Тема 4.3 Лічильники

Лічильником називається цифровий пристрій, сигнали на вході якого у певному коді відображають кількість вхідних імпульсів, що надійшли.

Основу лічильника складають тригери, сполучені ланцюгами переносу інформації з розряду в розряд.

Загальне призначення лічильників:

• підрахунок імпульсів, які надходять на вхід лічильника;

• тимчасове зберігання кожного стану лічильника;

• перетворення послідовності імпульсів, що надходять на вхід лічильника в паралельний код на його виходах (у вигляді двійкового коду);

• ділення частоти вхідного імпульсного сигналу.

Галузь застосування

Лічильники відносяться до найпоширеніших типових цифрових пристроїв і застосовуються як перетворювачі кількості сигналів у певний код, дільники частоти, пристрої підсумовування або віднімання кількості сигналів. Вони використовуються для побудови розподілювачів сигналів, цифрових фазоперетворювачів тощо.

Лічильник є одним з основних функціональних вузлів комп'ютера, а також різ­них цифрових керуючих та інформаційно-вимірювальних систем. Основне застосу­вання лічильників:

• утворення послідовності адрес команд програми (лічильник команд або про­грамний лічильник);

• підрахунок числа циклів при виконанні операцій ділення, множення, зсуву (лічильник циклів);

• одержання сигналів мікрооперацій і синхронізації; аналого-цифрові пере­творення і побудова електронних таймерів (годинників реального часу).

Експлуатаційними характеристиками лічильників є:

1. Коефіцієнт перерахування (модуль лічби). Модуль лічби К_лч визна­чає число станів лічильника. Модуль двійкового n- розрядного лічильника визнача­ється цілим степенем двійки М = 2ⁿ; в лічильниках інших типів справедлива нерів­ність К_лч ≤ М. Після лічби числа імпульсів N_вх ⁼ К_лч лічильник повертається в поча­тковий стан. Таким чином, модуль лічби, який часто називають коефіцієнтом пере­рахунку, визначає цикл роботи лічильника, після чого його стан повторюється. Тому число вхідних імпульсів і стан лічильника однозначно визначені тільки для першого циклу.

2. Ємність лічби N_max визначає максимальну кількість вхідних імпульсів, яку може зафіксувати лічильник при одному циклі роботи. Ємність лічби N_max = К_лч - 1 за умо­ви, що робота лічильника починається з нульового початкового стану.

Наприклад: К_лч=16 то N_max=16-1=15, лічильник може зафіксувати від 0 до 15 імпульсів при одному циклі роботи.

3. Час установлення t_уст який визначається інтервалом часу між моментами надходження вхідного сигналу і моментом закінчення найтривалішого перехідного процесу в схемі – тобто максимальним часом установлення на лічильнику нового коду після надходження сигналу лічби.

4. Роздільна здатність t_розд, що визначається мінімальним періодом проходження вхідних сигналів, при якому ще не виникають перебої в роботі. Обернена величина f_max=1/t називається максимальною частотою лічби.

5. Швидкодія лічильника визначається максимальною частотою F_m надходження вхідних імпульсів в режимі ділення й обчислюється за формулою F_m = 1/ t_T.

Класифікація лічильників

Лічильники класифікують за такими ознаками:

• способом кодування — позиційні та непозиційні;

• модулем лічби — двійкові, десяткові, з довільним постійним або змінним (програмованим) модулем;

• напрямком лічби — прості (підсумовуючі, віднімальні) і реверсивні;

• способом організації міжрозрядних зв'язків — з послідовним, наскрізним, паралельним і комбінованим переносами (позикою);

• типом використовуваних тригерів — Т, JK, D в лічильному режимі;

• елементним базисом — потенціальні, імпульсні та потенціально-імпульсні.

За способом організації роботи тригерів лічильники можуть бути:

• асинхронними, в яких для тригера молодшого розряду керуючим сигналом є сигнал лічби, а для кожного наступного тригера – потенціальний сигнал з виходу попереднього тригера;

• синхронними, в яких для тригера кожного розряду керуючим сигналом є сигнал лічби, а сигнал з виходу тригера попереднього розряду є інформаційним.

Лічильники з послідовним переносом

Лічильники з послідовним переносом являють собою ланцюг тригерів, в якому сигнали, що підлягають лічбі, надходять на вхід першого тригера, а сигнал переносу передається послідовно від одного розряду до іншого, рис 4.

Рис.4.

Рис. 5.

Розрядність лічильника “n” дорівнює числу JK-тригерів або інших типів тригерів, (для побудови лічильників використовуються Т-тригери, JK і D тригери, які працюють в лічильному режимі). На схемах лічильник позначається символом СТ (від англ. Counter - лічильник), рис. 5.

Зображений на рис. 4 підсумовувальний лічильник є асинхронним і має коефіцієнт перерахунку К_лч=2³=8. Одиничні сигнали на входах J та K задають лічильний режим роботи тригера, а С-вхід кожного тригера є інверсним динамічним, то при зміні сигнала на С-вході з «1» на «0» тригер буде кожного разу перемикатися в протилежний стан. Дивись часову діаграму роботи підсумовувального лічильника представлену на рис. 6.

Рис.6.

У віднімальному лічильнику сигнали переносу знімаються з інверсних виходів тригерів. У цьому випадку спад сигналу на С-вході кожного тригера виникає при зміні стану тригера з «0» на «1».