3.2.2 Лічильники

Лічильником називається пристрій, призначений для підрахунку кількості імпульсів, що надходять на його вхід. Вони широко застосовуються в пристроях автоматики для перетворення послідовності імпульсів у цифровий код, перетворення кодів, ділення частоти тощо.

За цільовим призначенням лічильники поділяються на підсумовуючі, віднімаючі й реверсивні. У підсумовуючого лічильника кожний імпульс, що надходить на його вхід, збільшує показання (число, яке записано в ньому) на одиницю, у віднімаючого - зменшує. Реверсивний лічильник може працювати в режимі додавання або віднімання залежно від команди, яка подається.

Лічильники характеризуються модулем підрахунку або коефіцієнтом перерахунку , який дорівнює кількості сталих станів лічильника, тобто найбільшому числу імпульсів, яке може бути пораховано лічильником. Наприклад, якщо , то лічильник має 10 сталих станів (запис чисел 0, 1, .... 9) і кожний 10-й імпульс повертає його у вихідний стан.

Підсумовуючий лічильник, який працює у двійковій системі числення, може бути побудованим з - тригерів з інверсними динамічними входами. Для цього досить з’єднати прямий вихід тригера молодшого розряду із входом тригера наступного розряду. Схему двійкового трирозрядного підсумовуючого лічильника показано на рис. 3.2.6,а. Вхідні імпульси подаються на вхід тригера молодшого розряду, а вихідні сигнали (цифри відповідних розрядів) знімаються з прямих виходів тригерів. Лічильник може бути побудованим також й на синхронних - тригерах (рис. 3.2.6,б).

Рис. 3.2.6

Діаграму імпульсів, що ілюструє роботу лічильника, показано на рис. 3.2.6,в, її побудовано, виходячи з того, що тригер молодшого розряду перемикається заднім фронтом кожного вхідного імпульсу, - тригери наступних розрядів перемикаються заднім фронтом вихідного сигналу попереднього тригера, а - тригери перемикаються заднім фронтом вхідного імпульсу, який подається на вхід синхронізації усіх тригерів, при умові, що на входах і перед цим сигнал дорівнював одиниці. Двійкові числа, які записуються в лічильнику після надходження чергового імпульсу, показано внизу діаграми, їх визначено з діаграми при умові, що вихідний сигнал, тригера визначає цифру (0 або 1) молодшого розряду, а тригера - старшого. З діаграми імпульсів видно, що після надходження кожного чергового імпульсу число, яке записується в лічильнику, збільшується на 1, тобто лічильник працює в режимі підсумовування. Після надходження 8-го імпульсу лічильник повертається у вихідний нульовий стан. Якщо потрібно вести підрахунок більшої кількості імпульсів, число тригерів необхідно збільшити.

У лічильнику на - тригерах тригери перемикаються послідовно один за одним, тому нові цифри в розрядах лічильника встановлюються неодночасно, що може призвести до збою в роботі схем, в яких використовуються такі лічильники. У лічильнику на - тригерах цього недоліку немає, тому що тригери перемикаються одночасно, однак схема лічильника дещо складніша.

Схеми віднімаючих лічильників (рис. 3.2.6,г,д) відрізняються від розглянутих тим, що на входи тригерів старших розрядів подаються сигнали не з прямих, а з інверсних виходів тригерів попередніх розрядів. Робота лічильника ілюструється діаграмою вихідних сигналів на рис. 3.2.6,е. Перед початком роботи усі тригери встановлюються в стан 1 сигналом, який подається на входи , і в лічильнику записується найбільше можливе число 111 або 7. Після надходження кожного чергового імпульсу число в лічильнику зменшується на 1. Після надходження 8 - го імпульсу лічильник повертається у вихідний стан.

Реверсивний лічильник повинен працювати у режимі додавання або віднімання залежно від команди, яка подається, його схема може бути побудована на основі розглянутих схем підсумовуючого і віднімаючого лічильників, якщо при команді "Додавання" на входи всіх тригерів старших розрядів будуть надходити сигнали з прямих виходів тригерів попередніх розрядів, а при команді "Віднімання" - з інверсних виходів. Схема переносу сигналу визначається формулою:

де - сигнал переносу в наступний розряд; - сигнал команди "Додавання"; - сигнал команди "Віднімання"; - стан тригера попереднього розряду.

