17.5 Десятичный счетчик
Функциональная схема двоично-десятичного счетчика, выполненного на JK-триггерах и работающего с естественными весами кодов 8-4-2-1, показана на рисунке 17.9, а. Условное графическое изображение счетчика приведено на рисунке 17.9, б.
В исходное состояние счетчик приводится импульсом начальной установки У0 низкого уровня, подаваемого на входы R триггеров. Тактовые импульсы подаются на вход С первого триггера, находящегося в счетном режиме, поскольку на его входах управления J1 и K1 установлена лог. 1. C прямого выхода первого триггера импульсы подаются на счетные входы второго и четвертого триггеров.
а − функциональная схема; б − условное графическое
обозначение
Рисунок 17.9 – Двоично-десятичный счетчик
При
поступлении на вход счетчика первых
восьми импульсов декада работает как
обычный двоичный суммирующий счетчик.
Это объясняется тем, что второй триггер
также находится в «режиме деления на
два», так как J2=К2
=1. На входе К2
второго триггера постоянно установлен
высокий уровень напряжения U1,
а на входе J2
вплоть до прихода восьмого импульса
уровень лог.
1 подается
с инверсного выхода
четвертого триггера. Третий триггер
работает в режиме «деления частоты на
два» (J3
=K3
= Q2).
Четвертый триггер находится в режиме
управления
нулем (J4
= 0, К4=1)
и вплоть до восьмого на тактирующие
импульсы не реагирует (рисунок 17.10).
Рисунок 17.10 – Эпюры напряжений двоично-десятичного
Счетчика
К
моменту поступления восьмого импульса
на входах J4&J4
четвертого
триггера устанавливаются уровни лог.1
(J4=К4
=1), и триггер
переходит в счетный
режим. Восьмой импульс выключит первый,
второй и третий триггеры, а четвертый
триггер переведет в единичное состояние,
в результате чего на его инверсном
выходе
установится низкий уровень напряжения.
Уровень лог.
0 по цепи
обратной связи поступит на вход J2
второго триггера и переведет его в режим
управления
нулем. Девятый
импульс включает первый триггер, десятый
импульс выключает его и одновременно
перепад 1/0 с выхода первого триггера
выключает четвертый триггер, т.к. на его
входах J4
установились уровни низкого напряжения
и он перешел в режим управления
нулем (J4
= 0, К4
= 1).
17.6 Типовые счетчики
17.6.1 Асинхронные счетчики с последовательным переносом
Cуммирующие счетчики-делители К555ИЕ2, К155ИЕ4, К555ИЕ5 близки по логическим структурам и принципу действия: каждая микросхема содержит четыре триггера, определенным образом связанных между собой. В каждой микросхеме один из триггеров имеет отдельный вход и прямой выход, три оставшихся триггера соединены так, что образуют делитель на 8 в МСХ ИЕ5, делитель на 6 в МСХ К155ИЕ4 и на 5 в ИЕ2 (рисунок 17.11).
Микросхема К155ИЕ2 – это четырехразрядный двоично-десятичный счетчик, состоящий из четырех Т-триггеров, внутренне соединяемых для выполнения операций деления на два и пять (рисунок 17.12).
Входы установки нуля R0(0), R0(1) обеспечивают при высоком уровне сигнала одновременно на обоих входах и нулевом уровне хотя бы на одном из входов R9 возвращение выходов триггеров Q1– Q4 в состояние низкого уровня и запрещения счета по входам С1, С2. Вход Q1 не соединен с последующими триггерами, поэтому можно осуществить три независимых режима работы счетчика.
а − счетчик ИЕ2; б − счетчик ИЕ4; в − счетчик ИЕ5
Рисунок 17.11 – Условное графическое изображение ИС
При подаче тактовых импульсов на С1(14) и внешнем соединении Q1(12) c C2(1) выполняется операция двоично-десятичного счета (0…9) в коде 8-4-2-1. Первый триггер понижает входную частоту в два раза, второй – четвертый триггеры производят деление на 5 (таблица 17.5).
Если тактовые импульсы подавать на вход С2(1), а Q4(11) соединить со входом С1(14), то счетчик по-прежнему будет выполнять операцию десятичного счета, но на выходе Q1(12), будет формироваться меандр, а весовые функции кода будут 5-4-2-1 (Q1 Q4 Q3 Q2) (таблица 17.6).
Рисунок 17.12 – Функциональная схема двоичного счетчика К555ИЕ2
Таблица 17.5
N |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
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 |
Таблица 17.6
N |
Q1 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
5 |
1 |
0 |
0 |
0 |
6 |
1 |
0 |
0 |
1 |
7 |
1 |
0 |
1 |
0 |
8 |
1 |
0 |
1 |
1 |
9 |
1 |
1 |
0 |
0 |
Третий режим работы: счетчик со входом С2(1) производит счет тактовых импульсов 0…5, триггер DD1 со входом С1 производит операцию деления на два, и обе части счетчика не имеют между собой связи.
