Асинхронные счетчики

Асинхронные счетчики строятся из простой цепочки JK-триггеров, каждый из которых работает в счетном режиме (Т-триггер). Выходной сигнал каждого триггера служит входным сигналом для следующего триггера. Очевидно, при объединении T-тригтеров в последовательную цепочку получим схему счетчика с мо­дулем счета М_сч = 2ⁿ, где п - число Т-тригтеров в цепочке. Такие счетчики называются двоичными. Функциональная схема трехразрядного счетчика на Т-триггерах, осуществляющего сложение и счет вход­ных импульсов с коэффициентом пересчета М_сч = 2³ = 8, приведена на рис. 1.1. Все разряды (выходы) асинхронного счетчика переключаются последовательно (отсюда название — последовательные счетчики), один за другим, начиная с младшего и кончая старшим. Каждый следующий разряд переключается с задержкой относительно предыдущего (рис. 1.2).

Рисунок 1.1 – Асинхронный счетчик на Т-триггерах

Слева располагаются триггеры старших разрядов.

Рисунок 1.2 – Временные диаграммы работы асинхронного счетчика

Можно реализовать счетчик и на D-триггерах, включенных в счетном режиме (рис. 1.3)

Рис. 1.3

Задержка переключения каждого разряда примерно равна задержке тригге­ра, а полная задержка установления кода на выходе счетчика равна задержке одного разряда, умноженной на число разрядов счетчика. Легко заметить, что при периоде входного сигнала, меньшем полной задержки установления кода счетчика, пра­вильный код на выходе счетчика просто не успеет установиться, поэтому такая ситуация не имеет смысла. Это накладывает жесткие ограничения на период (частоту) входного сигнала.

Т.о., если нам нужен выходной код асинхронного счетчика, то есть все его выходные сигналы (разряды) одновре­менно, то должно выполняться следующее неравенство:

Т>Ntз, где Т — период входного сигнала, N — число разрядов счетчи­ка, t₃ — время задержки одного разряда.

Надо еще учесть, что за период входного сигнала должно успеть сработать устройство (узел), на которое поступает вы­ходной код счетчика, иначе счетчик просто не нужен, поэтому ограничение на частоту входного сигнала обычно бывает еще жестче.

Перед началом счета все триггеры должны быть в исходном состоянии (Q1 = Q₂ = Q3 = 0). Для этого в схемах Т-триггеров предусмотрены установочные входы R, имеющие общую шину «Установка в 0», на которую поступает импульс сброса. Работу счет­чика (рис. 1.1) можно проанализировать с помощью таблицы переходов, где т — номер входного им­пульса по порядку с начала счета:

Табл.1.1.

т	Qз	Q2	Q1
]

Из таблицы 1.1 видно, что количеству поступивших на вход счетчика импульсов от 0 до 7 соответствует двоичное число, определяемое состояниями тригге­ров. Например, при поступлении пятого импульса состояния триггеров (разрядов) Q₃ = 1, Q₂ = 0, Q1=1 соответствуют двоичному числу 101. Восьмым им пульсом счетчик обнуляется, и начинается новый счет. Такой счетчик называется суммирующим.

Если в счетчике с приходом первого импульса записывается максимальное двоичное число (в трехразрядном счетчике Q1=Q2=Q3=0), которое затем уменьшается с приходом каждого нового импульса до нуля (в трехразрядном Q1 ⁼ Q2 ⁼ Qз = 0), то такой счетчик называется вычитающим.

Схему трехразрядного вычитающего счетчика так­же можно реализовать на основе последовательной цепочки трех T-триггеров, в которой счетный вход каждого последующего триггера подключен не к ин­версному (как в схеме рис. 1.1), а к прямому выходу предыдущего триггера при управлении фронтом импульса. Если же триггеры управляются срезом входного импульса (перепадом 1/0), то при по­строении суммирующего счетчика вход последующе­го T-триггера объединяют с прямым выходом преды­дущего, а при построении вычитающего счетчика — с инверсным.

Таблица состояний вычитающего счетчика (табл. 1.2) имеет вид:

т	Q3	Q2	Q1
		i	i
		i

В составе стандартных серий цифровых микросхем асин­хронных счетчиков немного. В качестве примера: четырехразрядный двоично-десятичный счетчик ИЕ2, четырехразрядный двоичный счетчик ИЕ5 и вось­миразрядный двоичный счетчик ИЕ19 (он же сдвоенный четы­рехразрядный счетчик).