31.5 Синхронные счетчики с асинхронным переносом
Синхронные (или параллельные) счетчики характеризуются тем, что все их разряды в пределах одной микросхемы переключаются одновременно, параллельно. Это достигается существенным усложнением внутренней структуры микросхемы по сравнению с простыми асинхронными счетчиками. В результате полная задержка переключения синхронного счетчика примерно равна задержке одного триггера, то есть синхронные счетчики гораздо быстрее асинхронных, причем их быстродействие не падает с ростом количества разрядов выходного кода (конечно, до определенных пределов).
Управление работой синхронного счетчика гораздо сложнее, чем в случае асинхронного счетчика, а количество разрядов синхронных счетчиков обычно не превышает четырех. Поэтому синхронные счетчики не всегда могут успешно конкурировать с асинхронными, особенно при невысоких требованиях к быстродействию. Зато и возможностей у синхронных счетчиков, как правило, гораздо больше, чем у асинхронных, например, они обеспечивают параллельную запись информации в счетчик и инверсный режим счета.
Для объединения нескольких синхронных счетчиков с целью увеличения числа их разрядов (для каскадирования) используется специальный выходной сигнал переноса. В зависимости от принципов формирования этого сигнала и от принципов его использования синхронные (параллельные) счетчики делятся:
1) на счетчики с асинхронным (последовательным) переносом;
2) счетчики с синхронным (параллельным) переносом (или полностью синхронные счетчики).
Синхронные счетчики с асинхронным переносом занимают промежуточное положение по быстродействию между асинхронными счетчиками и полностью синхронными счетчиками. Управление их работой проще, чем у синхронных счетчиков, но сложнее, чем у асинхронных. Работают данные счетчики по положительному фронту входного сигнала (или, что то же самое, по заднему фронту отрицательного сигнала). Основная суть их работы сводится к следующему: все разряды одного счетчика переключаются одновременно, но при каскадировании каждый следующий счетчик (дающий более старшие разряды) переключается с задержкой относительно предыдущего счетчика (дающего более младшие разряды). То есть задержка переключения многоразрядного счетчика увеличивается в данном случае не с каждым новым разрядом (как у асинхронных счетчиков), а с каждой новой микросхемой (например, 4-разрядной).
Сигнал переноса у этих счетчиков при прямом счете вырабатывается тогда, когда все разряды равны единице (достигнут максимальный код) и когда приходит входной сигнал. Поэтому сигнал переноса, повторяющий входной сигнал, будет задержан относительно входного сигнала. И именно этот сигнал переноса используется в качестве входного для следующего счетчика при каскадировании. То есть входной сигнал второго счетчика задержан относительно входного сигнала первого счетчика, входной сигнал третьего счетчика задержан относительно входного сигнала второго счетчика и т.д.
Временная диаграмма 4-разрядного синхронного счетчика с асинхронным переносом показана на рисунке 31.7. Из рисунка видно, что разряды переключаются одновременно по положительному фронту входного сигнала (с некоторой задержкой), а отрицательный сигнал переноса также задержан относительно входного отрицательного импульса. Понятно, что переключение разрядов счетчика, работающего с этим сигналом переноса в качестве входного, будет происходить с дополнительной задержкой относительно переключения разрядов данного счетчика.
Рисунок 31.7 – Временная диаграмма работы синхронного
счетчика с асинхронным переносом
Рассмотрим синхронный счетчик с асинхронным переносом, показанный на рисунке 31.8.
Принцип работы синхронного счетчика с асинхронным переносом счетчика заключается в следующем. На входе каждого триггера (кроме самого первого) включен элемент И. Входной сигнал +1 поступает параллельно на все элементы И и там, где они открыты, вызывает одновременное переключение соответствующих триггеров. На вход каждого элемента И кроме входного сигнала поданы выходы всех триггеров младше данного разряда. Таким образом, при подаче сигнала +1 на вход Х изменяют свое состояние все те триггеры, перед которыми все более младшие триггеры находились в состоянии лог. 1.
Рисунок 31.8 – Внутренняя структурная схема синхронного
счетчика с асинхронным переносом
Импульс выходного переноса формируется элементом «И» переноса 3, который открывается, когда счетчик находится в состоянии все единицы, и пропускает на выход CR тот самый входной импульс, который сбрасывает весь счетчик в ноль.
