2. Счетчики
2.1 Классификация счетчиков
Счетчиками называется автоматы, которые под действием входных импульсов переходят из одного состояния в другое, фиксируя тем самым число поступивших на их вход импульсов в том или ином коде.
В общем случае счетчиком является схема, диаграмма состояний которой представляет собой кольцо. Модулем счета называтся число состояний в этом кольце.
По способу кодирования внутренних состояний различают двоичные счетчики, счетчики на основе сдвигающих регистров (кольцевые счетчики, счетчики Джонсона, полиномиальные счетчики и т.д.).
По направлению счета счетчики делятся на суммирующие (прямого счета – Up counters), вычитающие (обратного счета – Down counters), реверсивные (с изменением направления счета – Up/Down counters).
По принадлежности к тому или иному классу автоматов говорят об асинхронных или синхронных счетчиках.
По способу организации переноса между разрядами различают счетчики с последовательным, параллельным и комбинированным (групповым переносом).
Возможные режимы работы счетчиков:
регистрация числа поступивших на вход сигналов;
деление частоты.
В первом режиме результатом является содержимое счетчика, во втором – импульсы с выходов счетчика.
Быстродействие счетчика характеризуется временем установления в нем нового состояния, а также максимальной частотой входных сигналов.
Двоичные счетчики
Самыми распространенными являются двоичные счетчики. Удобнее всего для построения двоичных счетчиков использовать Т-триггеры.
Двоичный n-разрядный счетчик состоит из n триггеров и у него имеется 2n состояний, через которые он проходит в последовательности 0,1,… 2n-1, 0,1,… Кодом каждого состояния служит соответствующее n-разрядное число.
Последовательные (асинхронные счетчики)
Схема последовательного счетчика на T триггерах, управляемых фронтом синхросигнала, представлена на рис. 7
Рис. 7
Схема последовательного счетчика на T триггерах, управляемых отрицательным фронтом (спадом) синхросигнала, представлена на рис. 8.
Рис.8
Обе схемы построены на Т-триггерах . Синхровход является входом Т.
Приведенные счетчики имеют модуль счета 16.
Таблица состояний счетиков (Таб. 3).
-
Прямой счет
Обратный счет
q3 q2 q1 q0
q3 q2 q1 q0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 1
1 1 1 1
0 0 1 0
1 1 1 0
0 0 1 1
1 1 0 1
0 1 0 0
1 1 0 0
0 1 0 1
1 0 1 1
0 1 1 0
1 0 1 0
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 0 0
1 0 0 0
1 0 0 1
0 1 1 1
1 0 1 0
0 1 1 0
1 0 1 1
0 1 0 1
1 1 0 0
0 1 0 0
1 1 0 1
0 0 1 1
1 1 1 0
0 0 1 0
1 1 1 1
0 0 0 1
После состояния 1111 в суммирующем счетчике следует состояние 0000.
В вычитающем счетчике после состояния 0000 следует состояние 1111.
Из таблицы следует, что младший разряд (q0) переключается по каждому входному импульсу (последовательность значений q0 010101…, разряд q1 переключается по каждому второму входному импульсу (последовательность 001100110011..), разряд q2 переключается по каждому четвертому входному импульсу (последовательность значений 0000111100001111…), разряд q3 переключается по каждому восьмому импульсу на входе (последовательность 0000000011111111. Следовательно, частота переключений каждого следующего по старшинству разряда вдвое меньше, чем частота переключений предудущего разряда.
Так как счетный триггер делит частоту на два, получаются схемы на основе T-триггеров, приведенные на рис. 7 и 8.
Представленные схемы относятся к асинхронным счетчикам, т.к. в них каждый триггер переключается выходным сигналом предыдущего, и эти переключения происходят не одновременно. В худшем случае перенос распространяется по всем разрядам от младшего разряда к старшему. Поэтому время установления кода в асинхронном счетчике Т n, где - время переключения триггера.
Максимальная частота входных импульсов ограничиваeтся возможностями триггера младшего разряда, т.к. все последующие разряды переключаются с более низкими частотами.
Основное достоинство таких схем – простота. Недостатками являются сравнительно низкое быстродействие, а также возникновение в переходных процессах ложных состояний из-за задержек переключения триггеров.
Если на входы J и K триггеров подавать вместо уровня логической единицы сигнал разрешения счета, то получится счетчик со входом Enable (рис. 9).
Рис. 9
Временная диаграмма суммирующего счетчика (рис.7) приведена на рис. 10
Рис.10
Схема 3-битного реверсивного счетчика на D триггерах, используемых в качестве T триггеров, представлена на рис. 11.
q3
Рис.11
В таблице Таб.4 приведены режимы работы данной схемы:
Таб.4
-
Up Count
Down Count
Режим
0
0
Хранение
0
1
Обратный счет
1
0
Прямой счет
1
1
Запрещенная комбинация
Когда на входах Up_Count и Down_ Count нули, то на выходе схем NOR будет “1”. Состояние триггеров не меняется даже при изменении сигнала на входе схемы
При наличии комбинация 11 на входах Up_Count и Down_Count на выходе схем NOR будут нули. При неизменном входном сигнале это так же режим хранения.
При изменении сигнала на входе из 0 в 1 на выходе схемы NOR может появиться перепад из 0 в 1, который может вызвать переключение триггера q1.