4.7 Счётчики

Счетчики – это последовательностные цифровые устройства, предназначенные для подсчета числа входных сигналов, фиксации этого числа в виде много разрядного двоичного числа, хранящегося в триггерах. Они обеспечивают преобразование числоимпульсного кода в двоичный или двоично-десятичный коды. Количество разрядов счетчика определено в каждом конкретном случае. Для счета и выдачи результатов в счетчиках имеется один вход и n выходов в зависимости от количества разрядов. В общем случае счетчик имеет К_сч= 2ⁿ (n = log₂ M) устойчивых состояний, включая нулевое. Под действием входных сигналов счетчик, установленный в определенное состояние, сохраняет его до тех пор, пока на вход не поступит следующий сигнал. Каждому состоянию счетчика соответствует порядковый номер 0, 1, 2, . . ., К_сч. – 1. Если в момент времени t счетчик находится в i-м состоянии, то оно определяет число поступивших на счетчик сигналов. При подаче на вход счетчика К_сч. - го входного сигнала на выходе его возникает сигнал переполнения и счетчик возвращается в начальное состояние, т.е. счет единичных сигналов осуществляется в нем по модулю К_сч. или с периодом счета Т=К_сч. Специфичной для счетчиков операцией является изменение их содержимого на единицу (может быть и условную).

Счетчики применяют для формирования адресов, команд, счета количества циклов выполнения операций, формирования кода в аналого-цифровых преобразователях и т.п.

По способу кодирования внутренних состояний различают двоичные счетчики, счетчики Джонсона, счетчики с кодом «1 из N» и др.

По направлению счета счетчики подразделяют на простые (суммирующие или вычитающие) и реверсивные (с изменением направления счета). На простые счетчики сигналы поступают с одним знаком, т.е. эти счетчики имеют переходы от состояния к состоянию только в одном направлении. Суммирующий счетчик предназначен для выполнения счета в прямом направлении, т.е. для сложения входных сигналов (от кода i до кода i + 1). С подачей на вход очередного единичного сигнала показание счетчика увеличивается на единицу. Вычитающий счетчик предназначен для выполнения счета единичных сигналов в режиме вычитания. Каждый сигнал, поступающий на вход такого счетчика, уменьшает его показание на единицу. Реверсивные счетчики предназначены для работы в режиме сложения и в режиме вычитания.

По способу организации счета счетчики подразделяют на асинхронные и синхронные. В асинхронных счетчиках сигнал от разряда к разряду передается естественным путем в различные интервалы времени в зависимости от сочетания входных сигналов. Триггеры срабатывают не одновременно. В синхронных счетчиках сигналы от разряда к разряду передаются принудительным путем с помощью тактовых сигналов. Все триггеры переключаются практически одновременно под действием общего синхронизирующего сигнала.

По способу организации цепей переноса между разрядами различают счетчики с последовательным, параллельным и частично параллельным переносом (только в группах разрядов).

Основными характеристиками счетчика являются модуль счета (период счета или коэффициент пересчета), разрешающая способность, время регистрации и емкость. Модуль счета характеризует число устойчивых состояний счетчика, т.е. предельное число входных сигналов, которое может сосчитать счетчик. Разрешающая способность – минимально допустимый период следований входных сигналов, при котором обеспечивается надежная работа счетчика. Чем больше частота поступления счетных сигналов, тем большее быстродействие требуется от счетчика. Время регистрации – интервал времени между моментами поступления входного сигнала и окончания самого длинного переходного процесса в счетчике. Емкость счетчика – максимальное число единичных сигналов, которое может быть зафиксировано на счетчике. Эта характеристика счетчика зависит от основания системы счисления и числа разрядов.

Как и любой автомат, счетчик можно строить на триггерах любого типа, однако удобнее всего использовать для этого Т- (счетные) или JK-триггеры, имеющие при J=1 и K=1 счетный режим.

Простейшим счетчиком можно считать Т – триггер. Он считает до двух. Основой для построения счетчиков являются асинхронные или синхронные Т – триггеры, реализованные на D – триггерах с динамическим управлением или на JK – триггерах. Используется свойство Т – триггеров изменять свое состояние при подаче очередного сигнала на счетный вход Т.

На рисунке 4.30 показана схема трех разрядов суммирующего счетчика, построенного на Т – триггерах. Логика его работы представлена в таблице переходов (табл.4.3)

Таблица 4.3

Рис. 4.30 Схема функциональная счетчика на Т – триггерах (а) и его временная диаграмма (б).