10.2 Счетчики.

Последовательное устройство циклически переходящее из одного состояния в другое под действием сигнала, подаваемого на один вход, называется счётчиком.

Счетчики выполняют на запоминающих элементах – триггерах. Он фиксирует число импульсов, поступивших на его вход. В интервалах между ними счетчик хранит информацию об их числе. Совокупность единиц и нулей на выходах n триггеров (выходах счетчика) представляет собой n-разрядное двоичное число, однозначно определяющее количество прошедших на входе импульсов. Поэтому триггеры счетчика называют его разрядами.

Количество входных переключающих сигналов необходимых для перевода счётчика в исходное состояние называется коэффициентом пересчёта ( модулем счёта ).

Счётчики с наиболее распространёнными модулями счёта имеют специальные названия. Счётчик по модулю - двоичный , а - десятичный .

10.2.1 Классификация счетчиков.

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

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

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

Задать счётчик, значит задать последовательность переходов его из одного состояния в другое.

Основными параметрами счетчика являются:

1. модуль счета или коэффициент пересчета К_сч;

Модуль счета К_сч характеризует число устойчивых состояний счетчика, т. е. предельное число импульсов, которое может быть им сосчитано. После поступления К_сч входных импульсов счетчик возвращается в исходное состояние. Такие счетчики называются также делителями на число, равное К_сч.. По модулю счета счетчики подразделяются на двоичные, у которых К_сч=2^m, и недвоичные, у которых К_сч¹2^m, где m – положительное целое число.

2. быстродействие счетчика.

Быстродействие счетчика в свою очередь определяется двумя величинами:

• разрешающей способностью, т.е. минимальным допустимым интервалом времени между подачей двух входных импульсов, при котором не происходит потеря счета;

• временем установки t_уст кода счетчика, т.е. интервалом времени между моментом поступления входного сигнала и моментом завершения перехода счетчика в новое устойчивое состояние.

При этом должно выполняться условие t_р>t_уст.

10.2.3 Асинхронные двоичные счётчики

Наиболее просты счётчики по модулю

Такой счётчик описывается следующим выражением

Q^n-1+1 при Q^n-1 2^m-1

Qⁿ=0 при Q^n-1=2^m-1

При небольшом модуле можно пользоваться таблицей переключений:

A
0 1 2 3 4 5 6 7	0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

Из таблицы видно, что каждый из р. счётчиков есть Т-триггер.

В свою очередь Т-триггер можно реализовать на базе D или J-К синхронного триггера.

Т.к. переключающий сигнал – переходит из 0 в 1, то на следующий триггер он подаётся с инверсного выхода предыдущего триггера.

Вычитающий счётчик функционирует по выражению:

при

= при

Легко понять, что он будет отличаться от суммирующего лишь способом соединения триггеров (сигнал на последующий триггер берётся с прямого выхода предыдущего).

Возможно и построение реверсивного двойного счётчика с последовательным переносом. При этом нужно предусмотреть возможность изменения направления счёта таким образом, чтобы не вызвать в схеме лишнего переключения фронтом коммутирующего сигнала.

Сигнал на вход следующего счётчика при этом будет определяться следующим образом.

=

Несколько сложнее счётчики с модулем счёта М<2^к в этом случае возникает задача устранения лишних состояний - 2^к –М. Это может осуществляться либо сбросом счётчика при достижении заданного состояния в начальное состояние, либо предварительной установкой в начальное состояние, код которого равен числу лишних состояний.

По первому способу определяется количество триггеров в схеме

,

Строится обычный последовательный счётчик и комбинационной схемой формируется сигнал сброса в начальное состояние.

Пример. М=10

код, по которому схема должна вернуться в исходное состояние М=10 – 1010

Четыре последовательно включенных инвертора позволяют увеличить время воздействия импульса сброса и добиться установления в начальное состояние всех триггеров. Состояние 1010 является промежуточным. Длительность импульса сброса должна быть меньше периода следования счетных импульсов.

Синтез счетчика с предустановкой покажем на том же примере. Код предварительной установки 2⁴-10=6  0110. Схема на двух инверторах – формирователь отрицательного импульса выделяемого из спада импульса последнего триггера. Последовательность пробегаемых кодов в этой схеме

0110, 0111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111

Данный вариант схемы неудобен тем, что последовательность кодов не дешифруется стандартным дешифратором 410.

Основной характеристикой счётчика является разрешающее время счётчика – время соответсвующее максимальной частоте счёта. Для счётчиков с последовательным переносом.

- время разрешения первого триггера.

- задержка триггера.

- задержка схемы коммутации ( для реверс. счётчика)

- минимально-необходимая длительность состояния.

Выходной сигнал с последнего триггера счётчика имеет частоту следования в М раз меньшую. Здесь следует отметить, что двоичные счётчики, как и счётчики с произвольным модулем счёта имеют быстродействие, определяемое приведённой выше формулой. Однако, если такой счётчик используется как делитель частоты, то максимальная частота, подаваемая на его вход, равна максимальной рабочей частоте триггера.