Счетчики

Счетчиком называется устройство для подсчета числа входных импульсов. С поступлением каждого импульса на вход С состояние счетчика изменяется на единицу. Счетчик можно реализовать на нескольких триггерах, при этом состоя­ние счетчика будет определяться, состоянием его триггеров. В суммирующих счетчиках каждый входной импульс увеличивает число на его выходе на едини­цу, в вычитающих счетчиках каждый входной импульс уменьшает это число на единицу. Наиболее простые счетчики - двоичные. На рис. 5.4 представлен сум­мирующий двоичный счетчик.

При построении счетчика триггеры соединяют последовательно. Выход каж­дого триггера непосредственно действует на тактовый вход следующего. Для того чтобы реализовать суммирующий счетчик, необходимо счетный вход очередного триггера подключать к инверсному выходу предыдущего. Для того чтобы изме­нить направление счета (реализовать вычитающий счетчик), можно предложить следующие способы:

- считывание выходных сигналов счетчика не с прямых, а с инверсных выхо­дов триггеров;

- изменение структуры связей в счетчике путем подачи на счетный вход триг­гера сигнала не с инверсного, а с прямого выхода предыдущего устройства.

Счетчики характеризуются числом состояний в течение одного периода счета (цикла). Число состояний определяется количеством триггеров k в структуре счетчика. Так, при k = 3 число состояний равно N=2³=8 (от 000 до 111).

Рисунок 5.4 - Двоичный суммирующий счетчик

Число состояний счетчика принято называть коэффициентом пересчета К_сч Этот коэффициент равен отношению числа импульсов N_вх на входе к числу им­пульсов N_вых на выходе старшего разряда счетчика за период счета:

(5.9)

Если на вход счетчика подавать периодическую последовательность импуль­сов с частотой , то частота на выходе старшего разряда счетчика будет меньше в К_сч раз:

(5.10)

Поэтому счетчики можно использовать в качестве делителей частоты, величи­на К_сч в этом случае будет коэффициентом деления. Для увеличения величины К_сч приходится увеличивать число триггеров в цепочке. Каждый дополнитель­ный триггер удваивает число состояний счетчика и число К_сч. Для уменьшения коэффициента К_сч можно в качестве выхода счетчика рассматривать выходы триггеров промежуточных каскадов. Например, для счетчика на трех триггерах К_сч =8, если взять выход 2-го триггера, то К_сч =4. При этом К_сч всегда будет являться целой степенью числа 2, а именно: 2, 4, 8, 16 и т. д.

Можно реализовать счетчик, для которого К_сч окажется любым целым чис­лом. Например, для счетчика на трех триггерах реализуется К_сч в пределах от 2 до 7, но при этом один или два триггера могут оказаться лишними. При использова­нии всех трех триггеров можно получить К_сч = 5...7, то есть 2²< К_сч <2³. Счетчик с К_сч =5 должен иметь 5 состояний, которые в простейшем случае образуют последовательность: {0, 1, 2, 3, 4}. Циклическое повторение этой последовательно­сти означает, что коэффициент деления счетчика равен 5.

Для построения суммирующего счетчика с К_сч =5 надо, чтобы после форми­рования последнего числа из последовательности {0,1,2,3,4} счетчик переходил не к числу 5, а к числу 0. В двоичном коде это означает, что от числа 100 нужно перейти к числу 000, а не 101. Изменение естественного порядка счета возможно при введении дополнительных связей между триггерами счетчика. Можно вос­пользоваться следующим способом: как только счетчик попадает в нерабочее со­стояние (в данном случае 101), этот факт должен быть опознан и повлечь после­дующую выработку сигнала, который перевел бы счетчик в состояние 000.

Факт попадания счетчика в нерабочее состояние описывается логическим уравнением:

(5.11)

Состояния 110 и 111 также являются нерабочими и поэтому учтены при со­ставлении уравнения. Если на выходе эквивалентной логической схемы F = 0, значит, счетчик находится в одном из рабочих состояний: 0 v l v 2 v 3 v 4. Как только он попадает в одно из нерабочих состояний 5 v 6 v 7, формируется сигнал F= 1. Появление сигнала F= 1 должно переводить счетчик в начальное состояние 000, следовательно, этот сигнал нужно использовать для воздействия на устано­вочные входы триггеров счетчика, которые осуществляли бы сброс счетчика в состояние . Один из вариантов построения счетчика с К_сч =5 представлен на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5 - Схема счетчика с коэффициентом пересчета 5