2.7 Двоичные счетчики

Счётчик - устройство, на выходах которого получается двоичный (двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчики могут строиться на T-триггерах. Основной параметр счётчика - модуль счёта - максимальное число импульсов, которое может быть сосчитано счётчиком. Как правило, модулем счета является степень двойки: 2ⁿ, где n - число разрядов счетчика. Счётчики обозначают через СТ (от англ. counter).

Классификация счетчиков:

По способу запуска:

1) синхронные

2) асинхронные

В синхронных счетчиках входной сигнал подается на синхронизирующие входы триггеров одновременно во все разряды, т.е. все триггеры переключаются одновременно. В асинхронных сигнал последовательно «проталкивается» с выхода младшего разряда на старший разряд.

Счетчики также делят на:

1) суммирующие

2) вычитающие

3) реверсивные

Суммирующие счетчики считают от 0 до максимального числа, а вычитающие наоборот. Реверсивные могут считать как в одну так и в другую сторону.

Счетчики бывают:

1) со сквозным переносом

2) с остановкой счета

Счетчики со сквозным переносом считают до максимального числа, далее сбрасываются в 0 и опять считают до максимального числа. Счетчики с остановкой счета после достижения модуля счета перестают считать импульсы

Рассмотрим четырехразрядный асинхронный счетчик со сквозным переносом на 4-х JK – триггерах.

Схема счетчика представлена на рисунке 2.23

Рисунок 2.23 - Схема счетчика и его таблица истинности

Работа счетчика происходит следующим образом. Все триггеры T1-T4 находятся в состоянии переключения, поскольку на их входы JK подана логическая 1. В начальный момент времени все триггеры сброшены и на их выводах DCBA (1 строчка таблицы истинности) присутствует логический ноль. При подаче на вход CLK (от англ. Clock) тактового импульса N=1. Переключается только первый триггер Т1. Поскольку входы C триггеров являются инверсными переключение осуществляется при переходе от 1 к 0. Остальные триггеры не переключаются. При подаче на вход тактового импульса N=2. Переключается первый триггер Т1. На его выходе формируется переход от 1 к 0, который переключает триггер T2. дальнейший процесс удобно рассмотреть на временной диаграмме работы представленной на рисунке 2.24.

Рисунок 2.24 - Временные диаграммы работы счетчика

Как видно из временной диаграммы каждый следующий триггер переключается с вдвое меньшей частотой. Тактовый импульс в асинхронном счетчике подается только на триггер T1, остальные триггеры подключаются последовательно. Как видно из схемы переключение триггеров осуществляется неодновременное, например триггер Т2 может переключиться только после того как переключился триггер Т1, а триггер T3 может переключиться только после того как переключился триггер Т2. Каждый последовательный триггер осуществляет задержку переключении всего счетчика на собственное время переключения (как правило 10-30нс). Таким образом, при увеличении разрядности увеличивается время переключения счетчика, а следовательно уменьшается тактовая частота импульсов, которые способен подсчитать счетчик. Такого недостатка лишены синхронные счетчики.

Рассмотрим трехразрядный синхронный счетчик на JK – триггерах.

Принципиальная схема счетчика представлена на рисунке 2.25

В начальный момент времени все триггеры сброшены. На входах JK триггера Т1 присутствует логическая 1 поэтому он работает в режиме переключения. Триггеры Т2 и Т3 работают в режиме хранения. Таким образом, при подаче первого тактового импульса переключится только триггер Т1. Единица на выходе триггера Т1 подается на входы JK триггера Т2, следовательно, триггер Т2 переходит в режим переключения и по второму тактовому импульсу переключаются уже оба триггера Т1 и Т2. Дальнейшую работу легко понять из таблицы истинности приведенной на рисунке 2.25 при этом; П означает, что триггер находится в режиме переключения; Х означает, что триггер находится в режиме хранения.

Рисунок 2.25 - Схема синхронного счетчика и таблица истинности