79. Способы ускорения переноса в счетчике. Счетчик со сквозным переносом. Связь между задержкой переключения разряда и максимальной частотой счета.

Другой вариант структуры синхронного счетчика – это структура со сквозным переносом. Перенос формируется только из единичных результатов соседних разрядов. Для этих целей достаточно использовать только двухвходовые элементы И при любой разрядности счетчика (рис. 5.19). Перенос между разрядами осуществляется через каждый элемент И (ЛЭ1 и ЛЭ2) в их последовательной структуре. Отсюда следует, что общее время срабатывания всего счетчика определяется временем срабатывания одного триггера и суммарным временем задержки последовательной цепи логических элементов И. Выигрыш по быстродействию в такой структуре осуществляется за счет меньшего времени срабатывания одного логического элемента по сравнению со временем срабатывания одного триггера. При достаточно большой разрядности счетчика, время задержки во всех элементах И может оказаться значительным и сравняться с временем срабатывания одного триггера.

Рис. 5.19. Структурная схема четырехразрядного суммирующего счетчика со сквозным переносом.

Рассмотрим работу 4-х разрядного синхронного двоичного счетчика со сквозным переносом.

Входной сигнал Х_сч подается одновременно на все входы С разрядов счетчика. Переключение каждого j –го триггера возможно при наличии на его информационном входе Тj сигнала «1». Изменение состояния старших разрядов счетчика возможно только в случае если все предшествующие разряды находятся в состоянии «1». Если Тj = 0, то триггер находится в режиме запоминания. При подаче на вход «1» он работает как асинхронный триггер со счетным входом. Длительность переходного процесса определяется задержкой сигнала в элементах И. Из–за разброса длительностей переходных процессов в триггерах возможно иногда возникновение «гонок», когда сигнал переноса распространяется через ТТ и И параллельно вызывает появление ложных сигналов на выходах триггеров Qi.

Как известно, триггер i-го разряда переключается, если (i - 1)-й триггер к моменту поступления на его вход очередного счетного сигнала T’i-1 находился в единичном состоянии, т.е. имеет место Q’i-1T’i-1 = 1. Поэтому с целью ускорения переноса можно входной сигнал T’i 1 пропустить на вход i-го триггера с помощью элемента И, минуя (i-1)-й триггер (рис 13.30). Триггеры могут быть асинхронными и синхронными. Соответственно этому счетчики получаются асинхронными или синхронными. Счетчик на рис. 13.30 будет синхронным, если в качестве счетного входа использовать вход синхронизации С, показанный пунктиром. Из временных диаграмм для асинхронного счетчика, представленных на рис. 13.30 в, видно, что благодаря схеме переноса на входы второго, третьего и т. д. триггеров транзитом передаются соответственно каждый второй, четвертый и т.д. входные импульсы. При этом прохождение импульсов на вход последнего триггера задерживается на время переноса

Время установления счетчика

Принимая во внимание, что время задержки прохождения сигнала через ЛЭ И меньше, чем через триггер, выигрыш в быстродействии у счетчиков со сквозным переносом по сравнению со счетчиками с последовательным переносом очевиден. У синхронного счетчика со сквозным переносом счетным входом является объединенный вход синхронизации C всех триггеров, благодаря чему они переключаются одновременно. Информационный вход первого триггера становится входом разрешения режима счета Е (на рис. 13.30, а обозначение входов для данного варианта показано в скобках, а условное изображение приведено на рис. 13.30,г). При E’ = 1 все сигналы T’I = 0, и счетчик находится в режиме хранения. При Е' = 1 устанавливается режим счета.

Время переноса и время установления здесь такие же, как и у асинхронного счетчика. Однако поскольку в асинхронном счетчике в течение всего времени t_УСТ идет непрерывное (с задержкой t_ЗД.СР) переключение триггеров, то для съема информации необходимо дополнительное время, т.е. увеличение периода следования входных импульсов. В синхронном счетчике триггеры переключаются одновременно (по счетному импульсу) и лишь потом происходит перенос в цепи логических элементов. Значит, для съема информации дополнительного времени не требуется – можно использовать время t_ПЕР. В этом смысле быстродействие синхронного счетчика выше, чем асинхронного.