Счетчики

Содержание главы:

Двоичный счетчик.. Действие четырехразрядного двоичного счетчика на JK-триггерах (рис. 1) поясняют временные диаграммы (рис. 2), из которых следует,


Рисунок 1. Двоичный счетчик. Структурная схема.


Рисунок 2. Двоичный счетчик. Временные диаграммы.

что до прихода первого импульса все триггеры находились в нулевом состоянии. Срез первого импульса переключает нулевой триггер в единичное состояние. Затем срез второго импульса переключает его в нулевое состояние и т. д. Триггер под номером 1 переключается срезом импульса с выхода триггера 0 и т. д. Из временных диаграмм видно, что частота следования импульсов каждым триггером делится на 2. После прихода шестнадцати импульсов все четыре триггера находятся в таком же состоянии, как и до прихода первого импульса. Наблюдая состояние выходов Q0, Q1, Q2 и Q3 можно судить о том, сколько пришло импульсов. Например, при нуле импульсов Q0 = Q1 = Q2 = Q3= 0. После прихода пятнадцати импульсов Q0 = Q1 = Q2 = О3= 1. В первом случае это соответствует записи числа 0 в виде 0000, а во втором - записи числа 15 в виде 1111. После прихода восьми импульсов Q0=Ql=Q2=0 и Q3=1. Следовательно, числа записываются в обратном порядке - последний разряд является высшим. В интегральном исполнении выпускаются 4-, 8- и 12-разрядные счетчики. Счетчики одновременно являются и делителями частоты в 2n раз, где n - число разрядов. Описанный выше счетчик называется асинхронным или последовательным. В нем каждый последующий каскад считает после предыдущего.

Содержание.

Десятичный счетчик.. Десятичный счетчик состоит из декадных счетчиков, причем число декадных счетчиков равно максимальному разряду десятичных чисел, которые счетчик может считать. Каждый декадный счетчик является двоично-десятичным. Он считает в двоично-десятичном коде от 0 до 10. При поступлении на вход декадного счетчика десятого импульса все его выходы устанавливаются в нулевое состояние. Схема декадного счетчика показана на рис. 3, а временные диаграммы - на рис. 4.


Рисунок 3. Декадный счетчик. Структурная схема.


Рисунок 4. Двоичный счетчик. Временные диаграммы.

Благодаря обратной связи инвертирующего выхода третьего триггера со входом первого триггера на входе первого триггера J = Q3 = 1, пока не пришел и не закончился восьмой импульс. После окончания восьмого импульса Q3 = 0. В соответствии с таблицей состояний JK-триггера выход первого триггера (на рис. 3 второй справа) Q1 = 0, так как для него J = Q3 = 0; К = 1. Второй триггер (на рис. 3 а третий справа) является Т-триггером, так как у него J = К = 1 = const, и управляется он срезом импульса Q1. В соответствии с временными диаграммами (рис. 4) его переключение произойдет лишь после 14-го импульса. Третий триггер имеет J = J1 = J2 = 0; К = K1 = К2 = 1. По окончании десятого импульса он переключается в нулевое состояние срезом импульса Q0. Из временных диаграмм видно, что после десятого импульса выходы всех триггеров находятся в нулевом состоянии. Если выход Q3 подать на вход С нулевого триггера следующего декадного счетчика, то на выходе этого триггера Q0 становится равным 1 по окончании импульса Q3 первого декадного счетчика. Очевидно, что первый декадный счетчик считает единицы, а второй - десятки.

Содержание.

Цифровой частотомер.. Одним из важных применений десятичного счетчика является цифровой частотомер. Он работает следующим образом. Обычное гармоническое колебание, частота которого измеряется, превращается в колебание в виде прямоугольной волны. Для этого гармоническое колебание усиливается и ограничивается. Прямоугольная волна подается на десятичный счетчик, считающий в течение 1 с или другого отрезка времени, кратного 1 с. Число прямоугольных импульсов, сосчитанных счетчиком за 1 с, равно измеряемой частоте. Точность частотомера зависит от точности временного интервала, в течение которого ведется счет прямоугольных импульсов. Поэтому в качестве временного интервала используется полу период колебания, полученного в результате деления частоты генератора, стабилизированного кварцем.

Содержание.

Кольцевые счетчики.. Кольцевые счетчики - это замкнутые "в кольцо" регистры сдвига, состояния триггеров в которых изменяются под воздействием входных сдвигающих импульсов. В простейшем случае по кольцу циркулирует одна кодовая единица, так что коэффициент пересчета счетчика равен числу входящих в него триггеров. Схема подобного кольцевого счетчика, построенного на рассмотренном в главе Регистры регистре К155ИР1, показана на рис. 5, а.

Рисунок 5. Схемы кольцевых счетчиков.

Выход Q4 последнего триггера соединен со входом регистра I, благодаря чему и образуется кольцевое соединение триггеров. Начальная установка триггеров счетчика производится при V=l подачей импульса на вход C1. Поскольку на вход D1 подан потенциал 1, а на входы D2-D4-потенциал 0, то при этом первый триггер установится в 1, а остальные в 0. Счетный режим в данном случае реализуется при V=0 и подаче входных импульсов на вход С2. В этом случае триггеры последовательно принимают состояния 1000, 0100, 0010, 0001 и далее цикл снова повторяется. Таким образом, после прихода четырех входных импульсов счетчик возвращается в исходное состояние. Это и означает, что коэффициент пересчета счетчика равен четырем. Для увеличения коэффициента пересчета можно увеличивать число разрядов в кольце или соединять счетчики последовательно. В частности, счетчик на 10 может быть получен путем последовательного соединения одного счетного триггера и кольцевого счетчика на 5. Неприятной особенностью подобных кольцевых счетчиков является то, что сбои, вызванные лишними или не достающими кодовыми единицами в кольце, несамоустранимы. Действительно, если, например, под воздействием импульса помехи триггер, находившийся в состоянии "1", перейдет в "0", то все триггеры в кольце окажутся в нулевом состоянии и счетные импульсы не будут изменять состояния счетчика. Подобные сбои могут быть устранены только повторной начальной установкой триггеров счетчика. Одним из методов борьбы с подобными сбоями является введение в счетчик логической цепи, разрешающей запись единицы в первый триггер только тогда, когда все остальные триггеры находятся в нуле (рис. 5, б). Все то время, пока хотя бы один триггер регистра находится в единице, на выходе цепи ИЛИ-НЕ будет существовать потенциал "нуль". Когда под воздействием счетных импульсов все триггеры установятся в нуль, на выходе этой цепи появится единица. Очередной тактовый импульс установит в единицу первый триггер, и таким образом снова начнется цикл продвижения единицы по разрядам регистра. Подобный кольцевой счетчик имеет коэффициент пересчета на единицу больше числа разрядов используемого регистра. В частности, в счетчике рис. 5, 6 коэффициент пересчета равен пяти. С выхода ячейки ИЛИ-НЕ в данном случае можно снимать сигнал, как бы соответствующий пятому триггеру в кольце (Q5). Заметим, что если в схеме рис. 5,6 использовать вместо ячейки ИЛИ-НЕ ячейку И-НЕ, то счетчик так-же будет иметь коэффициент пересчета пять, но по кольцу будет циркулировать не единица, а нуль.

Содержание.

Счетчик Джонсона.. Так часто называют кольцевой счетчик, который тоже строится на основе замкнутого регистра сдвига, но с одной перекрестной (инверсной) связью. На рис. 6 показана схема построенного таким путем счетчика, имеющего коэффициент пересчета 10.

Рисунок 6. Схема счетчика Джонсона.

Здесь регистр сдвига К155ИР1 дополнен D-триггером. Вход D-триггера соединен с выходом четвертого разряда регистра, а на информационный вход I регистра подан сигнал не с прямого, а с инверсного выхода этого триггера. За счет этого и реализуется перекрестная связь в кольце. В отличие от простейших кольцевых счетчиков счетчик Джонсона имеет коэффициент пересчета вдвое больший числа составляющих его триггеров. В частности, счетчик рис. 6 под воздействием счетных импульсов n последовательно проходит следующие состояния:

n Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
0 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0
2 1 1 0 0 0
3 1 1 1 0 0
4 1 1 1 1 0
5 1 1 1 1 1
6 0 1 1 1 1
7 0 0 1 1 1
8 0 0 0 1 1
9 0 0 0 0 1

Как видно, при счете сначала от первого разряда до последнего распространяется волна единиц, а затем волна нулей. В счетчике Джонсона, как и в других кольцевых счетчиках, возможны сбои в виде лишних волн нулей или единиц. Для предотвращения их в десятичном счетчике простая цепь связи инверсного выхода последнего и входа первого разряда I=Q5 может быть заменена логической ячейкой, реализующей функцию I=Q1Q4+Q5. Связи, соответствующие этой ячейке, показаны штриховыми линиями на рис. 6. Подобная ячейка обеспечивает переход счетчика под воздействием входных импульсов из любой запрещенной комбинации в одну из разрешенных. На основе регистра с одной перекрестной связью может быть построен счетчик с любым четным коэффициентом пересчета. Если же нужен нечетный коэффициент пересчета 2N-1, то используется N-разрядный регистр сдвига, но на вход 1-го разряда подается сигнал не QN, a QNQN-i. При этом по сравнению с обычным счетчиком Джонсона пропускается одна кодовая комбинация, полностью составленная из нулей.

Содержание.
test