Микросхема К155ИЕ4 – это четырехразрядный счетчик, состоящий из двух независимых делителей на два и шесть (рисунок 17.13).
Рисунок 17.13 – Функциональная схема ИС К555ИЕ4
Возможны
следующие варианты включения микросхемы.
Входные импульсы поступают на вход С1
первого триггера, выход которого Q1
(12) подключен ко входу С2(1). В итоге
получаем делитель на 12, в котором первый
и четвертый триггеры работают в режиме
деления на два каждый, второй и третий
образуют делитель на три. Рассмотрим
работу второго и третьего триггеров,
охваченных обратной связью. После подачи
положительного сигнала начальной
установки триггеров R1&R2
в нулевое
состояние на входе J2
установится уровень лог.
1 (J2=
=1),
а напряжение на J3
будет равно
нулю (J3=
Q2=
0). Первый перепад тактирующего импульса
1/0, поступивший на вход С2, переведет
второй триггер в состояние лог.
1,
поскольку триггер находится в счетном
режиме (J2
=К2
=1). Третий триггер остается в исходном
состоянии, т.к. комбинация управляющих
сигналов J3
=0, К3
=1 соответствует режиму «управление
нулем».
Второй тактирующий импульс на входе С2 выключит второй триггер, т.к. на его входе по-прежнему J2 =К2 =1, и включит третий триггер, т. к. на его управляющих входах J3 установилась лог.1(J3 =К3). Третий тактирующий импульс сохранит состояние «0» второго триггера (J2 = Q3 = 0, К2 =1) и выключит третий триггер (J3=Q3=0, К2=1). Временные диаграммы, поясняющие работу счетчика ИЕ4, приведены на рисунке 17.14.
Один счетный цикл закончился, и оба триггера (второй и третий) оказались в исходном состоянии. Когда обе секции включаются последовательно, а входом служит триггер DD1, счетчик работает в коде 6-4-2-1 («веса» разрядов Q4Q3Q2Q1 – таблица 17.7).
Таблица 17.7
N |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
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 |
1 |
0 |
0 |
0 |
7 |
1 |
0 |
0 |
1 |
8 |
1 |
0 |
1 |
0 |
9 |
1 |
0 |
1 |
1 |
10 |
1 |
1 |
0 |
0 |
11 |
1 |
1 |
0 |
1 |
Рисунок 17.14 – Временные диаграммы работы счетчика К155ИЕ4
Второй способ включения счетчика заключается в том, что входным триггером является DD2 (вход С2), а выходным – триггер DD1. Сигналы на выходах Q1 Q4Q3 Q2 формируются согласно коду 6-3-2-1.
На счетчике К155ИЕ4 можно строить делители частоты с различными коэффициентами деления, используя только двухвходовую схему И на входе R или применяя дополнительные логические элементы (рисунок 17.15). В первом случае можно получить коэффициенты деления, двоичные коды которых содержат две единицы (например, 3 – 0011, 5 – 0101, 9 – 1001). Удобство второго варианта схемы заключается в том, что ее можно приводить к исходному состоянию с помощью внешнего сигнала.
а − ИС К155ИЕ4; б − временные диаграммы
Рисунок 17.15 – Схема декады
Микросхема К155ИЕ5 – четырехразрядный двоичный суммирующий счетчик с последовательным переносом, выполненный на двухступенчатых триггерах JK-типа. Счетчик имеет два счетных входа С1 и С2 и два входа установки нуля R01и R02 (рисунок 17.16). Цепочка из триггеров (DD2 – DD4) образует счетчик-делитель на 8, триггер DD1 работает как изолированный делитель на 2. При последовательном включении всех триггеров, когда выход Q1 соединяется с входом С2, получается счетчик-делитель на 16, работающий в коде 8-4-2-1. Работа в этом случае определяется таблицей 17.2. Если последовательность входных импульсов периодична, то частота сигналов на каждом выходе счетчика Q1– Q4 будет в 2, 4, 8 и 16 раз ниже входной. Установочные сигналы R01 и R02 логически перемножаются схемой И на DD5 и поступают на входы R каждого триггера. Это обеспечивает приведение счетчика к исходному (нулевому) состоянию или прекращение счета во время действия тактирующих импульсов. При использовании счетчика в качестве управляемого делителя частоты двухвходовую логическую схему DD5 можно использовать для организации обратных связей с целью изменения коэффициента пересчета (рисунок 17.17). До прихода десятого импульса счетчик работает как обычный двоичный последовательный делитель на два. Десятый импульс переводит триггеры микросхемы в состояние 1010, при котором на выходе четвертого (11) и второго (9) триггеов формируются уровни лог. Эти уровни поступают на входы R счетчика и переводят его в нулевое состояние, при этом Ксч становится равным 1010. На выходе Q2 (9) возникает короткий «всплеск» напряжения, который может оказаться помехой для устройств, связанных с этим выходом. Если декаду использовать лишь в качестве делителя частоты с выходом Q4(11), то этот «клык-всплеск» никакой роли не играет. При таком построении счетчик лишился входных цепей установки его в 0. Для реализации этой функции требуются дополнительные внешние логические элементы.
