Учебная дисциплина Схемотехника дискретных устройств Тема: Счётчики Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана 1830
Счётчик – это узел вычислительных устройств, предназначенный для подсчета числа входных сигналов.
По мере поступления входных сигналов счетчик последовательно перебирает свои состояния в определенном для данной схемы порядке. Например:
Счетчики широко применяются почти во всех цифровых устройствах автоматики и вычислительной техники. В ЭВМ счетчики используются: для подсчета шагов программы, для подсчета циклов сложения и вычитания при выполнении арифметических операций, для преобразования кодов, в делителях частоты и распределителях сигналов и т.д.
По системе счисления счетчики делятся на: двоичные, двоично-десятичные, десятичные, счетчики с основанием системы счисления неравным 2 и 10 ( пересчетные схемы).
По реализуемой операции счетчики подразделяются на: суммирующие, вычитающие и реверсивные. По схемной реализации счётчики подразделяются на асинхронные и синхронные.
модуль счета или коэффициент пересчета счетчика «К сч » характеризует число ( количество) устойчивых состояний, в которых может находиться n - разрядный счетчик, т. е. предельное число входных сигналов, которое может быть подсчитано счетчиком.
Длина списка используемых состояний К называется модулем пересчета или емкостью счетчика. Наиболее часто используются двоичные счетчики, у которых порядок смены состояний триггеров соответствует последовательности двоичных кодов. Применяются и другие виды кодирования, например одинарное, когда состояние счетчика определяется местоположением движущейся единицы.
Двоичный n - разрядный счетчик имеет 2 n различных состояний. Число разрядов двоичного счетчика можно определить из выражения : n log 2 K сч где К сч - коэффициент пересчета; n - ближайшее целое число, удовлетворяющее данному неравенству.
- Максимальная частота поступления входных сигналов f сч max - это частота, при которой счетчик еще сохраняет работоспособность. Она определяется, как правило, максимально допустимой частотой переключения триггера младшего разряда счетчика.
Простейшим счетчиком является триггер со счетным входом, считающий сигнал по модулю 2, т.е. осуществляющий подсчет и хранение результата подсчета не более 2-х сигналов. Соединяя определенным образом несколько счетных триггеров, можно получить схему многоразрядного счетчика.
Представление счётчика цепочкой счётных триггеров справедливо как для суммирующего, так и для вычитающего вариантов, поскольку закономерность по соотношению частот переключения разрядов сохраняется как при просмотре таблицы сверху, так и снизу.
Различия при этом состоят в направлении переключения предыдущего разряда, вызывающего переключение следующего. При прямом счёте (суммирование) следующий разряд переключается при переходе предыдущего в направлении из 1 в 0, а при обратном счёте – при переключении из 0 в 1.
Суммирующий асинхронный счетчик на D - триггерах получается, если инверсный выход предыдущего триггера соединить со входом С последующего триггера. При использовании D - триггеров в качестве счетных, его инверсный выход соединяют со своим входом D. Счётный режим возможен только у триггеров динамического типа. Схема асинхронного 4-х разрядного суммирующего счетчика на D - триггерах приведена на следующем слайде.
Для построения вычитающего счетчика на D - триггерах прямой выход предыдущего триггера соединяют со входом С последующего триггера.
Для построения суммирующего асинхронного счетчика на J - K - триггерах необходимо соединить прямые выходы предыдущих триггеров со входом «С» последующих триггеров. J - K триггер должен находиться в счётном режиме, при котором J = K =1.
Вычитающий асинхронный счетчик на J - K - триггерах можно получить, если инверсный выход предыдущего триггера соединить со входом «С» последующего триггера. Схема такого счётчика представлена на след. слайде.
Реверсивные счетчики осуществляют подсчет сигналов как в прямом, так и в обратном направлении, т.е. они могут работать в режиме сложения и в режиме вычитания сигналов.
Для построения реверсивных счетчиков необходимо предусмотреть схемы, пропускающие сигналы на вход следующих триггеров либо с инверсного /при суммировании/, либо с прямого /при вычитании/ выходов предыдущего триггера.
Рассмотренные выше счетчики имели коэффициент пересчета равный 2 n, где n - число разрядов счетчика. Однако на практике возникает необходимость в счетчиках, коэффициент пересчета которых отличен от 2 n. Очень часто, например, применяются счетчики с К сч = 3, 10 и т.д., т.е. счетчики, имеющие соответственно 3, 10 и т.д. устойчивых состояний.
Принцип построения таких счетчиков заключается в исключении “ лишних” устойчивых состояний у счетчика К сч =2 n, т.е. в организации схем, запрещающих некоторые состояния.
Принцип построения таких счетчиков заключается в исключении “ лишних” устойчивых состояний у счетчика К сч =2 n, т.е. в организации схем, запрещающих некоторые состояния. Число запрещенных состояний для любого счетчика можно определить из следующего выражения:
Рассмотрим способ построения счетчика с естественным порядком счета, у которого уменьшение числа устойчивых состояний достигается за счет сбрасывания счетчика в нулевое состояние при записи в него заданного числа сигналов.
В соответствии с этим способом к счетчику добавляется логическая схема, проверяющая условие: «код на счетчике изображает число равное К сч, и в зависимости от результата проверки направляет входной сигнал либо на шину "установка 0", либо на суммирование к записанному коду».
Это условие можно проверить с помощью n -входовой схемы И, связанной с прямыми выходами тех триггеров, которые при записи в счетчике числа, равного К сч должны находиться в состоянии «1» и с инверсными выходами триггеров, которые в этом случае должны находиться в состоянии «0».
Рассмотрим синтез схемы подобного счетчика на примере Ксч=10,т.е. счетчик должен иметь 10 состояний: от 0 до 9 в десятичной системе и от 0000 до 1001 в двоичной системе.
Сначала определяется разрядность счетчика: Полученное значение n округляется до ближайшего целого числа, т.е. n =4. Затем определяется какие разряды счетчика будут находится в единичном состоянии при записи в счетчик Ксч.
Прямые выходы этих разрядов заводятся на входы логической схемы ”И” и далее в цепь установки "0". Таким образом, при достижении счетчиком значения Ксч он автоматически возвращается в состояние 0000 и счет начинается сначала.
Особенностью счётчиков синхронного типа является подача счётного импульса одновременно на все разряды счётчика. Управление правильностью переключения разрядов счётчика возлагается на логические элементы «И».
Логический элемент «И» включает счётный режим на данном разряде счётчика подачей J=K=1, если младшие разряды по отношению к данному приняли состояние единиц. Это условие касается суммирующего синхронного счётчика.
В случае синхронного вычитающего счётчика переключение данного разряда должно быть разрешено, если все младшие разряды по отношению к данному приняли состояние «все нули».
