Счётчики импульсов

Счётчики импульсов - неотъемлемые узлы микропроцессоров, микрокалькуляторов, электронных часов, таймеров частотометров и многих других устройств цифровой техники. Основу их составляют триггеры со счётным входом. По логике действия и функциональному назначению счётчики импульсов подразделяют на цифровые счётчики и счётчики-делители. Простейшим одноразрядным счётчиком импульсов является JK-триггер или D-триггер, работающий в счётном режиме. Он считает входные импульсы по модулю 2--каждый импульс переключает триггер в противоположное состояние. Один триггер считает до одного, два последовательно соединённых триггера считают до трёх, n триггеров--до 2^n --1 импульсов. Результат счёта формируется в заданном коде, который может храниться в памяти счётчика или быть считанным другим устройством цифровой техники -- дешифратором. На рисунке 1 приведена схема трёхразрядного двоичного счётчика импульсов.

 

 

 

 Если в начальный момент все триггеры счётчика находились в нулевом состоянии (можно установить кнопочным выключателем "Уст.0", подавая на R входы триггеров напряжение низкого уровня), то спаду первого импульса триггер DD1 переключится в единичное состояние -- на его прямом выходе появится высокий уровень напряжения. Второй импульс переключит триггер DD1 в нулевое состояние, а триггер DD2 -- в единичное. По спаду третьего импульса триггеры DD1 и DD2 окажутся в единичном состоянии, а триггер DD3 всё ещё будет в нулевом. Четвёртый импульс переключит первые два триггера в нулевое состояние, а третий -- в единичное. Восьмой импульс переключит все триггеры в нулевое состояние, начнётся следующий цикл работы счётчика импульсов. Счётчики-делители, (обычно используется название "делители") считают входные импульсы до некоторого задаваемого коэффициентом счёта состояния, а затем формируют сигнал сброса триггеров в нулевое состояние, вновь начинают счёт входных им пульсов до задаваемого коэффициента счёта и т.д. Коэффициент деления счётчика, состоящего из n-триггеров типа Т, составляет 2^n; здесь n--число двоичных разрядов счётчика. Коэффициент деления счётчика может быть либо постоянным, либо переключаемым. Основой любой из счётной схем служит линейка из нескольких триггеров. Разные варианты счётных схем (синхронные и асинхронные; однонаправленные, только с увеличением счёта, и двунаправленные, счёт в которых может увеличиваться или уменьшаться ) различаются схемой управления этими триггерами. Между триггерами добавляются логические связи, назначение которых -- запретить прохождение в цикле счёта лишним импульсам. К примеру, четырёхтриггерный счётчик может делить исходную частоту на 16, так как 2^4=16. Получим минимальный выходной код 0000, а максимальный 1111. Чтобы построить счётчик-делитель на 10, трёх триггеров недостаточно (10>2^3), поэтому десятичный счётчик содержит в своей основе четыре триггера, но имеет обратные связи, останавливающие счёт при коде 9=1001. В синхронном счётчике все триггеры получают тактовый импульс одновременно, поскольку тактовые входы их соединяются параллельно. Поэтому триггеры переключаются практически одновременно. В счётчике пульсаций каждый триггер вносит в процесс счёта определённую задержку, поэтому младшие разряды результирующего кода появляются на выходах триггеров не одновременно, т.е. не синхронно с соответствующим тактовым импульсом. Например, для четырёхразрядного счётчика пульсаций выходной параллельный код 1111 появится на выходах триггеров уже после того, как поступит шестнадцатый тактовый импульс, кроме того, эти четыре единицы сформируются не одновременно. Синхронная схема значительно сложнее асинхронной. На её выходах данные от каждого разряда появляются одновременно и строго синхронно с последним входным импульсом. В синхронный счётчик разрешается синхронная (с тактовым импульсом) параллельная (в каждый триггер) загрузка начальных данных. Триггерная линейка синхронного счётчика снабжается специальным шифратором, который называется схемой ускоренного переноса (СУП). Внутренние логические элементы управления, которыми часто снабжаются счётчики, позволяют сделать процесс счёта реверсивным. Согласно команде, подаваемой на вход управления счётом "Больше/меньше", можно либо увеличивать либо уменьшать на единицу содержимое счётчика при каждом очередном тактовом импульсе. У некоторых счётчиков тактовые входы на увеличение и на уменьшение отдельные. Сброс данных счётчика, чтобы на всех выходах установился нулевой код, у одних схем асинхронный R, у других синхронный SR, происходит одновременно с приходом тактового импульса. Имеются счётчики с переменным коэффициентом деления. Устанавливаемый коэффициент деления зависит от кода, набранного на входах управления.

Рассмотрим микросхему К155ИЕ4. 

 

 

 Микросхема К155ИЕ4 -- четырёхзначный двоичный счётчик-делитель на 2, на 6 и на 12. Счётчик ИЕ4 состоит из двух независимых делителей. Если тактовая последовательность с частотой f подана на вход С0 (вывод 14 ), на выходе Q0 ( вывод 12 ) получим меандр с частотой f/2.  

 

Где, при частоте тока источника 50Hz , на выходе Q0 должно быть 25Hz, и осциллограф покажет:

Где синий меандр - частота тока на синем проводе ( проводе источника), а красный меандр - частота тока на выходе Q0. Последовательность с частотой f на тактовом входе С1 (вывод 1) запускает делитель на 6, и меандр с частотой f.6 появляется на выходе Q3 (вывод 8). При этом на выводах 11 и 9 имеются сигналы с частотой f/3 (выходы Q1 и Q2). На выводы R1и R2 подаются команды сброса. Чтобы построить счётчик с модулем деления 12, требуется соединить делители на 2 и на 6, замкнув выводы 12 и 1. На вход С0 даётся входная частота f, на выходе Q3 получается последовательность симметричных прямоугольных импульсов с частотой f/12. Тактовые запускающие перепады для счётчика К155ИЕ4 - отрицательные, от высокого уровня к низкому. Режим работы счётчика ИЕ4 можно выбрать по следующей таблице:

Последовательность смены выходных уровней при счёте от 0 до 11 показана ниже: