7.2.1. Асинхронные суммирующие счетчики с последовательным переносом
Счетчик с коэффициентом счета Ксч = 2m представляет собой последовательную цепочку из m триггеров. С помощью дополнительного логического элемента можно изменять Ксч (деления) в пределах 2m-1<Kсч<2m, для чего входы логического элемента подключаются к выходам определенных триггеров, а его выход – ко входам R установки триггера в нулевое состояние, а иногда и ко входам S – установки в 1.
Работу такого счетчика рассмотрим на примере счетчика с Ксч = 5 (рис. 7.1).
При этом следует помнить, что на схеме младший раздел счётчика (т.е. триггер, но который поступают счётные импульсы) находится слева, а старший разряд права. В то же время, при записи двоичного числа, младший разряд изображается справа, а старший слева. Таким образом, двоичное число записанное в счётчик на рис 7.1, будет изображаться следующим образом:
M=Q222+ Q121+ Q020
а б
Рис. 7.1. Схема счетчика с коэффициентом счета Ксч = 5 (а) и его временная диаграмма (б)
Для получения такого Ксч достаточно 3 триггеров. Из таблицы состояний (см. табл. 7.1) видно, что после 5-го импульса счетчик будет иметь состояние 101. Чтобы организовать обратную связь и исключить лишние импульсы путем сброса счетчика в исходное состояние, подадим на 3 входовый элемент И–НЕ три высоких уровня со всех трех триггеров. Только в этом случае ячейка совпадения единиц И–НЕ даст 0 на выходе, который и сбросит триггеры в исходное состояние.
Другой пример: счетчик с Ксч = 13 (рис. 7.2). для реализации такого счётчика необходимо 4 тригера. Максимальное число, которое может быть записано в такой счётчик 1111(2) или 15(10).
Рис. 7.2. Схема счетчика с коэффициентом счета Ксч = 13
Коэффициенту счета Ксч = 13 = 8 + 4 + 1 = 1·23 + 1·22 + 0·21 + 1·20 (11012) соответствуют состояния Q3 = Q2 = Q0 = 1 (табл. 7.2).
Рис. 7.3. Временная диаграмма работы счетчика с коэффициентом счета 13
За цикл счета элемент DD5 сработает только 1 раз. Выходной сигнал 0 с элемента DD5 подается на R-входы всех триггеров, в том числе и на 2-й триггер. Сделано это для того, чтобы исключить ложное срабатывание DD2 после перехода DD1 в нулевое состояние, т. к. этот перепад после 13-го импульса подобен полезному сигналу. Временная диаграмма работы счетчика представлена на рис. 7.3.
Проектирование счетчика сводится к определению числа триггеров, виду логического элемента, организации связей между триггерами и логическим элементом.
Рассмотренные счетчики имеют коэффициент счета Ксч=5 и Ксч=13, т.е. выходной сигнал счетчика будет после 5-го или 13-го импульса. Выходным сигналом является переход с 1 на 0 сигнала Q2 (Q3).
Таблица 7.2
|
Счет |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Q0 |
Счет |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Q0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
12 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
13 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Если нужен не перепад, а импульс, то его можно получить с помощью схем формирования импульсов или других схем. Одну из таких схем рассмотрим далее на базе счетчика К155ИЕ5, логическая схема которого представлена на рис. 7.4.
Рис. 7.4. Логическая схема счетчика К155ИЕ5
В микросхеме К155ИЕ5 две группы триггеров: отдельный триггер DD1 и цепочка из трех триггеров (DD2 – DD4), которая образует счетчик с коэффициентом счета Ксч = 8. При последовательном включении всех триггеров получится счетчик с коэффициентом деления 16. Работа счетчика в этом случае определяется табл. 7.2.
В структуре счетчика имеется логический элемент DD5, который позволяет управлять режимами работы счетчика. В зависимости от комбинации входных сигналов возможны режимы, которые представлены в табл. 7.3. Этот элемент может быть использован и для получения требуемых коэффициентов деления.
Таблица 7.3
.
|
R¢0 |
R²0 |
Режим |
|
0 |
0 |
Счет |
|
0 |
1 | |
|
1 |
0 | |
|
1 |
1 |
Прекращение счета Q1 = Q2 = Q3 = Q4 = 0 |
Когда счетчик используется в качестве делителя частоты, то, немного усложнив схему, можно получить на выходе кратковременные импульсы вместо обычного перепада напряжения. Схема формирования кратковременного импульса на выходе микросхемы К155ИЕ5 (Кдел = 14 или 11102) представлена на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Схема формирования короткого импульса
Установка нуля счетчика происходит в этой схеме через триггер DD4, DD5. С приходом следующего входного импульса триггер возвращается в исходное состояние.