При побудові цифрових систем як елемент порівняння зручно використовувати реверсивний лічильник, який має два входи - підсумовуючий та віднімаючий. При подачі імпульсів на підсумовуючий вхід число, записане в лічильнику, збільшується, а при подачі імпульсів на віднімаючий вхід - зменшується. Якщо подавати імпульси на обидва входи по черзі, то в лічильнику буде записане число, яке дорівнює різниці, кількості імпульсів, поданих на підсумовуючий та віднімаючий входи.

Усі розглянуті лічильники мали коефіцієнт перерахунку

де - кількість тригерів.

Принцип побудови лічильників з довільним коефіцієнтом перерахунку полягає у вимкненні зайвих сталих станів лічильника з тобто в реалізації схем, які забороняють деякі стани. Найбільше значення мають лічильники з що використовуються в пристроях з двійково - десятковим кодом, в якому число подається у вигляді десяткових розрядів, а цифри всередині розряду зображуються в двійковому коді. Наприклад, число 659 в двійково-десятковому коді має вигляд 0110 0101 1001.

Двійково-десятковий лічильник складається з двійково - десяткових розрядів (декад). Кожна декада складається з чотирьох тригерів, кількість сталих станів яких штучно зменшено з 16 до 10 так, що після числа 9 (1001) 10 - й імпульс переводить лічильник у стан 0000, а не 1010.

Одну з можливих схем декади двійково - десяткового лічильника показано на рис. 3.2.7,а, її побудовано на синхронних -тригерах. У схемі є два синхронних входи і вхід для встановлення лічильника в нульовий стан та чотири інверсних входи , які дозволяють встановити в стан кожний тригер окремо за рахунок короткочасної подачі сигналу 0, імпульси, які потрібно перелічити, подаються на один з синхронних входів і, якщо на іншому вході сигнал 1, то ці імпульси надходять на входи усіх тригерів одночасно. Тригер молодшого розряду змінює свій стан після надходження кожного імпульсу на лічильний вхід. Решта тригерів змінює свій стан залежно від значення сигналів на входах і .

Рис. 3.2.7

Робота лічильника ілюструється діаграмою сигналів, яку показано на рис. 3.2.7,б. Підрахунок імпульсів до 9 - го включно відбувається так само, як і в двійковому лічильнику: 0000, 0001, 0010,... , …., 1001. Після надходження 8 - го імпульсу сигнал , отже, дорівнює нулеві і сигнал на вході тригера , тому цей тригер залишається в стані 0 після 9 - і 10 - го імпульсів. Тригер також більше не перемикається, бо на його входах і сигнал дорівнює нулеві. Тригер після 9 - го імпульсу не перемикається (сигнали на входах і дорівнюють нулеві), а після 10 - го імпульсу, набував стану 0, бо сигнал на вході а на вході . Таким чином, після 10 - го імпульсу всі тригери набувають стану 0 і лічильник переходить у вихідний стан.

Умовне зображення лічильника показано на рис. 3.2.7,в. Для отримання багаторозрядного лічильника необхідно вихід старшого розряду (вивід 12) з’єднати із входом наступного елемента і т.д. Крім того, необхідно об’єднати входи і всіх елементів. Такий лічильник буде працювати в двійково - десятковому коді.

На цій базі можна побудувати лічильники з довільним Для цього достатньо створити коло зворотного зв’язку, яке подає сигнал 0 на вхід при умові, що в лічильнику записане число, яке дорівнює . Приклад схеми лічильника з показано на рис. 3.2.7,г. У цій схемі після 5 - го вхідного імпульсу в лічильнику буде записане число 5 і лічильник через коло зворотного зв’язку негайно буде скинуто у стан 0. Отже, в цьому лічильнику рахунок починається з нуля і закінчується числом , що й відповідає коефіцієнту перерахунку при якому лічильник може перебувати в п’яти стійких станах.

Використовуючи цей же принцип щодо багаторозрядних лічильників, можна побудувати схеми з довільним .