Такой счётчик переключается перепадом от 1 к 0, и обозначается: 1\0. Если переключение происходит перепадом от 0 к 1 (обозначается 0/1, то входы триггеров соединяются с инверсным выходом.

Принцип действия счётчиков.

Каждому числу импульсов на входе соответствует совокупность единиц и нулей на выходах ячеек. Полученное n-разрядное двоичное число однозначно определяет количество прошедших на входе импульсов.

Каждый разряд может находиться в 2-х состояниях: 1 и 0.

Основные характеристики.

Одним из основных параметров счетчика является модуль счета К_сч. Модуль счета (коэффициентом счёта, или коэффициентом пересчёта) К_сч - это число, характеризующее количество различных состоянии счетчика и определяет его ёмкость. Ёмкость - это число импульсов, доступных счёту за один цикл.

После поступления счетных сигналов счетчик возвращается в исходное состояние.

К_сч= М=2ⁿ, где n-числа разрядов.

Если число импульсов больше ёмкости (М) счётчика, то импульс под номером N=M переключит счётчик в нулевое состояние и счёт начнётся с начала.

Так например, 3-х разрядный счётчик может сосчитать 8 импульсов (от 0 до 2^n-1=7). При каждом 8 импульсе все триггеры переключатся в нулевое состояние и начинается новый цикл счёта.

Быстродействие счетчиков характеризуется двумя параметрами: Т_сч -разрешающее время счетчика и Т_уст - время установления кода счетчика. Разрешающее время счетчика Т_сч - минимальный период поступления счетных сигналов при котором не происходит ошибок в счете. Разрешающее время определяет максимальную рабочую частоту счетчика

F_сч = 1/Т_сч

Время установления кода счетчика Т_уст - это интервал времени между поступлением счетного сигнала на вход счетчика и установлением соответствующей кодовой комбинации на выходах счетчика. Поскольку при работе счетчика этот интервал зависит от конкретной кодовой комбинации (от того какие триггеры переключаются), за Т_уст принимается максимальный интервал времени, который имеет место при работе счетчика на всех возможных кодовых комбинациях.

Рассмотрим суммирующий и вычитающий асинхронный счётчик и суммирующий синхронный счётчик.

Триггер срабатывает по перепаду 1\0. Диаграмма работы и таблица состояния имеют вид, показанный, соответственно, на:

Рис. 4

Таблица №1

Изменение состояния триггеров происходит последовательно. Каждый более старший разряд переключается, если предыдущий разряд переключается из 1 в 0. Восьмой импульс переключает все триггеры в нулевое состояние и с 9-го импульса начинается новый цикл счёта.

Такой счётчик работает в весовом коде 1-2-4. Каждый разряд имеет свой «вес». Чем больше разряд, тем большим весом он обладает.

Под термином «вес» имеется ввиду объём информации, принятый счётчиком после установки его триггеров в единичное состояние.

Т.е. если вес равен «1» это значит, что триггер Т1 переключается каждым импульсом. Если вес равен «2» - что второй триггер Т2 переключается каждым вторым импульсом. Если «4» - что триггер Т3 переключается каждым четвёртым импульсом.

Счёт начинается со старшего разряда, имеющего максимальный вес.

Наибольшее распространение получили 4-х разрядные счётчики, работающие в весовом коде 1-2-4-8.

Вывод:

1. Триггер младшего разряда всегда переключается первым.

2. Разряды переключаются последовательно.

3. Триггер более старшего разряда переключается если на выходе предыдущего триггера «1» переходит в «0».

Если в счётчике используется триггер переключающийся перепадом 0/1, то входная последовательность соединяется с инверсным выходом предыдущего триггера.

Вычитающий асинхронный счётчик (вычитающий счётчик с последовательным переносом).

Вычитающий асинхронный счётчик такой счётчик, в котором зарегистрированное в нём число уменьшается.

