Асинхронные импульсные счетчики (счетчик – пульсаций)

Асинхронный счетчик (счетчик – пульсаций) представлен на рис. 63.

При С = 1 и D =1 следует Q⁺_r = 1 dT_r. При dT = 1 следующее состояние триггера Q⁺_r = 1 , т. е. его состояние изменяется при каждом изменении сигнала Т₀ с 1 на 0. Таким образом, каждый триггер является счетчиком по mod 2. На рис. 63, б показаны временные диаграммы, поясняющие работу счетчика на рис. 63, а. Общим недостатком всех асинхронных импульсных счетчиков является последовательное срабатывание триггеров, а значит, большое время реакции на изменение входного сигнала . На рис. 63, в показан граф переходов трехразрядного счетчика, построенный по временной диаграмме (рис. 63, б). Внут­рен­нее состояние счетчика можно характеризовать числом j. Десятичные эквиваленты этих двоичных чисел указаны в узлах графа переходов. При каждом переходе счетчика число j увеличивается на 1 в соответствии с двоичной системой счисления, и при достижении максимального значения j = 7 возвращается в исходное (нулевое) состояние j = 0. Таким образом, схема (рис. 63, а) представляет собой двоичный суммирующий счетчик по mod 8.

Рис. 63. Трехразрядный счетчик (а); временная диаграмма работы (б);
граф переходов (в)

Последовательное соединение m счетчиков по mod 2 дает двоичный счетчик по mod 2^m.

Двоичные счетчики

Работа двоичного счетчика с последовательным переносом микросхемы КР1533 ИЕ5. Он выполнен на четырех синхронных JK-триггерах. Входы J и К всех триггеров объединены между собой и на них подан потенциал логической единицы. Следовательно, все триггеры выполняют функцию Т-триггера и меняют свое состояние на противоположное при каждом переходе напряжения 1, 0 на входе синхронизации С. Для расширения функциональных возможностей три триггера включены в цепочку, а один – раздельно. Имеются два входа R0. Они являются входами ЛЭ , имеющими инверсное управление. При подаче логической единицы на оба входа R0 на выходе ЛЭ DD1 появится логический ноль. Все триггеры установятся в нулевое состояние.

Рис. 64. Асинхронный счетчик

Для получения четырехразрядного счетчика выход триггера DD2 Q1 подключается ко входу синхронизации С2 триггера DD3.

Так как триггеры меняют свое состояние в момент перепада 1,0, то в моменты окончания первого входного импульса на выходе Q1 появится логическая единица. В момент окончания второго импульса триггер DD2 вернется в исходное состояние. При этом перепад сигнала 1,0 на выходе Q1 перебросит триггер DD3 в состояние 1 и т.д.

Характерной чертой асинхронных счетчиков является то, что импульсы счета поступают на тактовый вход только первого триггера, а каждый последующий триггер управляется выходным сигналом предыдущего. Это приводит к тому, что сигнал на вход последнего триггера приходит лишь тогда, когда все предыдущие триггеры переключились. Изменение каждого из выходных сигналов от Q1 до Q4 происходит с задержкой, равной времени срабатывания триггера.

Рис. 65. Синхронный счетчик

В многоразрядных последовательных счетчиках высокая частота следования импульсов счета может привести к тому, что n-триггер не успеет переключиться до прихода следующего импульса счета. Поэтому период следования импульсов счета в процессе должен быть больше времени распространения сигнала в цепи.

От этих недостатков свободны синхронные (параллельные) счетчики. В отличие от асинхронных счетчиков тактовые импульсы в синхронных счетчиках одновременно подаются на С всех разрядов. Чтобы в каждом такте не переключались все триггеры, для управления процессом переключения используются J- и К-входы, как показано на рис. 65. В соответствии с таблицей С1 триггер DD1 переключается при поступлении каждого тактового импульса. Для этого в триггере DD1 должно выполняться условие J = K = 1. Триггер DD2 при поступлении тактового сигнала переключится только тогда, когда Q0 = 1. Это достигается подключением J- и К-триггера DD2 к выходу Q0. Триггер DD3 может переключиться при условии Q0 = Q1 = 1. Для этого одна пара J- и К-входов соединена с Q0, а другая – с Q1. Следовательно, у триггера DD3 каждая пара J- и К-входов подключается к выходу предыдущего триггера. При использовании одинаковых триггеров с тремя J- и тремя К-входами в триггерах DD1 DD3 некоторые J- и К-входы не используются. На эти входы нужно подавать логическую «1», чтобы обеспечить надежную работу схемы.

Таким образом, каждый триггер уменьшает частоту входного сигнала в два раза, а четыре последовательно включенных триггера обеспечивают ее деление на 16.

Число, записанное в счетчиках и представленное сочетанием логических нулей и единиц на выходе Q, можно определить с помощью уравнения

N = Q_m · 2^{m – 1} + Q_{m - 2} · 2^{m – 2} + …+ Q1· 2⁰ ,

где m – номер триггера; 2⁰, …, 2^{m – 2}, 2^{m – 1} – вес соответствующего разряда; Q1…Q_m – единица или ноль в зависимости от сигнала на соответствующем входе. Из уравнения следует, что вес четвертого триггера – 8, третьего – 4, второго – 2, первого – 1. Данный счетчик относится к числу суммирующих.

Достоинствами подобного счетчика являются простота схемы и легкость увеличения разрядности (путем подключения к выходу последнего триггера цепочки последовательно соединенных триггеров).

Десятичные счетчики

Для создания счетчиков, у которых К_СЧ = 10, в двоичные счетчики вводят дополнительные логические связи (прямые и обратные). Таким способом получают широко распространенные десятичные (декадные) счетчики с К_СЧ = 10, имеющие десять комбинаций выходных сигналов.

Такие счетчики работают в соответствующем двоично-десятичном коде. Его относят к числу взвешенных, так как каждый разряд имеет свой вес.

а) б)

Рис. 66. Временная диаграмма десятичного асинхронного счетчика (а);
схема счетчика (б)

Число, записанное в этих кодах, можно представить в виде суммы

N = a₄·Q4 + a₃·Q3 + a₂·Q2 + a₁·Q1,

где а₁ – а₄ – веса соответствующих разрядов; Q1 – Q4 единица или ноль в зависимости от состояния триггеров соответствующего разряда. Наиболее часто применяют двоично-десятичный код 8 – 4 – 2 – 1. Цифры в названии кода характеризуют вес триггеров счетчика, начиная с последнего.

При работе схемы используют синхронный четырехразрядный двоичный счетчик, представленный на рис. 66, а. Схема выполняет счет в натуральном коде, однако имеет ограниченную емкость 10. Получается так называемый десятичный (декадный) счетчик Binary Code Digital – BCD. Называется так потому, что отсчитывает 10 состояний, закодированных в двоичной форме с удельным весом разрядов 1, 2, 4, 8. Чтобы преобразовать этот счетчик в декадный, работающий в коде 8421, нужно ввести обратную связь, которая обеспечивает его возврат в исходное состояние при поступлении десятого импульса. Для этого выход Q3 соединяется с одним из J-входа Q1, и в результате получается схема, показанная на рис. 66, а. Асинхронный счетчик работает так же, как и синхронный двоичный счетчик. В декадном счетчике в коде 8421 триггер Q3 должен переключаться в «1» один раз.