Счетчики

Соединив последовательно несколько триггерных схем – делителей частоты на два, мы получим простейший многоразрядный двоичный делитель: более общее название для делителей частоты – счетчики. Коэффициент деления счетчика, состоящего из n триггеров, составляет 2n; n – число двоичных разрядов счетчика. Вообще счетчики – это устройства, предназначенные для подсчета числа импульсов, поданных на вход.

Сейчас много разновидностей счетчиков: асинхронные и синхронные, двоичные и десятичные, однонаправленные и двунаправленные и т.д. Коэффициент деления счетчика может быть постоянным или переключаемым.

Основой любой из этих схем служит линейка из нескольких триггеров. Указанные варианты различаются схемой управления этими триггерами. Между триггерами добавляются логические связи, назначение которых запретить прохождение в цикле счета лишним импульсам. Расширять функции счетчиков можно, видоизменяя их цепи управления.

Первоначально счетчики были асинхронными. В асинхронном режиме предыдущий триггер вырабатывает для последующих тактовые импульсы. В синхронном счетчике все триггеры получают тактовый импульс одновременно, поскольку тактовые вводы их соединяются параллельно.

В асинхронном счетчике каждый триггер вносит в процессе счета определенную задержку, поэтому разряды результирующего кода появляются на выходах триггеров не одновременно, т.е. не синхронно с соответствующим тактовым импульсом.

В синхронном счетчике на выходах данные от каждого разряда появляются одновременно и строго синхронно с последующим входным импульсом. В синхронный счетчик разрешается синхронная (с тактовым импульсом) параллельная (в каждый триггер) загрузка начальных данных.

Внутренние логические элементы управления, которыми часто снабжаются счетчики, позволяют сделать процесс счета реверсивным. Согласно команде, подаваемой на вход управления счета, можно либо увеличивать, либо уменьшать на единицу содержание счетчика при каждом очередном тактовом импульсе. Сброс данных счетчика, чтобы на всех выходах устанавливался ноль, у одних схем асинхронный, у других синхронный, т.е. счетчик очистится при подаче на него сигнала сброса при следующем синхроимпульсе.

В России счетчики обозначаются аббревиатурой ИЕ, в зарубежной литературе применяется обозначение СТ.

Модуль счетчика – это число различных состояний, через который переходит счетчик в процессе полного цикла счета.

На рис. 7 представлен асинхронный счетчик по модулю 8, составленный из 3-х JK- триггеров. Каждый триггер работает в режиме переключения (J=K=1).

Рис. 7 Схема асинхронного счетчика по модулю 8

Пусть в начальный момент состояние выходов счетчика соответствует двоичному числу 0000 (очищен).

При поступлении тактового импульса на синхронный вход первого триггера, он переключится и на индикаторе появляется число 0001. Второй тактовый импульс возвращает первый триггер в исходное состояние, что в свою очередь приводит к переключению триггера номер два в состояние 1. На индикаторе появится 0010. И так далее срез сигнала на выходах каждого триггера запускает следующий триггер.

На рис. 8 представлена счетная последовательность (временная диаграмма) для счетчика по модулю 8. Под диаграммой представлены десятичные числа, соответствующие различным состояниям счетчика.

Рис. 8 Временная диаграмма асинхронного счетчика по модулю 8

Для некоторых быстродействующих цифровых устройств очень важно, чтобы все ступеньки счетчика срабатывали одновременно. Такой режим реализуется в синхронном счетчике. Пример такого счетчика приведен на рис. 9а. Это 3-х разрядный счетчик.

На рис. 9а видно, что тактовые входы триггеров соединены параллельно. Счетная последовательность приведена на рис. 9б.

Рис. 9 Синхронный счетчик по модулю 8: а) схема; б) временная диаграмма

Проследим за работой счетчика.

При подачи первого входного импульса на синхронные входа триггеров, переключится только первый триггер, поскольку только этого триггера на информационныхвходах действуют логические единицы. Он перейдет из состояния 0 в состояние 1, на выходе будет 001.

При подаче второго тактового импульса переключатся первый и второй триггеры, поскольку J=K=1. На выходе 010.

После третьего импульса переключится только первый триггер. Вообще первый триггер будет переключаться при каждом перепаде тактового импульса.

При четвертом импульсе триггер номер один и два переключатся из 1 в 0. А третий триггер переключится из 0 в 1, т.к. на J и K выходах первого и второго триггеров были логические 1, то элемент И подает на входы третьего триггера логические 1, и он переключится.

Рассмотренные выше счетчики работали в режиме прямого счета. Однако иногда требуется счет в обратном направлении.

Временная диаграмма реверсивного счетчика по модулю 16 представлена на рис. 10.

Рис. 10 Временная диаграмма реверсивного асинхронного счетчика по модулю 16

Схема вычитающего (реверсивного) асинхронного счетчика по модулю 8 похожа на схему счетчика прямого счета. Различие состоит в способе передачи сигнала от первого ко второму, от второго к третьему триггеру.

В счетчике прямого счета тактовый вход следующего триггера соединен с инверсным выходом предыдущего триггера. У реверсивного счетчика тактовый вход соединен с прямым выходом триггера.

У синхронного реверсивного трехразрядного счетчика J,K входы второго триггера соединены с инверсным выходом первого триггера, а вместо элемента И используется ИЛИ-НЕ [4, 5, 6].