 |
Классификация счетчиков
|
|
|
|
Классификация счетчиков выполняется по различным признакам:
По направлению счета входных импульсов счетчики делят на три группы:
· суммирующие, в которых с приходом каждого входного импульса в пределах счетного цикла к содержимому счетчика прибавляется единица;
· вычитающие, в которых с приходом каждого входного импульса содержимое счетчика уменьшается на единицу;
· реверсивные, в которых реализуются прямое и обратное направления счета.
По коэффициенту счёта счётчики делятся на:
· двоичные (бинарные), у которых Ксч = 2n, где n – количество триггеров;
· двоично-десятичные (декадные), Ксч = 10n, где n – число счётчиков;
· с переменным коэффициентом счёта Ксч 
2n, где n – количество триггеров.
По способу организации внутренних связей между триггерами выделяют:
· счетчики с последовательным переносом, или асинхронные счетчики, в которых входной импульс поступает только на первый триггер, а каждый последующий переключается выходным сигналом предыдущего;
· счетчики с параллельным переносом, или синхронные, в которых входные импульсы поступают на все триггеры счетчика одновременно;
· кольцевые счетчики, представляющие собой регистры сдвига замкнутые в кольцо, по которому под воздействием входных импульсов циркулирует одна или несколько кодовых единиц.
Основными показателями счётчиков являются:
1. Емкость счётчика, численно равная коэффициенту счёта, характеризует максимальное число импульсов, которое может сосчитать счётчик за один период работы. Емкость счётчика зависит от архитектуры
Ксч=2n,
где n – количество последовательно включённых триггеров.
2. Быстродействие определяется:
2.1 Разрешающей способностью tраз.сч, под которой подразумевают минимальное время между двумя входными сигналами, в течении которого ещё не возникает сбоя в работе счётчика (счётчик срабатывает без пропусков);
|
|
|
2.2 Временем установки кода счётчика tуст, равным времени между моментом поступления входного сигнала и переходом счётчика в новое устойчивое состояние.
Временные свойства зависят от временных характеристик триггеров и способа связей между собой.
На условном графическом обозначении в основное поле помещают буквы СТ (от counter – счётчик).
Счетчики с последовательным переносом и постоянным коэффициентом счета
Суммирующий счётчик
Счётчики с последовательным переносом строят на основе Т-триггеров с двухступенчатой структурой.
Рассмотрим простейший счётчик, состоящий из цепочки 4-х триггеров (рисунок 5.36). В такой цепочке каждый триггер называют разрядом счётчика.
Рисунок 5.36
Функционирование счётчика отражает временная диаграмма (рисунок 5.37).
В качестве исходного состояния принято состояние с нулевым уровнем на выходах всех триггеров: Q0 = Q1 = Q2 = Q3 = 0.
Срезом первого входного импульса Т переключается триггер младшего разряда DD1.1 c «0» на «1», на выходе Q0 =1, Q1 = 0, Q2 = 0, Q3 = 0, т.е. 00012 = 110;
Срезом второго импульса Т первый триггер переключится на «0», а второй перепишет единицу из первого, на выходе Q0 = 0, Q1 = 1, Q2 = 0, Q3 = 0, т.е. 00102 = 210.
По четвёртому импульсу на выходе Q0 = 0, Q1 = 0, Q2 = 1, Q3 = 0, т.е. 01002 = 410.
По восьмому импульсу на выходе Q0 = 0, Q1 = 0, Q2 = 0, Q3 = 1, т.е. 10002 = 810, и т.д.
По пятнадцатому импульсу на выходе Q0 = Q1 = Q2 = Q3 = 1, т.е. 11112 = 1510; по срезу 16-го импульса на счётчике Q0 = Q1 = Q2 = Q3 = 0, т.е. счётчик автоматически сбрасывается. При дальнейшем поступлении импульсов начинается новый цикл счёта.
