5.2.4. Двоично-десятичные счетчики

Двоично-десятичные счетчики реализуют счет импульсов в десятичной системе счисления, причем каждая десятичная цифра от нуля до девяти кодируется четы­рехразрядным двоичным кодом (тетрадой). Эти счетчики часто называют десятич­ными или декадными, поскольку они работают с модулем счета, кратным десяти.

Многоразрядный двоично-десятичный счетчик строится на основе регулярной цепочки декад, при этом первая (младшая) декада имеет вес 10°, вторая — 10¹, тре­тья —10² и т.д.

Декада строится на основе четырехразрядного двоичного счетчика, в котором исключается избыточное число состояний. Исключение лишних шести состояний в декаде достигается многими способами:

• предварительной записью числа 6 (двоичный код 0110); после счета девя­того импульса выходной код равен 1111 и десятичный сигнал возвращает счетчик в исходное состояние 0110. Таким образом, здесь результат счета фиксируется двоичным кодом с избытком 6;

• блокировкой переносов: счет импульсов до девяти осуществляется в дво­ичном коде, после чего включаются логические связи блокировки перено­сов; с поступлением десятого импульса счетчик заканчивает цикл работы и возвращается в начальное нулевое состояние;

• введением обратных связей, которые обеспечивают счет в двоичном коде и принудительное переключение счетчика в нулевое начальное состояние после поступления десятого импульса.

Схема синхронного десятичного счетчика с блокировкой переносов показана на рис. 5.20.

Рисунок 5.20-Схема десятичного счетчика на JK-триггерах

В этой схеме С-входы используются как счетные. С приходом десятого импуль­са на С-вход младшего разряда JK-триггера обнуляются первый и четвертый разря­ды и сигналом с выхода Q₄ блокируют переключения второго и третьего разряда. Схема суммирующего счетчика с обратными связями (один разряд) показана на рис. 5.21.

Рисунок 5.21-Схема десятичного суммирующего счетчика cобратными связями

После сброса в нулевое начальное состояние на счетный вход первого тригге­ра поступают суммируемые импульсы U⁺. Сигналы переноса в старшие разряды формируются обычным асинхронным способом. Счет до девяти ведется в двоичном коде.

После прихода десятого входного импульса обратная связь на основе схемы совпадения вырабатывает сигнал P=U⁺Q₄Q₃Q₂Q_l, который является переносом для старшей декады и одновременно переключает счетчик в нулевое состояние.

Далее цикл работы счетчика повторяется.

Схема пятиразрядного суммирующего двоично-десятичного счетчика показана на рис. 5.22.

Рисунок 5.22-Схема пятиразрядного суммирующего двоично-десятичного счетчика

Модуль данного счетчика составляет К_сч = 10⁵ = 100000, емкость счета AU = К_сч - 1= 99999.

Выходы триггеров каждой декады подключаются ко входам дешифраторов, ко­торые обеспечивают визуальную индикацию состояния счетчика с помощью разного рода световых табло.

5.2.5. Счетчики с единичным кодированием

При единичном (унитарном) кодировании состояния n-разрядного счетчика различаются только местоположением одной единицы, называемой маркирующим кодом; в других разрядах записаны нули. В отдельных случаях маркирующий код состоит из двух единиц и называется парно-единичным.

Счетчик с единичным кодированием — это цепочка триггеров, в которой обес­печивается сдвиг предварительно записанного маркирующего кода по "кольцу" в на­правлении старших разрядов (прямой счет) или младших (обратный счет). Такие счетчики часто называют кольцевыми (по аналоги с кольцевыми регистрами сдвига).

Счетчик с единичным кодированием характеризуется:

модулем К_Сч = п и емко­стью счета N_max = n - 1.

Таким образом, число состояний кольцевого счетчика равно его разрядности и существенно меньше в сравнении с другими типами счетчиков.

В кольцевых счетчиках каждый разряд имеет вес, равный номеру состояния 0, 1, 2,..., (п - 1). Из состояния (п - 1) после поступления очередного импульса счетчик образует на выходе сигнал окончания цикла (переполнения) и возвращается в на­чальное состояние с помощью цепи обратной связи с выхода старшего разряда Qn на вход младшего разряда Q₁.

Схема четырехразрядного кольцевого счетчика пока­зана на рис. 5.23, а.

Рисунок 5.22-Схема и временная диаграмма кольцевого счетчика

Перед началом работы по входу D схемы ИЛИ в младший разряд счетчика за­писывается единица и устанавливается начальный код Q₄Q₃Q₂Q₁ = 0001.

С поступ­лением каждого счетного импульса по входу синхронизации единичный код после­довательно сдвигается в сторону старших разрядов; при этом младшие разряды, выполненные на D-триггерах с динамическим управлением, обнуляются.

После при­хода четвертого импульса счетчик возвращается в начальное состояние с помощью сигнала с выхода Q₄ на вход схемы ИЛИ.

Практическое использование кольцевых счетчиков объясняется следующими его достоинствами:

• не требует выходного дешифратора, поскольку все состояния отличаются наличием единицы только в одном каком-либо триггере;

• в процессе счета всегда переключается в единичное состояние только один триггер, что обеспечивает минимальное значение t_yct;

• упрощается построение схемы контроля счетчика.

Схема счетчика Джонсона (рис. 5.24) строится на основе кольцевого, в котором обратная связь реализуется подключением инверсного выхода старшего разряда ко входу младшего.

Рис. 5.24. Счетчик Джонсона: а — схема; б— временные диаграммы

Счетчик Джонсона характеризуется модулем счета К_сч = 2n и емкостью счета N_max = 2п - 1. Таким образом, число состояний счетчика Джонсона в два раза боль­ше аналогичного параметра кольцевого счетчика. Однако информация на выходах счетчика Джонсона представляется не в двоичной позиционной системе счисления, которая требует дополнительного преобразования. Как видно из временных диа­грамм (рис. 5.24, б), в процессе счета вначале двигается "волна" единиц, а затем — "волна" нулей. Дешифрация состояний счетчика Джонсона осуществляется проще в сравнении с двоичными позиционными счетчиками.

Контрольные вопросы

1. Что такое счетчик?

2. Перечислите области применения счетчиков.

3. Сформулируйте признаки классификации счетчиков.

4. Охарактеризуйте два режима работы счетчика: управления и деления.

5. Как можно повысить быстродействие счетчика в режиме управления?

6. Чем отличается двоичный счетчик от десятичного?

7. Какие ограничения накладываются на работу реверсивного счетчика?

8. По каким правилам организуются связи между триггерами суммирующего и вычитающего счетчиков?

9. Каковы особенности работы счетчика на двухступенчатых триггерах в сравнении с D-триггерами с динамическим управлением?

10. Перечислите способы построения счетчиков с произвольным модулем счета.

11. Охарактеризуйте счетчик Джонсона.