2. Счетчики

Счетчиком называют устройство, осуществляющее счет числа поданных на его вход импульсов и фиксирующее это число в двоичном коде.

Счетчик представляет собой устройство, предназначенное для подсчета числа сигналов поступающих на его вход и запись этого числа в виде кода хранящегося в триггерах. Количество разрядов счетчика определяется наибольшим числом, которое должно быть получено в каждом конкретном случае.

По направлению счета все счетчики делятся на:

• суммирующие,

• вычитающие,

• реверсивные.

В суммирующих счетчиках с приходом каждого импульса результат счета увеличивается на единицу. У вычитающих счетчиков каждый последующий импульс уменьшает число счета на единицу. Реверсивные счетчики могут производить подсчет импульсов, как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания.

Обычно счетчики строятся на Т-триггерах. С приходом каждого импульса происходит изменение состояния триггеров. По состоянию триггеров можно определить число поступивших на вход импульсов. Число триггеров в счетчике берется таким, чтобы множество их состояний превышало число импульсов, которое должно быть зафиксировано. Такое использование счетчика называют режимом счета. Если число импульсов не ограничено, то счетчик будет работать в режиме деления их числа на коэффициент счета К_сч равный К_сч =2ⁿ, где n - число триггеров. Через каждые 2ⁿ импульсов он возвращается в начальное состояние и снова начинает счет.

Классификация:

1. По целевому назначению.

   1. Простые (суммирующие, вычитающие).

   2. Реверсивные – для работы в режиме сложения и вычитания.

2. По способу организации счета.

   1. Асинхронные – сигнал от разряда к разряду, передается естественным путем в различные интервалы времени, в зависимости от сочетания входных сигналов.

   2. Синхронные – сигналы от разряда к разряду, передаются принудительным путем с помощью тактовых сигналов.

3. По способу организации целей переноса между разрядами.

   1. С последовательным переносом.

   2. С параллельным.

   3. С частично параллельным переносом.

4. По системе счисления (двоичные, десятичные, счетчики с основанием не≠ 2).

2.1 Асинхронный двоичный счетчик с последовательным переносом(суммирующий).

Рис. 4. Асинхронный двоичный счетчик с последовательным переносом (суммирующий)

Триггеры в схеме соединены последовательно. Прямой выход одного соединен со счетным входом следующего триггера, схема обнуляется установкой 0. В исходном состоянии на счетчике 0 0 0 0. На вход J-K подаются единицы. Первый входной сигнал х_сч установит триггер (1) в состояние 1, все остальные останутся в состоянии 0. Второй входной сигнал установит первый триггер в состоянии 1, третий – 0, четвертый – 0.

2.2 Вычитающий счетчик

Рис. 5 Условное обозначение и таблица истинности вычитающего счетчика.

Рис. 6 Временная диаграмма вычитающего счетчика

В вычитающем счетчике поступление на вход очередного уровня лог.1 (очередного импульса) вызывает уменьшение хранившегося в счетчике числа на единицу.

2.3 Реверсивный счетчик

В реверсивных счетчиках предусматривается специальный переключательная схема для переключения со счетчика либо в режим сложения, либо в режим вычитания. В работе предусмотрены две цепи передачи переносов, одна из которых соответствует схеме суммирующего счетчика, другая — схеме вычитающего счетчика. Таким образом, счетчики, которые в процессе работы могут менять направление счета называются, реверсивными.

Реверсирования достигается тем, что в цепях меж разрядных связей производятся передачи либо сигнала переноса с прямых выходов Q, либо сигнала заема с инверсных выходов Q. Выбор знака операции «счет» определяется значениями сигналов на управляющих пиках «вычитания» или «суммирования». На входы D₁ – D₄ подается число, которым задается исходное состояние счетчика. Входы «+1» «-1» - раздельные входы, по которым счетчик складывает или вычитает. Выходы «1 – 4» - выходы Q. РП – перенос. В случае, когда счетчик досчитает до 15, на 16 импульс через выход единица переноса поступит на следующий разряд. В – выход заем.

