2.2. Классификация счетчиков импульсов
Счётчики классифицируют:
- по направлению счёта:
1) суммирующие;
2) вычитающие;
3) реверсивные;
- по способу формирования внутренних связей:
1) с последовательным переносом;
2) с параллельным переносом;
3) с комбинированным переносом;
- по способу переключения триггеров во время счета импульсов:
1) асинхронные;
2) синхронные;
- по коэффициенту пересчета (модулю счета):
1) двоичные (с Ксч=2n);
2) недвоичные (с Ксч≠2n).
2.2.1. Асинхронный двоичный суммирующий счетчик
Асинхронный двоичный счетчик представляет собой совокупность последовательно соединенных триггеров (D - или JK-триггеров), каждый из которых ассоциируется с битом в двоичном представлении числа.
Если в счетчике m триггеров, то число возможных состояний счетчика равно 2m, и, следовательно, модуль счета М также равен 2m. Счетная последовательность в двоичном суммирующем счетчике начинается с нуля и доходит до максимального числа 2m - 1, после чего снова проходит через нуль и повторяется.
Рассмотрим
устройство двоичного суммирующего
счетчика по модулю М=16, выполненного на
базе JK-триггеров, изображенное на рис.1.
Рис.1. Устройство двоичного суммирующего четырехразрядного счетчика.
Как видно из рис.1, синхронизирующие входы всех триггеров, кроме крайнего левого (Т1), соединены с выходами предыдущих триггеров. Поэтому состояние триггера меняется в ответ на изменение состояния предыдущего триггера.
Принцип работы четырехразрядного двоичного асинхронного счетчика наглядно представлен в таблице истинности (табл.1).
Таблица 1
Таблица истинности двоичного асинхронного счетчика
-
№ импульса
Q3
Q2
Q1
Q0
1
0
0
0
1
2
0
0
1
0
3
0
0
1
1
4
0
1
0
0
5
0
1
0
1
6
0
1
1
0
7
0
1
1
1
8
1
0
0
0
9
1
0
0
1
10
1
0
1
0
11
1
0
1
1
12
1
1
0
0
13
1
1
0
1
14
1
1
1
0
15
1
1
1
1
Перед началом работы все разряды счетчика устанавливаются в нулевое состояние подачей отрицательного импульса на вход установки ТС.
После поступления на вход счётчика тактового импульса (который воспринимается по заднему фронту) первый триггер изменяет своё состояние на противоположное, то есть единицу.
Так как по приходу первого импульса изменилось состояние первого триггера, то этот триггер содержит младший разряд двоичного числа (единицы), поэтому в таблице истинности двоичного асинхронного счетчика его значение помещается на самом правом месте, как это принято при записи любых многоразрядных чисел. Подадим на вход счётчика ещё один тактовый импульс. Значение первого триггера снова изменится на прямо противоположное. На этот раз на выходе первого триггера, а значит и на входе второго триггера сформируется задний фронт. Это означает, что второй триггер тоже изменит своё состояние на противоположное. Продолжая анализировать временную диаграмму, можно определить, что на выходах приведённой схемы счётчика последовательно появляются цифры от 0 до 15. Эти цифры записаны в двоичном виде. При поступлении на счётный вход счётчика очередного импульса, содержимое его триггеров увеличивается на единицу. Поэтому такие счётчики получили название суммирующих двоичных счётчиков.
Временные диаграммы, поясняющие работу асинхронного суммирующего двоичного счетчика, приведены на рис.2.
Рис.2. Временные диаграммы работы асинхронного суммирующего двоичного счетчика.
В результате на выходе триггера первого разряда образуются прямоугольные импульсы, частота которых в два раза меньше, чем частота входных импульсов. Эти импульсы поступают на счетный вход триггера второго разряда. Первый импульс осуществляет подготовку единичного состояния триггера второго разряда, которое устанавливается после прекращения действия импульса. Второй импульс возвращает триггер второго разряда в нулевое состояние и т.д. Состояния триггера второго разряда будут характеризоваться импульсами, частота повторения которых в два раза меньше частоты повторения импульсов Q0. Триггер третьего разряда срабатывает от выходного импульса и его состояния изображаются импульсами которые имеют частоту повторения в два раза меньшую, чем частота повторения импульсов Q1. Кроме того, увеличивается и задержка импульсов Q2 относительно входных импульсов. Состояния триггера четвертого разряда характеризуются его выходными импульсами Q3, которые имеют частоту повторения в два раза меньшую, чем частота повторения импульсов Q2.
Важное свойство асинхронного счетчика: он является делителем частоты (частота на каждом последующем Q в 2 раза меньше).
Недостатком счетчика с последовательным переносом (суммирующего асинхронного счетчика) является задержка переключения триггеров на каждом шаге передачи единицы от разряда к разряду. Если превысить временной интервал между счетными (входными) импульсами, произойдет искажение информации. Следовательно, временная задержка переключения триггеров старшего разряда счетчика определяет максимальное значение частоты входных импульсов.