Суммирующие счетчики

Процесс двоичного счета может быть описан посредством таблицы последовательности чисел, в которой каждое число соответствует определенному состоянию счетчика. Состояние 3-х разрядного суммирующего счетчика описывается таблицей 5.1.

Исходным состоянием такого счетчика является нулевое состояние.

На вход счетчика поступает последовательность счетных сигналов Т0.

Из таблицы следует, что с приходом очередного счётного импульсТ0 к содержимому счётчика прибавляется единица. При этом увеличивается на единицу номер состояния, являющийся десятичным экви­валентом соответствующего данному состоянию двоичного числа.

Изменение состояния каждого последующего разряда происходит при изменении со­стояния предыдущего разряда от 1 к 0. Это означает, что всякий раз, когда данный триггер в счётчике переходит из состояния 1 в состояние 0, на его выходе должен формироваться сигнал переноса, вызывающий срабатывание следующего триггера. Если же данный триггер перехо­дит из 0 в 1, то сигнала переноса на его выходе не должно быть.

Из таблицы.5.1 также следует, что триггер первого, самого младшего разряда, должен менять своё состояние каждый раз с прихо­дом очередного счётного импульса, а триггер каждого последующего разряда - вдвое реже триггера предыдущего разряда.

Таблица 5.1

Процесс двоичного счета суммирующего счетчика

Описанные порядок смены состояний счётчика и характер процесса их установления могут быть реализованы, если счётчик будет построен на последовательно соединённых Т-триггерах.

Каждый последующий разряд при этом будет переключаться сигналом переноса, формируемым на выходе предыдущего разряда.

Счётные импульсы должны быть поданы на вход триггера самого младшего разряда.

Счётчики, построенные таким образом, получили на­звание счётчиков с последовательным переносом.

Схема суммирующего счетчика с последовательным переносом на Т – триггерах приведена на Рис.5.2 а.

(а)	(б)
Рис. 5.2. а-суммирующий счетчик с последовательным переносом, б-диаграмма его работы

Диаграмма работы суммирующего счетчика представлена на рисунке (Рис.5.2 б).

Максимальная частота работы такого счетчика определяется максимально допустимой частотой переключения его младшего разряда.

Частота следования сигналов счета составляет Fсч ≤1/ (tсч + tзд.тр).

Числа формируемые счетчиком могут быть выведены из него в параллельном коде (прямой или обратный) посредством одновременного опроса состояний всех разрядов счетчика. Такой опрос может происходить только в паузе между сигналами счета, т.е. после того, как завершится переходной процесс, связанный с переключением триггерной схемы.

В этом случае минимальный период следования счетных импульсов должен быть увеличен на время, необходимое для полного переключения всех m-разрядов счетчика и опроса его состояния:

Тсч ≥ tсч + m*tзд.т + tопр, где

tсч – доительность счетного импульма Т0;

tзд.т – время переключения триггера;

tопр – длительность сигнала опроса.

На Рис.5.3. представлена функциональная схема (а) и условное обозначение (б) суммирующнего двоичного счетчика с последовательным переносом с предварительной установкой в нулевое состояние.

Для установки исходного состояния служит шина «Уст.0», в которой объединены установочные R-входы всех триггеров. Нулевое состояние триг­геров устанавливается подаваемым по этой шине положительным импульсом напряжения ме­жду уровнями 0 и 1.

На левом поле условного графического обозначения счётчика (Рис.53,б) показано, что его входом является Т1 вход первого разряда, а на правом поле указан «вес» каж­дого разряда.

(а)	(б)
Рис.5.3. Функциональная схема (а) и условное обозначение (б) суммирующнего двоичного счетчика с последовательным переносом с предварительной установкой в нулевое состояние

Вычитающие счетчик

Вычитающий счётчик с последовательным переносом имеет обратный порядок смены состояний: с приходом очередного счётного импульса содержащееся в счётчике число умень­шается на единицу (табл.5.2).

Таблица 5.2

Процесс двоичного счета вычитающегоо счетчика

Другая особенность вычитающего счётчика - триггер каждого последующего разряда переключается в противоположное состояние при изменении уровня на выходе триггера предыдущего разряда от 0 к 1, т.е. при сигнале займа, обратном сигналу пере­носа в суммирующем счётчике.

Строится вычитающий счётчик так же, как суммирующий, но с тем отличием, что со входом каждого последующего триггера в отличие от Рис.5.2.а соединяется инверсный выход предыдущего триггера.

(а)	(б)
Рис. 5.3. а-вычитающий счетчик с последовательным переносом, б-диаграмма его работы

Кроме суммирующих и вычитающих счетчиков имеются реверсивные счетчики.

Реверсивные счетчики изменяют направление счета под воздействием управляющего сигнала. На Рис. 5.2 и 5.3 видно, что счетчики прямого и обратного счета различаются лишь точкой съема сигнала, подаваемого с предыдущего разряда на последующий. Если управляющий сигнал перестраивает межразрядные связи, перенося точку съема сигнала с одного выхода триггера на другой, то реализуется схема реверсивного счетчика (Рис.5.4).

Рис. 5.4. Реверсивный счетчик

У асинхронных счетчиков (или счетчиками с последовательным переносом) каждый триггер переключается выходным сигналом предыдущего триггера. Временные состязания сигналов в таких счетчиках отсутствуют, поскольку триггеры переключаются поочередно, один за другим. Последовательные счетчики отличаются простотой схемы, но обладают низким быстродействием.

В составе стандартных серий цифровых микросхем асинхронных счетчиков немного. Для примера на 5.5 приведен 4-х разрядный двоичный счетчик ИЕ5;

Рис. 5.5. ИС асинхронного счетчика ИЕ5

Счетчик ИЕ5 имеет две части: один триггер (одноразрядный счетчик) со входом С1 и выходом 1 и три триггера (трехразрядный счетчик) со входом С2 и выходами 2, 4, 8. Оба счетчика - двоичные, то есть первый считает до двух, а второй - до 8.

При объединении входа С2 с выходом 1 получается 4-разрядный двоичный счетчик, считающий до 16. Счет производится по отрицательному фронту входных сигналов С1 и С2. Предусмотрена возможность сброса счетчика в нуль по сигналам R1 и R2, объединенным по функции И.

Таблица истинности счетчика ИЕ5 при соединении входа С2 и выхода 1 (при 4-разрядном выходном коде) приведена в Таблице. 5.5.

Таблица 5. 5. Таблица истинности счетчика ИЕ5
Выходы	Выходы
С1	R1	R2
Х
1 0		Х	Счет
1 0	Х		Счет