Принцип действия вычитающего асинхронного счётчика.

По входам S в разряды счётчика заносится двоичное число, из которого вычитается число, представленное количеством входных импульсов.

Схема вычитающего асинхронного счётчика.

Рис. 5

3. Синхронные счётчики

Счетчики обычно строятся на базе синхронных триггеров. Для реализации синхронного (параллельного или одновременного) способа переключения разрядов необходимо счетный сигнал подать на входы синхронизации С триггеров всех m разрядов. Выходы триггеров являются выходами счетчика. Тип триггеров, с помощью которых синтезируется счетчик, выбирается исходя из имеющегося их набора в используемой серии ЦИС, быстродействия, простоты схемы и т.д.

Основная часть проектирования счетчика (или собственный синтез) состоит в определении сигналов, которые необходимо подать на информационные входы триггеров всех разрядов.

Последовательность синтеза синхронных счетчиков.

Синтез синхронных счетчиков при заданных модуле счете К_сч, типе триггеров и коде, в котором работает счетчик, производится в шесть этапов.

1. Определение количества разрядов счетчика и составление таблицы его функционирования.

2. Заполнение прикладных диаграмм Вейча.

3. Заполнение диаграмм Вейча для уравнений входов с использованием прикладных диаграмм Вейча и характеристических таблиц используемых триггеров.

4. Считывание с диаграмм Вейча уравнений входов в минимизированном виде.

5. Перевод уравнений входов в структурный вид в используемом базисе логических элементов.

6. Изображение схемы счетчика.

Синхронный суммирующий счётчик (счётчик с параллельным переносом).

Ко всем разрядам такого счетчика информация о состоянии предыдущих разрядов поступает параллельно, также одновременно поступают к ним счетные (входные) импульсы. При этом переключающиеся разряды переходят в новые состояния одновременно. Переключение их в нужной последовательности обеспечивается логическими цепями, которые при поступлении входного импульса одни триггеры удерживают от переключения, а другим разрешают переключиться. Триггеры такого счетчика, кроме счетного, должны иметь информационные входы, на которые поступают разрешения или запреты с логических цепей.

Синхронный счётчик - счётчик, в котором триггеры переходят в новые состояния одновременно (синхронно).

Принцип действия синхронных счётчиков

На входы всех триггеров счётные импульсы поступают одновременно, а переключение разрядов в нужной последовательности обеспечивается логическими цепями, которые один триггер удерживают от переключения, а другие переключают. Т.е., как и в асинхронных счётчиках очередной разряд суммирующего счетчика должен переключаться входным импульсом в 1, когда все предыдущие разряды уже находятся в этом состоянии. Такое условие выполняется, если на информационный вход каждого триггера подать конъюнкцию сигналов с прямых выходов предыдущих триггеров. Действительно, с конъюнктора на информационный вход триггера поступит разрешающая переключение 1, если все предыдущие триггеры находятся в 1, и по сигналу на счетном входе он переключится.

Схема суммирующего синхронного счётчика имеет вид:

Рис. 7

На Рис. 7 представлена функциональная схема четырехразрядного счетчика с параллельным переносом на JK-триггерах. На тактовые входы С всех триггеров счетные импульсы поступают одновременно с входа Т. Информационные входы J и К каждого триггера объединены. Триггер Т1 переключается каждым счетным импульсом, так как на его входы J и К постоянно подается 1. Остальные триггеры переключаются счетными импульсами при следующих условиях: Т2 - при Q₁ = 1; ТЗ - при Q₁ = 1, Q₂ = 1; Т4 - при Q₁=1, Q₂=1, Q₃ = 1.

Недостатком описанного счетчика является необходимость иметь конъюнкторы с большим количеством входов, число которых должно возрастать с увеличением числа разрядов.

Количество входов конъюнктора ограничено. Поэтому в многоразрядных счетчиках используют конъюнкторы с небольшим числом входов, которыми составляют многовходовые.