.
Рисунок 17.16 – Функциональная схема ИС К555ИЕ5
Рисунок 17.17 – Принципиальная схема декады на ИС К555ИЕ5
Микросхема К555ИЕ14 (рисунок 17.18) во многом напоминает микросхему ИЕ2. Она также содержит счетный триггер со входом С1 и делитель частоты на 5 со входом С2. При соединении выхода 1 счетного триггера (вывод 5) со входом С2 образуется двоично-десятичный счетчик, работающий в коде 1-2-4-8. Срабатывание триггера и делителя на 5 происходит по спадам импульсов положительной полярности. Различие с микросхемой ИЕ2 заключается в полярности импульсов сброса – триггеры микросхемы ИЕ14 устанавливаются в 0 при подаче на вход R лог. 0. Кроме того, в микросхеме ИЕ14 есть возможность предварительной установки триггеров счетчика. Для установки триггеров необходимый код следует подать на входы D 1– D8, а на вход Е – импульс отрицательной полярности. При лог. 0 на входе Е сигналы на выходах Q1 – Q8 повторяют сигналы на входах D1–D8, при лог. 1 происходит запоминание входной информации и возможен счетный режим работы микросхемы.
Рисунок 17.18 – Микросхемы ИЕ14 и ИЕ15
Микросхему
удобно применять в счетчиках с
предварительной установкой, например,
в цифровых шкалах радиоприемников и
трансиверов с учетом промежуточной
частоты.
Микросхема
К555ИЕ15
(рисунок 17.18) по своей структуре и
функционированию аналогична микросхеме
ИЕ14, но делитель со входом С2 делит
частоту на 8. Микросхема является двоичным
четырехразрядным счетчиком с
предварительной установкой, состоящей
из четырех двухступенчатых триггеров
и обеспечивающей деление на 2, 4, 8, 16.
Счетчик имеет отдельные счетные входы
С1 и С2 у первого и второго триггеров.
При последовательном соединении второго,
третьего и четвертого триггеров счетчик
обеспечивает деление частоты на восемь.
Счетчик имеет вход установки в нуль R,
четыре информационных входа D
и вход разрешения предварительной
установки Е. Предварительная установка
счетчика позволяет начинать счет с
любого числа от 0 до 15. В режиме
трехразрядного двоичного счетчика
входные счетные импульсы поступают на
вход С2.
Микросхема К555ИЕ19 – два четырехразрядных двоичных счетчика (рисунок 17.19, а), каждый из которых имеет два входа: R для установки триггеров счетчика в нуль при подаче на вход R лог.1 и С – для подачи счетных импульсов. Функциональная схема одного счетчика приведена на рисунке 17.19, б. Срабатывание счетчиков триггера происходит по спадам импульсов положительной полярности, подаваемых на вход С, выходной код счетчиков стандартный – 1-2-4-8. Для соединения счетчиков в один многоразрядный выход 8 (выход четвертого триггера) каждого предыдущего счетчика необходимо соединить со входом С каждого последующего.
Микросхема К555ИЕ20 – два четырехразрядных двоично-десятичных счетчика, каждый из которых аналогичен счетчику микросхемы ИЕ2, за исключением входов R установки в нуль (рисунок 17.19, в).
а − ИС К555 ИЕ19; б − функциональная схема; в − условное обозначение К555ИЕ20
Рисунок 17.19 – Условное обозначение
Каждый счетчик имеет триггер со входом С1(1,15), выходом Q1(3,13) и делитель частоты на 5 со входом С2(4,12) и выходами 2-4-8. Триггер и счетчик срабатывают по спадам положительных импульсов, подаваемых на входы С1 и С2, на входе R при счете должен быть лог. 0. Подача высокого уровня на вход R устанавливает триггер и счетчик в нуль. Для получения десятичного счета выход Q1 надо соединить с входом С2, выходной код при этом будет 1-2-4-8. Если же входные импульсы подавать на вход С2, а выход 8 соединить с входом С1, то выходной код счетчика будет 1-2-4-5, а на выходе 1 сигнал будет иметь форму меандра. Предельная частота работы триггера – 25 МГц, делителя на пять – 20 МГц.