4.1. Короткі теоретичні відомості
Лічильником називається цифровий пристрій, який виконує послідовне рахування кількості імпульсів, що надходять на його вхід. Їх застосовують у цифрових системах керування для перетворення послідовності імпульсів у цифровий, найчастіше двійковий код, перетворення кодів, ділення частоти тощо.
За призначенням лічильники поділяють на підсумовуючі, віднімаючі та реверсивні. У підсумовуючого лічильника кожний імпульс, що надходить на його вхід, збільшує показання на одиницю, у віднімаючого – зменшує; реверсивний лічильник може працювати в режимі додавання або віднімання.
Лічильники характеризуються коефіцієнтом перерахунку k=2n, що визначає найбільше число імпульсів, яке може бути пораховано n-розрядним лічильником. Наступний імпульс повертає лічильник у вихідний стан. Підсумовуючий лічильник, який працює у двійковій системі числення, можна скласти з Т-тригерів з прямими динамічними входами (схема побудови Т-тригера з лічильним входом на основі D-тригера наведена в табл. 2.1. п.5), для чого досить з'єднати інверсний вихід тригера молодшого розряду зі входом тригера наступного розряду (рис. 4.1). Вхідні імпульси подаються на вхід C- тригера молодшого розряду, а вихідні сигнали (цифри) відповідних розрядів знімаються з прямих виходів тригерів DO1 – DO3. Для переведення лічильника у вихідний (нульовий) стан на об'єднаний інверсний вхід R- тригерів слід подати 0.
Рис. 4.1
У лічильника на Т-тригерах тригери перемикаються послідовно, один за одним, тому цифри в розрядах лічильника встановляться неодночасно. Такий лічильник має назву асинхронного. Схеми лічильників з використанням Т-тригерів з інверсними динамічними входами, а також синхронних лічильників наведено в [1].
Схема віднімаючого лічильника відрізняється від розглянутої тим, що входи тригерів старших розрядів з'єднуються не з інверсними, а з прямими виходами тригерів попередніх розрядів (рис. 4.2). Перед початком роботи всі тригери встановлюються в одиничний стан подачею 0 на об'єднані інверсні входи S-тригерів. Зчитування числа, як і раніше, здійснюються з прямих виходів тригерів DO1 – DO4.
Рис. 4.2
Схема три розрядного кільцевого лічильника, побудованого на DRS- тригерах, показана на рис. 4.3. Замикання лічильника в кільце виконується за допомогою зворотного зв'язку з'єднанням виходу DO4 тригера найстаршого розряду зі входом D- тригера першого розряду. Особливістю лічильника є необхідність попереднього занесення одиниці, яке відбувається після подачі 0 на інверсний вхід S- тригера першого розряду та інверсні входи R решти тригерів. При надходженні імпульсів на тактовий вхід C кільцевого лічильника “одиниця” буде переміщуватися вздовж кільця, залишаючи за собою “нулі”.
Інтегральний лічильник К155ИЕ7 (рис. 4.4) являє собою чотири розрядний реверсивний двійковий лічильник з чотирма входами паралельного запису D0 – D3, керуючи входом WR дозволу паралельного запису, двома лічильними входами (підсумовуючим +1 та віднімаючим –1), входом R встановлення в 0, чотирма прямими виходами 1, 2, 4, 8 та інверсними виходами прямого CR та зворотного BR переносу для збільшення розрядності за рахунок каскадного з'єднання кількох лічильників.
Рис. 4.3
Рис. 4.4
Дільниками частоти називаються пристрої, які виробляють М вихідних імпульсів у відповідь на кожні К вхідних. Співвідношення К/М називається коефіцієнтом ділення. Дільники частоти будуються на основі підсумовуючих або віднімаючих лічильників та логічних елементів. У тих випадках, коли коефіцієнт ділення можна розкласти на множники, дільники частоти можна виконати багатоступеневими, складеними з кількох дільників з коефіцієнтами ділення, що дорівнюють відповідним множникам.
Дільник частоти з потрібним коефіцієнтом ділення можна отримати на основі використання віднімаючого лічильника, який має режим паралельного запису (див. рис. 4.4). Для цього вихід зворотного переносу BR слід з'єднати із входом WR лічильника, як це показано переривчастою лінією, а на входи D0 – D3 подати двійковий код числа, яке дорівнює необхідному коефіцієнту ділення частоти.
При подачі на вхід віднімання “–1” послідовності імпульсів зміст лічильника зменшується і після надходження кількості імпульсів, що дорівнює коефіцієнту ділення, лічильник обнулюється. На виході зворотного переносу BR формується 1, яка потрапляє на вхід дозволу паралельного запису WR. У лічильник знов записується число, яке дорівнює коефіцієнту ділення, після чого цикл роботи повторюється. Виходом дільника в вихід зворотного переносу BR.