В данной схеме все триггеры начинают переключаться почти одновременно в пределах разброса времени задержки входных конъюнкторов (элементов И) триггеров. В результате время работы всего счетчика заметно уменьшается и при этом не зависит от числа разрядов счетчика.
tЗАДЕРЖКИ = tЗАДЕРЖКИ КОНЪЮНКТОРА + tЗАДЕРЖКИ Т-ТРИГГЕРА
Недостаток: счетчик небезразличен к фронтам и длительности входных импульсов. От зауженных импульсов или от короткой паузы между ними часть триггеров может сработать, а часть нет, и код в счетчике может быть искажен как угодно.
Объединение синхронных счетчиков с асинхронным переносом для увеличения разрядности (каскадирование) очень просто: нужно выходы переноса младших счетчиков (дающих младшие разряды выходного кода) соединить со счетными входами старших счетчиков (дающих старшие разряды выходного кода). На рисунке 31.9 показана организация 12-разрядного счетчика на трех микросхемах синхронных счетчиков. Эти счетчики могут считать как на увеличение (прямой счет), так и на уменьшение (обратный счет). Возможны также сброс и параллельная запись в счетчики входного кода. Разряды каждого следующего счетчика будут переключаться одновременно, но с задержкой относительно переключения разрядов предыдущего счетчика.
Рисунок 31.9 – Объединение синхронных счетчиков
с асинхронным переносом для увеличения разрядности
Если нужно использовать все выходные разряды многоразрядного счетчика одновременно (как единый код), то необходимо выполнение следующего условия:
где T – период входного сигнала;
N – число объединенных микросхем счетчиков;
tЗП – время задержки переноса одного счетчика;
tЗС – время задержки счета (переключения выходного кода) одного счетчика.
- 24.1 Термины и определения цифровой электроники
- 24.2 Системы счисления, применяемые при разработке
- 24.2.1 Перевод чисел из одной системы счисления в другую
- 24.2.2 Перевод целых чисел из двоичной системы счисления
- 24.2.3 Перевод целых чисел из шестнадцатеричной системы
- 24.2.4 Перевод целых чисел из двоичной системы счисления
- 24.2.5 Перевод целых чисел из десятичной системы счисления
- 24.3 Функции алгебры логики
- 24.3.1 Функции алгебры логики одного аргумента
- 24.3.2 Функции алгебры логики двух аргументов
- 24.3.3 Функции конституенты
- 24.4 Принцип двойственности
- 24.5 Теоремы булевой алгебры
- 25.1 Семейства цифровых микросхем
- 25.2 Основные параметры семейств
- 25.3 Типы выводов в цифровых компонентах
- 25.4 Система кодированного обозначения цифровых
- 26.1 Классификация цифровых устройств
- 26.2 Кцу, реализующие элементарные логические функции
- 26.3 Дешифраторы
- 26.4 Шифраторы
- 27.1 Мультиплексоры
- 27.2 Демультиплексоры
- 27.3 Цифровые компараторы
- 27.4 Схема проверки на чётность/нечётность
- 28.1 Общее определение сумматора
- 28.2 Классификация сумматоров
- 28.3 Двоичный полусумматор
- 28.4 Одноразрядный двоичный сумматор
- 28.5 Многоразрядный сумматор параллельного действия
- 29.1 Последовательностные цифровые устройства
- 29.2 Общее определение триггеров
- 29.3 Классификация триггеров
- 29.4 Асинхронный rs-триггер
- 29.5 Синхронный rs-триггер
- 29.6 Двухступенчатый rs-триггер
- 29.7 D-триггер
- 29.8 Универсальный jk-триггер
- 29.9 Т-триггер
- 29.10 Синхронные триггеры с динамическим управлением
- 29.11 Взаимные преобразования триггеров
- 30.1 Общее определение регистров
- 30.2 Классификация регистров
- 30.3 Регистр памяти
- 30.4 Регистр сдвига
- 30.5 Регистр с параллельным приемом и последовательной
- 30.6 Регистр с последовательным приемом и параллельной
- 30.7 Универсальный регистр
- 30.8 Регистр последовательного приближения
- 31.1 Общее определение счетчиков
- 31.2 Классификация счетчиков
- 31.3 Асинхронные счетчики
- 31.4 Построение счётчиков с произвольным модулем счёта
- 31.5 Синхронные счетчики с асинхронным переносом
- 31.6 Синхронные счетчики
- Литература
- Содержание
- Электроника и микропроцессорная техника