Счетчики и делители

2.3 Реверсивные счетчики

Они могут работать как в режиме суммирования, так и вычитания Переключение режимов осуществляется коммутацией счетных входов всех триггеров (кроме триггера младшего разряда) инверсным или прямым выходам предыдущих триггеров (рис. 3). Переключение режима выполняет сигнал разрешения Е'. При Е'=1 прямой вход i-го триггера коммутируется к прямому выходу (i – l)-го тригг

ера, что соответствует режиму вычитания. При E’=0 вход подключается к инверсному выходу, и триггер становится суммирующим.

Рис. 3

Универсальность реверсивного счетчика достигается ценой введения дополнительно n-1 логических элементов и ухудшения быстродействия:

где tЗД.СР – среднее время задержки переключения ЛЭ И-ИЛИ.

Заметим, что правило соединения информационных входов триггеров для получения суммирующих и вычитающих счетчиков распространяется и на счетчики с ускоренным переносом. Поэтому с целью сокращения материала ниже рассматриваются счетчики только суммирующего типа.

3. Счетчики со сквозным переносом

Как известно, триггер i-го разряда переключается, если (i - 1)-й триггер к моменту поступления на его вход очередного счетного сигнала T’i-1 находился в единичном состоянии, т.е. имеет место Q’i-1T’i-1 = 1. Поэтому с целью ускорения переноса можно входной сигнал T’i‑1 пропустить на вход i-го триггера с помощью элемента И, минуя (i-1)-й триггер (рис 4).

Рис. 4

Триггеры могут быть асинхронными и синхронными. Соответственно этому счетчики получаются асинхронными или синхронными. Счетчик на рис. 4 будет синхронным, если в качестве счетного входа использовать вход синхронизации С, показанный пунктиром.

Из временных диаграмм для асинхронного счетчика, представленных на рис. 4 в, видно, что благодаря схеме переноса на входы второго, третьего и т. д. триггеров транзитом передаются соответственно каждый второй, четвертый и т.д. входные импульсы. При этом прохождение импульсов на вход последнего триггера задерживается на время переноса

.

Время установления счетчика

.

Принимая во внимание, что время задержки прохождения сигнала через ЛЭ И меньше, чем через триггер, выигрыш в быстродействии у счетчиков со сквозным переносом по сравнению со счетчиками с последовательным переносом очевиден. Однако здесь, больше объем оборудования.

У синхронного счетчика со сквозным переносом счетным входом является объединенный вход синхронизации C всех триггеров, благодаря чему они переключаются одновременно. Информационный вход первого триггера становится входом разрешения режима счета Е (на рис. 4, а обозначение входов для данного варианта показано в скобках, а условное изображение приведено на рис. 4,г). При E’ = 1 все сигналы T’I = 0, и счетчик находится в режиме хранения. При Е' = 1 устанавливается режим счета.

Время переноса и время установления здесь такие же, как и у асинхронного счетчика. Однако поскольку в асинхронном счетчике в течение всего времени TУСТ идет непрерывное (с задержкой tЗД.СР) переключение триггеров, то для съема информации необходимо дополнительное время, т.е. увеличение периода следования входных импульсов. В синхронном счетчике триггеры переключаются одновременно (по счетному импульсу) и лишь потом происходит перенос в цепи логических элементов. Значит, для съема информации дополнительного времени не требуется – можно использовать время TПЕР. В этом смысле быстродействие синхронного счетчика выше, чем асинхронного.

4. Счетчики и делители с коэффициентом пересчета, отличным от 2n

Большое распространение получили счетчики и делители с Kn ≠ 2n. Так, в цифровых индикаторных устройствах доминируют двоично-десятичные счетчики (Kn = 10).

Принцип построения счетчиков с Kn ≠ 2n сводится к следующему. Берут такое число n триггеров, чтобы выполнялось условие

.

Затем схемным путем исключают 2n-Kn, избыточных состояний. Чаще всего исключают старшие состояния, реже – младшие или промежуточные. Делается это либо с помощью дешифратора определенного состояния, который своим выходным сигналом принудительно устанавливает счетчик в исходное состояние, либо с помощью обратных связей между триггерами.

На рис. 5 приведен пример декадного (двоично-десятичного) счетчика с исключением старших избыточных состояний.

Начальное состояние у него нулевое: A0 {0000}. При поступлении входных импульсов счет идет как в обычном двоичном счетчике. Как только устанавливается состояние A10 {1010}, на выходе элемента И, играющего роль дешифратора, вырабатывается сигнал y=Q1Q3=1, и счетчик принудительно переводится в начальное состояние A0.

Рис. 5

Примером использования обратных связей для исключения избыточных состояний может служить ИС 133ИЕ2 (рис. 6,а). Она содержит T-триггер D1 и двоично-пятеричный счетчик на триггерах D2, D3, D4. Благодаря обратной связи с выхода Q3 триггера D4 на вход J триггера D2, а также обратной связи в самом триггере D4 (с выхода Q3 на вход К), обеспечивается соответственно блокировка действия пятого счетного импульса на триггер D2 и установка триггера D4 пятым импульсом в нулевое состояние (рис. 6,б). Таким образом, после пятого импульса получается A0 {000}.

Рис. 6

Если выход Q0 триггера D1 соединить со входом +1СТ, а счетные импульсы подавать на вход +1Т, то счетчик становится двоично-десятичным с Kn = 10.

Как отмечалось ранее, принцип построения делителей во многом аналогичен принципу построения счетчиков. Они имеют, как правило, один выход, на котором за интервал пересчета появляется импульсов в коэффициент деления раз меньше, чем поступают на вход

.

Выделяются эти импульсы с помощью дешифратора состояний.

Менять коэффициент KДЕЛ в делителях можно так же, как счетчиках с Kn ≠ 2n, т.е. путем исключения различного числа избыточных состояний, но и программно – с помощью внешних управляющих сигналов. Такой способ реализован, например, в ИС 564ИЕ15. Она позволяет получать КДЕЛ = 3 .21327 с шагом единица.

Нашел распространение также способ, при котором коэффициент пересчета счетчика, составляющего основу делителя, не меняется, а производится выбор дешифраторов, настроенных на выделение различных состояний счетчика. Данный способ построения делителей иллюстрируется на примере ИС 133ИЕ8 (рис. 7).

Рис. 7

Делитель состоит из шестиразрядного двоичного счетчика с параллельным переносом, дешифраторов состояний на ЛЭ1…ЛЭ6, выходы которых объединены в один выход y элементом ИЛИ-НЕ (ЛЭ7), а также дешифратора-формирователя сигнала переноса CR и вспомогательных логических элементов. Каждый дешифратор включается в работу при подаче на него управляющего сигнала K’i = 1.

 Скачать реферат