Принцип действия счетчиков электрических импульсов.

Счетчиком называют цифровое устройство осуществляющее счет поступивших на его вход импульсов. Количество импульсов, через которое повторяется исходное состояние счетчика, называют коэффициентом счета (модулем счета) К_сч. Счетчики состоят из цепочки последовательно включенных триггеров. Разрядность счетчика, а следовательно, и число триггеров N определяются К_сч.

По коэффициенту пересчета различают счетчики двоичные (К_сч = 2^N, где N — разрядность счетчика), десятичные (К_сч = 10^N, где N — количество декад счетчика), с произвольным постоянным К_сч, с изменяемым К_сч (программируемые). По направлению счета счетчики делятся на суммирующие, вычитающие, реверсивные.

Счетчик называют суммирующим, если после каждого очередного импульса цифровой код на выходе счетчика увеличивается на единицу.

В вычитающем счетчике после каждого импульса на входе счетчика цифровой код на выходе уменьшается на единицу.

Счетчики, в которых возможно переключение с режима суммирования на режим вычитания, называются реверсивными.

По своей структуре счетчики делятся на последовательные, параллельные и параллельно-последовательные. Последовательный двоичный счетчик образован цепочкой последовательно включенных счетных триггеров. В параллельном счетчике счетные импульсы подаются одновременно на входы всех разрядов счетчика.

Параллельные счетчики имеют большее быстродействие по сравнению с последовательными. Параллельно-последовательные счетчики имеют высокое быстродействие и большое значение коэффициента пересчета.

Асинхронный (последовательный) двоичный счетчик.Асинхронные двоичные счетчики строят из цепочки счетных триггеров, соединяя выход предыдущего с входом последующего.

Результат счета отображается на выходах счетчика в виде параллельного двоичного кода числа сосчитанных импульсов.

Коэффициент счета К_сч = 2^N. Так как из 2^N состояний одно приходится на нулевое состояние, то максимальное число, при котором счетчик полностью заполняется единицами, равно 2^N-1. На рис. 13.38. изображены четырехразрядный двоичный счетчик на Т-триггерах, срабатывающих по срезу входного сигнала, и временные диаграммы, описывающих его работу.

С приходом каждого следующего импульса параллельный двоичный код на выходе счетчика увеличивается на единицу. Число сосчитанных импульсов, после которых счетчик заполняется единицами, равно 15.

Рис. 13.38

По срезу 16-го импульса последовательно опрокидываются все триггеры, и счетчик переходит в исходное нулевое состояние. Поэтому 16-й импульс называют также и нулевым.

Счетчики с произвольным модулем счета К_сч строятся на основе микросхем двоичных и двоично-десятичных счетчиков. Одним из способов получения произвольного значения модуля счета является использование цепи обратной связи, сбрасывающей его в нулевое состояние, как только суммирующий счетчик переходит в состояние, равное К_сч.

Для счетчика, например, с К_сч = 10 нужны четыре триггера. Счетчик должен иметь десять устойчивых состояний (0, 1, …, 9). В том такте, когда он должен был перейти в одиннадцатое устойчивое состояние (число 10), его необходимо установить в исходное нулевое состояние

Рис. 13.39

Для такого счетчика можно использовать любой четырехразрядный счетчик (рис. 13.39) с цепями обратной связи с выходов, соответствующих числу 10 (т.е. 2 и 8), на входы установки счетчика в 0 (вход R).

В самом начале одиннадцатого состояния на обоих входах элемента И микросхемы появляются логические 1, вырабатывающие сигнал сброса всех триггеров счетчика в нулевое состояние

Рассмотренный счетчик является двоичным эквивалентом счетной декады, представляющим любую десятичную цифру ее двоичным кодом. Поэтому такой счетчик называют двоично-десятичным, а его выходной код – двоично-десятичным кодом (или кодом 8421).

Кольцевой счетчик можно получить из регистра сдвига, если выход последнего триггера соединить с D – входом первого (рис. 13.40). Перед началом счета, импульсом начальной установки, в нулевой разряд счетчика (Q₀) записывается логическая 1, в остальные разряды – логические 0. С началом счета каждый из приходящих счетных импульсов Т переписывает 1 в следующий триггер.

Рис. 13.40

Число поступивших импульсов определяется по номеру выхода, на котором имеется 1. Предпоследний (n – 1) – импульс переведет в единичное состояние последний триггер, а n – импульс переписывает единичное состояние на выход нулевого триггера, и счет начинается сначала. Коэффициент счета кольцевого счетчика равен числу триггеров (К_сч = N). Изменяя число триггеров N можно построить счетчик с произвольным коэффициентом счета.

Главная область применения кольцевых счетчиков – распределители импульсов, создающие необходимую временную последовательность управляющих сигналов.