. 3.49) — импульс переполнения: им все триггеры устанавливаются в 0 (счетчик «обнуляется»). Девятым импульсом счетчик вновь начинает заполняться. В общем случае число входных импульсов, которое может быть зарегистрировано счетчиком, равно 2n – 1, где п — число разрядов. Если счетчик используется по прямому назначению, то его емкость Ксч должна превышать максимально возможное число поступающих импульсов, если же его применять для деления частоты входных импульсов, то его емкость должна равняться требуемому коэффициенту деления. Асинхронные счетчики имеют простую структуру, но обладают рядом недостатков. Один из них состоит в сравнительно низком быстродействии: к k-му разряду переключающий сигнал проходит через (k-1) предыдущих; поэтому интервал между соседними входными импульсами должен превышать tn(n – 1), где tn — время переключения триггера; n — число разрядов счетчика. Другой недостаток — в ходе переключения младшие разряды счетчика принимают уже новые состояния, в то время как старшие еще находятся в прежнем, т.е. при смене одного числа другим счетчик проходит ряд промежуточных состояний, каждое из которых может быть принято за двоичный код числа прошедших на входе импульсов.

Синхронные счетчики. Переключающиеся разряды синхронного счетчика должны переходить в новые состояния одновременно (синхронно). Для этого на входы всех разрядов каждый счетный импульс поступает одновременно, а переключение разрядов в нужной последовательности обеспечивается логическими цепями, которые при поступлении входного импульса одни триггеры удерживают от переключения, а другим разрешают переключаться. Триггеры синхронного счетчика, кроме счетного, должны иметь информационные входы, на которые поступают разрешения или запреты с логических цепей.

Рис. 3.48. Суммирующий асинхронный счетчик Рис. 3.49. Временные диаграммы

Дата добавления: 2015-05-06