Рисунок 5.37
Из временных диаграмм и схемы счётчика (рисунок 5.37) можно сделать следующие выводы:
1. Данный счётчик осуществляет счёт импульсов от 0 до 15, его Ксч = 24 = 16, т.к. в данном счётчике 4 разряда (триггера);
|
|
|
2. Максимальное число N, которое может быть записано в счётчике N = 2n -1 = 24 - 1 = 15;
3. Состояние разрядов (триггеров) представляет собой запись числа поступивших импульсов в двоичном коде (т.е. 0 или 1);
4. Состояния триггера отвечают в двоичном коде порядковому номеру воздействующего импульса. Например, после 11 входящего импульса на выходе Q0 = 1, Q1 = 1, Q2 = 0, Q3 = 1, т.е. 10112 = 1110. Записанное в счётчик число можно определить как:
M = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 = 8+0+2+1=11.
5. Результат счёта снимается в виде двоичного кода с выходов всех разрядов одновременно.
6. Каждый входной импульс увеличивает число, записанное в счетчик на 1. Такой счётчик называют суммирующим.
7. По срезу 16 импульса счётчик автоматически сбрасывается и начинается новый цикл счёта.
8. Частота повторения выходного сигнала в n разряде в 2n раза меньше частоты повторения входных импульсов Т, т.е.
9. У счётчиков, работающих в режиме деления, используется выходной сигнал, снимаемый с последнего триггера.
На рисунке 5.38 представлено УГО счётчика с Ксч=16.
Рисунок 5.38
Суммирующий можно реализовать на триггерах, счётный вход которых управляется фронтом входных импульсов. В этом случае их необходимо объединить так, как это показано на рисунке 5.39.
Рисунок 5.39
Срабатывание всех триггеров происходит по фронту счетного импульса Т. Поэтому, чтобы реализовать операцию суммирования, необходимо на триггеры DD2 и DD3 информацию подавать с инверсных выходов 
предыдущих триггеров.
Временная диаграмма работы счетчика показана на рисунке 5.39, б.
Достоинством счетчика с последовательным переносом является простота. Недостатком счётчика служит низкое быстродействие, (т.к. триггеры в счётчике срабатывают последовательно один за другим). Изменение состояния счётчика происходит с задержкой, вызванной переходными процессами на n - p – переходах транзисторов. Задержка нарастает с числом разрядов. У четырёхразрядных счётчиков задержка на четвёртом разряде в 4 раза больше задержки первого разряда.
Из-за такого накопления временных сдвигов в разрядах на выходах таких счётчиков могут появиться кратковременные ложные импульсы. Поэтому, несмотря на простоту, применение счетчиков с последовательным переносом ограничено цифровыми устройствами с небольшим числом разрядов.
|
|
|
Вычитающий счётчик
В вычитающем счётчике хранящееся двоичное числос каждым поступающим импульсом уменьшается на «1».
Схема трёхразрядного вычитающего счётчика динамическим управлением по срезу представлена на рисунке 5.40.
Рисунок 5.40
Для обратного счёта используются соединения по инверсным выходам триггеров, поэтому переключение триггера i -разряда будет происходить при срезе 
(т.е. при фронте 
).
Временные диаграммы работы счетчика представлены на рисунке 5.41.
В начале работы подачей сигналов на установочные входы S установлено состояние 
Перенос из младшего разряда в старший происходит при смене состояния младшего разряда с «0» на «1».
Переполнение счётчика происходит после седьмого импульса при достижении нулевого состояния. При фронте восьмого импульса счётчик возвращается в исходное состояние «1112».
Рисунок 5.41
Если вычитающий счетчик реализуется на базе Т -триггеров с управлением по фронту, то сигналы на входы последующих триггеров, в противоположность схемы рисунка 5.40, необходимо подавать с прямых выходов предыдущих триггеров (рисунок 5.42 а). Временная диаграмма работы счетчика с такой структурой приведена на рисунке 5.42, б.
Из временной диаграммы видно, что с каждым последующим счетным импульсом выходной код уменьшается на единицу (декрементируется). С последним восьмым импульсом счетчик возвращается в исходное состояние.
Таким образом, путем переключения выходов с инверсных на прямые и обратно, можно получить как суммирующие, так и вычитающие счетчики. Это свойство положено в основу построения реверсных счетчиков.
Отдельно вычитающие счётчики используются редко. Операция вычитания организуется вместе со сложением в реверсивных счётчиках.
Счетчики имеют маркировку ИЕ. Например, счётчики с последовательным переносом К155ИЕ2, К155ИЕ5.
Рис. 5.42
|
|
|
