ЦИФРОВЫЕ СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ

Счетчик импульсов – устройство, производящее счет числа входных импульсов и фиксирующее это число в каком либо коде.

Счетчик строят на основе триггеров, поэтому счет импульсов ведется в двоичной системе счисления.

В устройствах цифровой обработки информации часто выполняется операция счета импульсов. Электрический сигнал преобразуют в импульсную последовательность, один из параметров которой содержит информацию о ее значении. Эта импульсная последовательность обрабатывается, делится на определенное целое число, подсчитывается и индицируется цифровыми индикаторами.

Классификация счетчиков:

• По коэффициенту (модулю) счета:

– двоичные (бинарные);

– двоично-десятичные (декадные) или с другим основанием счета;

– с произвольным постоянным модулем;

– с переменным модулем N = 2ⁿ.

• По направлению счета:

– суммирующие;

– вычитающие;

– реверсивные.

• По способу организации внутренних связей:

– с последовательным переносом;

– с параллельным переносом;

– с комбинированным переносом;

– кольцевые.

Модуль счетчика – это число различных состояний, через которые проходит счетчик в процессе одного полного цикла счета.

Назначение счетчиков:

– перечет числа некоторых событий или временных интервалов;

– упорядочение событий в хронологической последовательности;

– для адресации;

– в качестве делителей частоты и элементов памяти.

Классификационные признаки независимы и могут встречаться в
разных сочетаниях.

Введением дополнительных логических связей двоичные счетчики могут быть обращены в недвоичные. Десятичные счетчики работают с К = 10, двоичные – с К = 2.

Десятичные счетчики образуются из четырех разрядных двоичных счетчиков.

В суммирующем счетчике каждый входящий импульс увеличивает
число, записанное в счетчик на единицу. Вычитающий счетчик
действует обратным образом.

Реверсивный счетчик может работать в качестве суммирующего и вычитающего. Эти счетчики имеют дополнительные входы для
задания направления счета.

Когда счетчик используется в качестве делителя, направление счета не играет роли.

Главное достоинство счетчиков с последовательным переносом – простота схемы. Основной недостаток счетчика с последовательным переносом – сравнительно низкая частота переключения.

Счетчики с параллельным переносом состоят из синхронных триггеров. Они сложнее, но быстродействующие (t_з = τ_з · I · m).

Основные параметры счетчиков:

– модуль счета или коэффициент пересчета К;

– быстродействие счетчика;

– t_сч – частота счетных импульсов;

– t_у.сч – время установки счетчика.

Двоичные счетчики

Счетчик состоит из трех последовательно соединенных триггеров, имеющих вход R для установки в состояние 0 (рисунок 39).

Q0

Q2

Q1

а

б

Уст. 0

Уст. 0

Счет

Вход

R

ТГ3

ТГ2

ТГ1

R

R

R

T

T

T

Вход

T

в

t

t

t

t

Q

Q

Q

Рисунок 39 – Двоичные счетчики: а – трехразрядный счетчик; б – условное обозначение счетчика; в – временная диаграмма работы счетчика

Работа счетчика

В исходном положении все триггеры находятся в состоянии 0. По окончании 1-го импульса триггер ТГ2 перейдет в состояние 1 (Q₀ = 1).
По окончании 2-го импульса триггер ТГ1 переходит в состояние 0 (Q₀= 0).
По окончании импульса Q₀ триггер ТГ2 переходит в состояние 1 (Q₁ = 1) и т. д. После 8-го импульса все триггеры переходят в состояние 0 и счет повторяется.

Из таблицы 7 видно, что состояние триггеров отражает число поступивших на вход счетчика импульсов в двоичной системе счисления.

Таблица 7 – Переходы двоичного счетчика

Общее количество возможных состояний N (модуль), номер счетчика определяются количеством триггеров (n): N = 2ⁿ; № = 8.

Для получения счетчика, работающего в другом коде, применяют обратные связи.

В вычитающем счетчике импульсы вычитаются из содержимого счетчика (рисунок 40). Сначала все триггеры устанавливаются в состояние 1, входящий импульс переводит триггер ТГ1 в 0, а состояние остальных триггеров не изменяется (в счетчике будет записано 110). Следующий входящий импульс уменьшает число еще на одну единицу и т.д.

В десятичном счетчике (рисунок 41) с выхода триггера ТГ4 сигналы ОС поступают на входы триггеров ТГ2, ТГ3. Поэтому после поступления на вход счетчика 8-го импульса на выходе ТГ4 появляется сигнал 1, который переводит ТГ3, ТГ2 из состояния 0 в состояние 1.

C

TГ

У С К

Вход

20

B

TГ

У С К

22

У С К

23

A

TГ

У С К

21

D

TГ

Рисунок 40 – Вычитающий счетчик

TГ4

TГ3

TГ2

TГ1

Выход

Вход

S T R

S T R

S T R

S T R

Уст. 0

Рисунок 41 – Суммирующий десятичный счетчик (декадный)

9-й импульс переводит триггер ТГ1 в состояние 1, и все триггеры оказываются в состоянии 1. 10-й импульс переводит все триггеры в состояние 0, и счет начинается снова. Используя ОС, можно построить

счетчик, работающий в системе счисления с любым основанием.

Эти счетчики – последовательные (асинхронные), у которых импульсы поступают только на вход триггера 1-го разряда, а последующие триггеры управляются выходным сигналом предыдущего. Для высокого быстродействия применяют параллельные (синхронные) счетчики, в которых входной сигнал воздействует параллельно на входы синхронизации всех разрядов счетчика на JK-триггерах. Использованием JK-входов добиваются необходимой последовательности переключения триггеров.