Рис. 8

На Рис. 8 изображена функциональная схема уже рассмотренного счетчика, содержащая двухвходовые конъюнкторы. Элементы И₁ и И₂ составляют трехвходовой конъюнктор, а элементы И1, И₂, И₃ - четырехвходовой. За счет последовательного включения конъюнкторов увеличивается время распространения логической 1 - сигнала, разрешающего переключение, т.е. уменьшается быстродействие счетчика. Однако время задержки сигнала логическим элементом в несколько раз меньше, чем триггером, поэтому выигрыш в быстродействии по сравнению со счетчиком с последовательным переносом все равно будет существенным.

Таким образом, работа суммирующего синхронного счётчика описывается следующим образом:

Триггер Т1 переключается каждым импульсом.

Триггер Т2 переключается когда Q1=1.

Триггер Т3 переключается когда Q1= Q2=1.

Таблица состояний рассматриваемого счётчика имеет следующий вид.

Таблица №2

Реверсивный синхронный счетчик.

Назначение.

Такой счетчик должен работать как на сложение, так и на вычитание. Из сравнения схем суммирующего и вычитающего счётчиков следует, что для перехода от сложения к вычитанию и обратно надо изменять подключение входа последующего триггера к выходам предыдущего.

Устройство и схема

Такая программа реализуется в схеме реверсивного счетчика.

До некоторой степени эта схема аналогична схеме суммирующего синхронного счетчика: на объединенные входы J и К каждого триггера подается конъюнкция сигналов с выходов предыдущих триггеров. Разница состоит в том, что входы J и К каждого триггера через дизъюнктор могут присоединяться к основному выходу предыдущего триггера (через конъюнктор верхнего ряда) или к инверсному выходу (через конъюнктор нижнего ряда).

Рис. 9

Работа

Чтобы осуществить сложение, на шину сложения подается 1, которой вводятся в действие конъюнкторы верхнего ряда. При этом на шине вычитания присутствует 0, за счет чего конъюнкторы нижнего ряда выключены. Вычитание осуществляется с подачей 1 на шину вычитания и 0 на шину сложения. Счетные импульсы поступают на вход T.

Каждый триггер переключается по тактовому входу С при J=К=1, что имеет место, когда на выходах всех предыдущих триггеров (на основных - при сложении, на инверсных - при вычитании) будут единицы. Как следует из изложенного ранее, это является условием правильной работы счетчиков в натуральном двоичном коде.

Пусть, к примеру, в счетчик, установленный на сложение, записано число 100₂=4₁₀ (Q3=1, Q2=Q1=0). Так как при этом, J3=K3=0, J2=K2=0 и постоянно J1=K1=1, то первый счетный импульс может переключить только первый разряд. Вслед за этим с выхода Q1, на входы J2, K2 поступит 1, поэтому второй счетный импульс установит в 1 второй разряд и сбросит в 0 первый. Далее процесс счета протекает аналогично и с приходом на вход каждого счетного импульса регистрируемое в счетчике число возрастает на единицу.

Пусть при тех же условиях (Q3=1, Q2=Q1=0) счетчик устанавливается в режим вычитания. Теперь входы J и К каждого триггера получают информацию с инверсного выхода предыдущего, т.е. сейчас J3=K3=1, J2=K2=1 и постоянно J1=K1=1. Поэтому первый счетный импульс переключит все рассматриваемые разряды, установив Q3=0, Q2=Q1=1, т.е. уменьшив предварительно записанное в счетчик число на единицу. Аналогично действует каждый входной импульс.

Синхронные счётчики имеют сложные узлы и чаще всего изготавливается в виде ИМС.

Выводы:

1. Младшие разряды переключаются всегда.

2. Очередной разряд суммирующего счётчика переключается входным импульсом в единицу когда все предыдущие разряды уже находятся в этом состоянии.

Размещено на Allbest.ru