Счетчики

Основные параметры счетчика
Классификация счетчиков
Двоичные счетчики
Счетчик с параллельным переносом

Счетчиком называется последовательное устройство, предназначенное для счета входных импульсов и фиксации их числа в двоичном коде.
Любые счетчики строятся на основе N однотипных связанных между собой разрядных схем, каждая из которых в общем случае состоит и TG и некоторой комбинационной схемы, предназначенной для формирования сигналов управления триггером.
Счетчик может выполнять следующие микрооперации над кодовым словом:

1. установка в исходное состояние (запись нулевого кода)- установка в нулевое состояние;
2. запись входной информации в параллельной форме;
3. хранение информации;
4. выдача хранимой информации в параллельной форме;
5. инкремент – увеличение хранящегося кодового слова на единицу;
6. декремент - уменьшение хранящегося кодового слова на единицу.

Основные параметры счетчика:

1. Модуль счета М – основной статический параметр, который характеризует максимальное число импульсов, после прихода которого счетчик устанавливается в исходное состояние.
2. Время установления выходного кода tk – основной динамический параметр, который характеризует временной интервал между моментом подачи входного сигнала и моментом установления нового кода на выходе.

Классификация счетчиков

1.По значению модуля счета:
- двоичные, Мкот = целой степени числа 2 (М=2ⁿ);
- двоично-кодированные, в которых М может принимать любое неравное целой степени числа 3, значение.

2.По направлению счета:
- суммирующие, выполняющие микрооперацию инкремента над хранящимся входным словом;
- вычитающие выполняющие микрооперацию декремента над хранящимся входным словом;
- реверсивные, выполняющие либо микрооперацию инкремента, либо декремента в зависимости от управляющего сигнала.

3.По способу организации межразрядных связей:
- счетчик с последовательным переносом, в котором переключение триггеров разрядных схем происходит последовательно один за другим;
- счетчик с параллельным переносом, в котором переключение всех триггеров разрядных схем происходит одновременно по сигналу синхронизации С;
- счетчик с комбинированным последовательно-параллельным переносом, когда используются различные комбинации способов переноса.

Двоичные счетчики

   Рассмотрим на примере счетчик с модулем счета М=8 , необходимо как минимум  три триггера.
   Обратимся к таблице трехразрядных двоичных чисел:

Младший разряд Q0 изменяет свое состояние с приходом каждого импульса синхронизации С.
-Q1 – изменяет свое состояние с приходом каждого 2-го С.
- Q2 - изменяет свое состояние с приходом каждого 4-го С.
Данный алгоритм можно реализовать на асинхронных Т-триггерах:

   Синхронизация каждого следующего триггера производится выходным сигналом предыдущего триггера, а переключение первого триггера (формирующего Q0) – непосредственно последовательностью синхроимпульсов.

Переключение триггера должно происходить по спаду импульса.
Инкремент (сложение) реализуется на асинхронном Т-триггере с инверсным динамическим входом.
Декремент (вычитание) реализуется на асинхронным Т –триггере с прямым динамическим входом.
   Если для синхронизации каждого последующего асинхронного триггера использовать инверсный выход триггера,
Суммирующий счетчик инкремент: ( используется прямой динамический вход)

вычитающий счетчик (используется инверсный динамический вход)

Направление счета счетчика может изменятся путем изменения межразрядных  связей: включается в состав каждой разрядной схемы MS (как в последовательно- параллельном или реверсивном RG)

Сигнал V определяет направление счета :
V=1 суммирующий счетчик
V=0 вычитающий счетчик
   Все рассмотренные выше счетчики являются счетчиками с последовательным переносом, т.к. переключение каждого последующего триггера происходит только после переключения предыдущего триггера.
Достоинство- счетчика с последовательным переносом – простота внутренней структуры.
Недостаток - счетчика с последовательным переносом – большое время установления выходного кода tk
tk≠const, зависит от конкретного значения его выходного кода.
tк max будет в случае изменения выходного кода со значения 111….в 000….. или наоборот
tк max=Ntkтр., где
N – число разрядов в счетчике
tkтр – время переключения одного разряда счетчика
Понизить tmax можно при условии, что все триггеры его разрядных схем будут переключаться одновременно. Для этого:
1.используют синхронные триггеры
2.организуют сигналы, определяют порядок переключения триггеров до прихода сигнала С.
               Вернемся к таблице последовательности двоичных чисел: для суммирующего счетчика (для вычитающего таблица пойдет вверх)

 Из таблицы видно, что переключение каждого последующего триггера происходит только, когда все предыдущие триггеры установлены в 1, т.е.
, где
Qi,n+1 - значение i-го разряда счетчика в (n+1) момент времени
Qi,n - значение i-го разряда счетчика n-ный момент времени
pi  = Q0,n ,Qi,n Qi-1,n  - сигнал переноса
Необходимо сформировать сигнал переноса.

Время установленных сигнала счетчика
tmax=1tmp время переключения одного триггера

Счетчик с параллельным переносом

Сложность практической реализации данных счетчиков состоит в том, что с увеличением числа разрядов счетчика увеличивается и число входов в логический элемент «И», используемых в цепях формирования переноса.
   В счетчиках с параллельным переносом направление счета не зависит от вида динамического входа Т (прямой или инверсный) .
   Зависит только от вида выхода Т, который используется для формирования сигнала переноса.  Комбинированные схемы, идея которых состоит в разбиении разрядных схем счетчика на группы, внутри которых осуществлен параллельный; либо последовательный перенос.
   Формирование сигнала переноса между группами выполняется логическим элементом «И» только когда триггеры всех входящих в данную группу разрядных схем установлены в «1»

  Время установки выхода кода tmax=1tтр.группы

   Как в схемах с параллельным, так и комбинированным переносом для подготовки счетчика к следующему переключению должно пройти время tкод=tзадержки логического элемента «И».

Схемы со сквозным переносом

Вернутся к содержанию...