Последовательные счётчики строятся, как правило, из нескольких триггеров, каждый из которых работает как счётчик по модулю 2. При этом последовательное соединение триггеров выполняется таким образом, что выход триггера п -го разряда подключается непосредственно к счётному входу последующего триггера (п + 1)-го разряда.
Последовательные счётчики относятся к классу асинхронных, так как состояния разрядов в них устанавливаются последовательно после прихода очередного фронта или среза синхроимпульса С. Последовательные счётчики строятся на D - либо JК -триггерах.
Рисунок 12.1 – Последовательный суммирующий счетчик: а) схема; б) условное обозначение
На рис. 12.1 дана схема последовательного суммирующего счётчика, двоичные разряды которого выполнены на D -триггерах со счётным запуском. Полагаем, что триггеры срабатывают по фронту сигналов, которые поступают на их синхровходы С.
На схеме рис. 12.1 обозначены:
C – счётный вход; R – вход сброса счётчика; Р – выход переполнения счётчика.
|
|
Счётный запуск работы триггеров обеспечивается соединением информационного D -входа с инверсным выходом собственного триггера.
Триггеры, входящие в состав счётчика, должны иметь входы сброса R, соединённые между собой и образующие вход сброса счётчика R. Перед началом работы или по необходимости на вход R подаётся единичный импульс, сбрасывающий все триггеры, после чего необходимо на входе R установить нулевой уровень.
Каждый триггер счётчика является двоичным разрядом, который харак-теризуется так называемым весовым коэффициентом. Весовой коэффициент разряда определяется как , где n – порядковый номер триггера (разряда).
Так, первый триггер имеет весовой коэффициент 20= 1, второй триггер с весовым коэффициентом 21 = 2, третий триггер имеет весовой коэффициент 22 = 4, четвёртый 23= 8 и т.д.
Вход С первого триггера носит название суммирующего входа счётчика.
Принцип действия суммирующего счётчика иллюстрирует временная диаграмма его работы, показанная на рис. 12.2.
В суммирующем счётчике каждый последующий триггер запускается инверсным выходом предыдущего триггера.
Схема работает следующим образом.
Рисунок 12.2 – Временная диаграмма работы четырехразрядного суммирующего счетчика
С приходом первого фронта импульса счёта 1 взводится первый триггер D1. На его выходе Q 1 устанавливается 1, а потенциал инверсного выхода изменяется с 1 до 0, т.е.формируется срез. Поэтому состояние триггера D2 не меняется, так как триггер срабатывает от фронта. На выходах счётчика Q 4, Q 3, Q 2, Q 1 фиксируется число 0001.
Второй входной импульс фронтом 2 сбрасывает триггер D1. На выходе триггера D1 появляется единица 1, являющаяся так называемым импульсом переноса. При этом фронтом взводится триггер D2. На выходах счётчика устанавливается число 0010.
|
|
Фронт третьего импульса взводит первый триггер D1, не изменяя при этом единичное состояние второго триггера D2. Содержимое счётчика равно числу 0011.
С приходом четвертого фронта переходят в состояние нуля оба триггера D1 и D2, а возникающий при этом импульс переноса взводит триггер D3. Так на выходах счётчика появляется число 0100.
Заполнение разрядов счётчика с каждым импульсом будет продолжаться до тех пор, пока счётчик не отсчитает максимальное число 1111 на 15-м импульсе на входе С первого триггера D1. При этом все триггеры взведены.
16-й импульс переводит своим фронтом триггер D1 в нулевое состояние, а импульсы переноса и сбрасывают триггеры D2, D3 и D4, возвращая счётчик в исходное состояние 0000.
При возвращении триггера D4 в нулевое состояние на выходе возникает так называемый импульс переполнения Р, предназначенный для взвода следующего разряда D5 (если он есть), чем фиксируется в счётчике число 10000, т.е. 16.
С поступлением каждого входного импульса на суммирующий вход счётчика его содержимое увеличивается на единицу, как показано в табл. 12.1.
Таблица 12.1 – Состояния четырехразрядного суммирующего счётчика
Номер входного имп. | Выходы | Число в счётчике | |||
Q 4 | Q 3 | Q 2 | Q 1 | ||
По направлению счёта счётчики бывают как суммирующими, так и вычитающими. Изменение направления счёта на противоположное называется реверсом.
На рис. 12.3 дана схема вычитающего четырёхразрядного двоичного счётчика.
Сопоставляя рис. 12.3 с рис. 12.1, убеждаемся в том, что схема вычитающего счётчика (рис. 12.3) отличается от суммирующего лишь тем, что запуск последующего триггера осуществляется не с инверсного выхода предыдущего триггера, а с прямого Qi.
Принцип действия вычитающего счётчика иллюстрирует временная диаграмма его работы (см. рис. 12.4).
Рисунок 12.3 – Последовательный вычитающий счетчик: а) схема; б) условное обозначение
Рисунок 12.4 – Временная диаграмма работы вычитающего счетчика
Схема работает следующим образом.
С приходом первого фронта импульса счёта 1 взводится первый триггер D1.
Со взводом триггера D1 на его прямом выходе Q 1появляется фронт, которым взводится последующий триггер D2. Одновременно фронт выхода Q 2 взводит триггер D3 и в этот же самый момент поступления первого импульса фронтом Q 3 взводится четвёртый триггер D4.
Таким образом, в вычитающем счётчике с поступлением первого импульса взводятся все триггеры (в нашем случае – четыре).
Содержимое счётчика составляет 1111, т.е. 15. Так, с учётом заёма двоичного числа 10000 выполняется операция вычитания двоичных чисел
10000 – 0001 = 1111, т.е. 16 – 1 = 15.
Происхождение числа 15 объясняется математическим действием 16 – 1 = = 15, где 16 – число, заимствованное из старшего разряда с весовым коэффициентом 25 = 16.
Далее с каждым очередным входным импульсом содержимое счётчика уменьшается на единицу (табл. 12.2).
Второй входной импульс С сбросит первый триггер D1. Остальные триггеры не срабатывают, так как на выходе Q 1 срез. Содержимое счётчика равно 1110, т.е. 16 – 2 = 14.
Входной импульс 3 взводит триггер D1, фронт выхода Q 1 которого сбрасывает триггер D2. Остальные триггеры не срабатывают, так как на выходе Q 2 срез. В счётчике останется число 1101, т.е. 16 – 3 = 13 и т.д.
|
|
Таблица 12.2 – Состояния четырех-разрядного вычитающего счётчика
|
С каждым входным импульсом С содержимое счётчика уменьшается на единицу.
После 15-го импульса С в счётчике останется взведенным только первый триггер D1. Содержимое счётчика равно 0001.
16-й импульс сбрасывает триггер D1, после чего счётчик обнуляется, а импульс переполнения Р передаётся в старший разряд.