5.2. Синтез счетчиков
В системах логического управления широко применяют дискретные устройства ДУ с одним входом и п выходами (рис. 5.12), которые работают так.
На вход поступает последовательность чередующихся сигналов 0 и 1. На выходах формируются последовательности из аналогичных сигналов, которые могут иметь различные длительность и частоту следования. Значение каждого выходного сигнала в данный момент времени определяется числом сигналов 1, поступивших на вход дискретного устройства в предыдущие моменты времени. Очевидно, что в состав рассматриваемого дискретного устройства должно входить специальное устройство, считающее поступившие на вход активные сигналы. Такое устройство получило название счетчика. При этом рассматриваемое дискретное устройство реализуется в соответствии со структурой, в которую входят счетчик С и дешифратор ДШ (рис. 5.13).
Счетчик представляет собой устройство с памятью и работает так. С помощью входного сигнала в счетчик записываются числа, равные количеству поступивших на вход активных сигналов. Каждому числу соответствует определенное внутреннее состояние счетчика. Между числами и состояниями существует взаимно однозначное соответствие. Работа счетчика состоит в последовательном переходе из одного состояния в другое под воздействием входного сигнала. На диаграмме переходов счетчика (рис. 5.14) каждому из четырех его состояний (кружок на диаграмме) сопоставлен номер, соответствующий числу, которое представляет данное состояние. Переходы, показанные на диаграмме дугами, осуществляются под воздействием сигнала логической 1, при поступлении сигнала логического 0 счетчик сохраняет свое предыдущее состояние. Дешифратор представляет собой комбинационную схему, которая расшифровывает внутреннее состояние счетчика (т. е. записанное в нем число) и в соответствии с заданным законом формирует выходные сигналы.
Рис. 5.14. Диаграмма переходов счетчика
Каждый счетчик имеет конечное число состояний и поэтому может фиксировать определенное число N активных сигналов. После поступления на вход последнего N-го сигнала счетчик возвращается в исходное состояние, после чего начинается новый цикл его работы. Из диаграммы на рис. 5.14 следует, что для фиксации N сигналов счетчик должен иметь N внутренних состояний, одно из которых принимается за исходное. Число состояний счетчика называют модулем. Рассматриваемая диаграмма переходов построена для счетчика с модулем 4.
Широкое применение находят двоичные счетчики, в которых коды состояний отождествляется с числами, выраженными в двоичной системе счисления. Двоичные счетчики удобно строить на Т- и JK-триггерах. Т-триггер представляет собой счетчик с модулем 2. Последовательное включение Т-триггеров дает схему, считающую входные сигналы в двоичном коде. Каждый триггер соответствует одному из разрядов двоичного числа. Счетчик на Т-триггере с модулем М8 (рис. 5.15) состоит из триггеров А, В и С.
Рис. 5.15. Схема (а), временная диаграмма (б) и диаграмма переходов (в) счетчика
на Т-триггерах
Младшему разряду двоичного числа соответствует триггер А. Как видно из временной диаграммы, триггер А переключается всякий раз, когда сигнал х на его входе изменяет свое значение с 0 на 1. Триггер В изменяет свое состояние в моменты переключения триггера А из состояния 1 в состояние 0, так как его вход подключен к инверсному выходу триггера А. Аналогично работает триггер С в зависимости от состояния триггера В. В исходном состоянии в счетчике записано двоичное число 000 (все триггерынаходятся в исходном состоянии). При поступлении первого активного сигнала на вход х переключается триггер А, что соответствует записи 1 в младший разряд двоичного числа. В дальнейшем при поступлении каждого нового активного сигнала на вход х двоичное число, записанное в счетчике, увеличивается на единицу. При подаче последнего (восьмого) сигнала счетчик возвращается в исходное состояние. Счетчики подобного типа получили название счётчиков с суммированием.
Счетчик другого типа – счетчик с вычитанием (рис. 5.16) – работает следующим образом.
Рис. 5.16. Схема (а), временная диаграмма (б) и диаграмма переходов (в) счетчика
с вычитанием
В исходном состоянии в счетчике записано двоичное число 000. При поступлении на вход первого сигнала логической 1 одновременно переключаются все триггеры, в результате чего в счетчик записывается максимальное двоичное число 111. Затем каждый новый сигнал логической 1, поступающий на вход х, уменьшает двоичное число, записанное в счетчике, на единицу.
Счетчик, состоящий из п последовательно включенных триггеров, имеет модуль 2п. Для построения счетчика с модулем 2 п–1 < М < 2п требуется индивидуальное управление каждым триггером. При этом удобно использоватьдвухступенчатые синхронные JK-триггеры (см. рис. 5.11).