21.3. Счетчики

Счетчиком называют цифровое устройство, осуществляющее счет импульсов, поступающих на его вход. Числа в счетчике представляются в двоичной системе счисления в виде комбинаций состояний триггеров, образующих разряды счетчика. По функциональному призна­ку счетчики подразделяют на суммирующие, в которых числа, пред­ставленные в виде последовательности импульсов, складываются с запи­санным ранее числом; вычитающие, когда входные импульсы вычи­таются из начального числа, и реверсивные, производящие одну из указанных выше операций в зависимости от знака входных сигналов.

В зависимости от схемы выполнения цепей связи между разрядами различают счетчики с непосредственной связью, с цепями переноса и комбинированные. По принципу подачи сигналов счетчики бывают последовательными, параллельными и смешанными. Счетчики выполняют на счетных триггерах (например, Т- или JK-типа).

Суммирующие двоичные счетчики. В таких счетчиках поступление на вход очередного импульса вызывает увеличение на одну единицу хранимого в счетчиках числа. При этом в счетчике устанавливается число, которое получается суммированием предыдущего значения с единицей. Суммирование производится в двоичной системе счисления. Процесс суммирования можно описать с помощью логических выраже­ний. Функционирование i-го разряда счетчика можно представить табли­цей истинности (табл. 21.5).

где a_i — цифры разрядов числа до суммирования; b_i — цифры разрядов числа, получаемого при суммировании с единицей; — значение переноса, формируемого в (i - 1)-м разряде счетчика и передаваемого в i-й разряд;— перенос, передаваемый в (i + 1)-й разряд;

Из таблицы истинности следует, что установившееся в i-м разряде значение может быть получено путем подачи переноса П_i на счетный вход триггера i-го разряда, хранившего значение а_i; на вход счетчика поступила логическая единица, перенос, подаваемый на первый разряд счетчика

Приведенные логические выражения реализует схема счетчика на рис. 21.12,а с четырьмя разрядами. Информационные входы J и К триггеров разрядов объединены с образованием счетного входа, на который подаются поступающие в разряды переносы. Подлежащие счету импульсы подаются на входы синхронизации триггеров. Если на вход счетного триггера поступает перенос, равный логической 1, входной импульс переводит триггер в новое состояние. В противном случае в триггере сохраняется прежнее состояние. Для формирования переносов использованы логические элементы И. Цепь установки «нуля» исполь­зуется для начальной установки в состояние 0 триггеров всех разрядов счетчика.

На рис. 21.12,б представлены временные диаграммы работы счет­чика. При нарастании входного импульса триггер принимает поданное на его информационные входы значение переноса, затем при спаде входного импульса на выходе триггера устанавливается новое значение. С каждым входным импульсом число в счетчике увеличивается на единицу. Такое нарастание числа продолжается до тех пор, пока после (2ⁿ — 1)-го входного импульса не установится двоичное число (11...1)₂. Далее с приходом 2ⁿ-го импульса в счетчике устанавливается исходное состояние 00...0, после чего счет ведется сначала.

Вычитающий счетчик. В вычитающем счетчике поступление на вход очередной логической единицы (очередного импульса) вызывает уменьшение хранившегося в счетчике числа на единицу. Он отличается от суммирующих счетчиков тем, что счетные входы каждого из после­дующих триггеров подсоединены не к прямому выходу предыдущего триггера, а к инверсному . Кроме того, в исходном состоянии все разряды (или часть из них) заполняются не нулями, а единицами уменьшаемого числа. При поступлении на вход импульсов, которые надо вычесть из заранее установленного числа, триггеры начиная с первого последовательно срабатывают и уменьшают это число. На рис. 21.13 представлена схема вычитающего счетчика с последовательной переда­чей переносов. Как и суммирующий счетчик, вычитающий имеет период циклической работы, равный 2ⁿ импульсов.

Реверсивный счетчик. Реверсивный счетчик (рис. 21.14) работает как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания. В его конструкции содержится блок управления, состоящий из логических элементов.

Всхеме счетчика предусмотрены две цепи передачи переносов, соответствующие схемам суммирующего и вычитающего счетчиков. Счетчик работает в режиме суммирования, когда управляющие сигналыI₁ = 1 и I₂ = 0, так как в этом случае закрыт элемент И₂ и, следовательно, отключена цепь передачи переносов режима вычитания. Счетчик работает в режиме вычитания, когда т. е. когда закрыт элемент И₁ и поэтому отключена цепь передачи переносов режима суммирования.