Общие сведения о счетчиках

Счётчики относятся к функциональным узлам последовательностного типа, логическое состояние которых определяется последовательностью поступления входных сигналов. Счётчики применяются в различных цифровых устройствах. Назначение счётчика очевидно: это подсчёт числа некоторых событий или временных интервалов, либо упорядочение событий в хронологической последовательности. Счётчики могут выполнять и другие функции, например, их можно использовать для адресации, в качестве делителей частоты и элементов памяти.

Счётчик характеризуются прежде всего модулем счёта (ёмкостью) М. Он переходит при поступлении входных сигналов из состояния в состояние, после каждых М сигналов возвращаясь к началу цикла. Счётчики классифицируют по значению модуля, направлению счёта, способу организации межразрядных связей, по способу подачи тактового импульса.

По значению модуля счёта различают двоичные (М=2n ), двоично-кодированные (с произвольным модулем, но кодированием состояний двоичными кодами), счётчики с одинарным кодированием и др.

По направлению счёта счётчики делят на суммирующие (прямого счёта), вычитающие (обратного счёта) и реверсивные (с изменением направления счёта).

По способу организации межразрядных связей различают счётчики с последовательным, параллельным и комбинированными переносами. Параллельные счётчики называют синхронными, а последовательные - асинхронными.

Цифровую схему, выполняющую функцию счёта, можно собрать из триггеров. Рассмотрим некоторые схемы счётчиков.

Счётчики со сквозным переносом

Процедура двоичного и десятичного счёта показана в табл. 13.1. Используя 4 двоичных разряда (D , C , B и A ) можно считать от 0000 до 1111 (от 0 до 15 в десятичной системе). Столбец А соответствует самому младшему разряду, а столбец D самому старшему разряду. Если нужен счётчик, который считает от 0000 до 1111 (в двоичной системе), у него должно быть 16 различных выходных состояний, т.е. нужен счётчик с модулем 16 . На рис.13.1 показана схема счётчика по модулю 16 , составленная из 4 JK ‑триггеров. Каждый JK ‑триггер работает в режиме переключения (J=K=1 ). Пусть в начальный момент состояние выходов счётчика соответствует двоичному числу 0000 (счётчик очищен). При поступлении тактового импульса 1 на синхронизирующий вход (C ) триггера T1 этот триггер переключается (при прохождении среза импульса) и на индикаторе появляется двоичное число 0001 . Тактовый импульс 2 возвращает триггер T1 в исходное состояние 0 (Q=0 ), что в свою очередь приводит к переключению триггера T2 в состояние 1 (Q=1 ). На индикаторе появится число 0010 . Счёт продолжается: срез сигнала на выходе каждого триггера запускает следующий триггер.

Таблица 13.1.

Таблица двоичного и десятичного счета

Рис.13.1. Схема счетчика по модулю 16

Из табл.13.1 видно, что цифры (1 или 0 ) в столбце А изменяется на каждом шаге счёта, т.е. триггер T1 переключается с приходом каждого нового тактового импульса. Из столбца В видно, что триггер T2 переключается в два раза реже триггера T1 . Каждый более старший разряд «переключается» в 2 раза реже предыдущего.

На рис.13.2 показаны временные диаграммы при работе счётчика в процессе счёта до 10 (двоичное число 1010 ).

Рис.13.2. Временные диаграммы работы счетчика по модулю 16

Синхронизирующему входу состветствует верхняя диаграмма. Диаграммы для выходов Q триггеров T1 , T2 , T3 , T4 приведены ниже. Под диаграммами указаны двоичные числа, соответствующие различным состояниям счётчика. Из рис.13.2 видно, что тактовые импульсы запускают только триггер T1 , триггер T1 запускает триггер T2 , триггер T2 запускает триггер T3 и т.д. Каждый триггер воздействует только на один (следующий за ним триггер), поэтому для переключения всех триггеров необходимо некоторое время. Например, на импульсе 8 (рис.13.2) тактовый импульс запускает триггер T1 , вызывая его переключение в состояние 0 . Это в свою очередь приводит к переключению триггера T2 из состояния 1 в состояние 0 . Затем точно также переключается T3 . В момент установки на выходе Q триггера T3 уровня логического 0 запускается триггер T4 , который переключается из состояния 0 в состояние 1 . Таким образом, изменение состояний последовательно распространяется по цепочке триггеров. Рассматриваемый счётчик называют счётчиком со сквозным переносом . Кроме этого данный счётчик можно назвать асинхронным , поскольку предыдущий триггер вырабатывает для последующего тактовые импульсы. По направлению счёта счётчик, изображённый на рис.13.1 является суммирующим (прямого счёта).

Асинхронные счётчики по модулю 10

Счётчик по модулю 10 считает от 0000 до 1001 (от 0 до 9 в десятичной системе)