Рис. 7 Реверсивный счетчик

Для счетных импульсов предусмотрены два входа: "+1" - на увеличение, "-1" - на уменьшение. Соответствующий вход (+1 или -1) подключается к входу С. Это можно сделать схемой ИЛИ, если вставить ее перед первым триггером (выход элемента к входу первого триггера, входы - к шинам +1 и -1). Непонятная картина между триггерами (DD2 и DD4) называется элементом И-ИЛИ. Этот элемент составлен из двух элементов И и одного элемента ИЛИ, объединенных в одном корпусе. Сначала входные сигналы на этом элементе логически перемножаются, потом результат логически складывается.

Число входов элемента И-ИЛИ соответствует номеру разряда, т. е. если третий разряд, то три входа, четвертый - четыре и т. д. Логическая схема является двухпозиционным переключателем, управляемым прямым или инверсным выходом предыдущего триггера. При лог. 1 на прямом выходе счетчик отсчитывает импульсы с шины "+1" (если они, конечно, поступает), при лог. 1 на инверсном выходе - с шины "-1". Элементы И (DD6.1 и DD6.2) формируют сигналы переноса. На выходе >7 сигнал формируется при коде 111 (число 7) и наличии тактового импульса на шине +1, на выходе <0 сигнал формируется при коде 000 и наличии тактового импульса на шине -1.

Рис. 8 Четырехразрядный двоичный счетчик

Вот типичный счетчик с предустановкой. СТ2 означает, что счетчик двоичный, если он десятичный, то ставится СТ10, если двоично-десятичный - СТ2/10. Входы D0 - D3 называются информационными входами и служат для записи в счетчик какого-либо двоичного состояния. Это состояние отобразится на его выходах и от него будет производиться начало отсчета. Другими словами, это входы предварительной установки или просто предустановки. Вход V служит для разрешения записи кода по входам D0 - D3, или, как говорят, разрешения предустановки. Этот вход может обозначаться и другими буквами. Предварительная запись в счетчик производится при подаче сигнала разрешения записи в момент прихода импульса на вход С. Вход С тактовый. Сюда запихивают импульсы. Треугольник означает, что счетчик срабатывает по спаду импульса. Если треугольник повернут на 180 градусов, т. е. задницей к букве С, значит он срабатывает по фронту импульса. Вход R служит для обнуления счетчика, т. е. при подаче импульса на этот вход на всех выходах счетчика устанавливаются лог. 0. Вход PI называется входом переноса. Выход p называется выходом переноса. На этом выходе формируется сигнал при переполнении счетчика (когда на всех выходах устанавливаются лог. 1). Этот сигнал можно подать на вход переноса следующего счетчика. Тогда при переполнении первого счетчика второй будет переключаться в следующее состояние. Выходы 1, 2, 4, 8 просто выходы. На них формируется двоичный код, соответствующий числу поступивших на вход счетчика импульсов. Если выводы с кружочками, что бывает намного чаще, значит они инверсные, т. е. вместо лог. 1 подается лог. 0 и наоборот. Более подробно работа счетчиков совместно с другими устройствами будет рассматриваться в дальнейшем.

Контрольные вопросы:

1. Что такое регистры и для чего они предназначены?

2. Какие регистры вы знаете?

3. Каково назначение запоминающего регистра?

4. Что такое выдвижение числа из регистра?

5. Что такое счетчики?

6. Какие счетчики называются реверсивными?

Литература:

1. http://lab201.jimdo.com/студентам/лекции-мдк-01-01/12-суммирующие-и-вычитающие-счетчики/

2. http://studopedia.su/10_9333_summiruyushchie-vichitayushchie-i-reversivnie-schetchiki.html

1 умножить

2 делить

11