Счетчики с последовательным переносом

Первый разряд счетчика, будучи счетным триггером, пере­ключается каждым входным импульсом. Каждый последующий разряд счетчика получает переключающий перепад (1/0 или 0/1) от предыдущего разряда — переключающий перепад распростра­няется вдоль цепочки триггеров счетчика последовательно.

Рисунок 2.2.3.2.

Структура суммирующего счетчика. Схема суммирующего счет­чика с последовательным переносом приведена на рисунке 2.2.3.2., а. С поступлением каждого входного импульса число в счетчике увеличивается на единицу. Если в данном разряде присутствует 1, то под воздействием перепада, поступающего от предыдуще­го, он обнуляется, и единица переносится в следующий разряд. Если же в данном разряде 0, то в него записывается 1.

На рисунке 2.2.3.2., б представлено условное изображение 4-разряд­ного счетчика. На счетный С-вход поступают импульсы. Лог. 1 на входе R сбрасывает все разряды счетчика в нуль. По входам предварительной установки Do — D3 в счетчик может быть запи­сано число, его занесение должно сопровождаться лог. 1 на вхо­де разрешения V. Число, занесенное в счетчик, фиксируется на его выходах двоичным кодом с «весами» разрядов 1—2—4—8, что отмечено на правом поле рисунке 2.2.3.2., б. На выходе Р+ появляется лог. 1 с поступлением на вход 16-го импульса, т. е. вслед за тем, как предыдущими 15-ю импульсами все разряды счетчика были установлены в 1.

Суммирующий счетчик функционирует по правилам сложе­ния двоичных чисел. Это легко проследить по временной диаг­рамме, изображенной на рисунке 2.2.3.3., где крестиками отмечены пе­реключающие перепады 1/0. Рассмотрим действие на счетчик, к примеру, шестого импульса. По его спаду триггер Т1 устанавли­вается в 0, перепад 1/0 на его выходе Q, переключает в 1 триггер Т2, а триггер Тъ остается в прежнем (единичном) состоянии, так как перепад 0/1 на выходе Q2 не является переключающим. Ана­логично можно рассмотреть действие и других импульсов.

Рисунок 2.2.3.3.

Из временных диаграмм (см. рисунок 2.2.3.3.) можно сделать следую­щие выводы:

— с наибольшей частотой (равной частоте входных импуль­сов) переключается входной триггер счетчика;

— частота импульсов на выходе каждого триггера вдвое меньше частоты импульсов на его входе, а n разрядов счетчика делят частоту входных импульсов в 2 ⁿ раз. При поступлении на вход рассмотренного счетчика восьми импульсов (в общем случае 2 ⁿ) на выходе Q₃ формируется один импульс; таким образом, счет­чик является делителем числа входных импульсов с коэффици­ентом деления (пересчета), равным емкости счетчика К_сч;

— при поступлении на вход суммирующего счетчика 2 ⁿ им­пульсов (для трехразрядного счетчика — восьми) он переполня­ется: все триггеры устанавливаются в 0 (счетчик обнуляется). Девятым импульсом рассмотренный счетчик вновь начинает за­полняться;

— максимальное число, которое может содержать счетчик, на единицу меньше его емкости N= К_cч — 1 = 2 ⁿ — 1. Максимальное число в трехразрядном счетчике (когда на всех прямых выходах разрядов присутствуют единицы) равно 7 (2³ — 1);

— в момент, предшествующий переключению очередного раз­ряда, все предыдущие разряды счетчика находятся в состоянии 1.

Если в счетчике использованы триггеры, переключающиеся перепадом 0/1, то вход последующего триггера нужно соединить с инверсным выходом предыдущего, на котором формируется этот перепад, когда по основному выходу триггер переключается из 1 в 0.

Рисунок 2.2.3.4.

Структура вычитающего счетчика. Схема вычитающего счет­чика на триггерах, переключающихся перепадом 1/0, приведена на рисунке 2.2.3.4. По S-входам в разряды счетчика заносится двоичное число, из которого нужно вычесть число, представляемое коли­чеством входных импульсов. При построении такого счетчика реализуется закономерность вычитания 1 из двоичного числа: первая 1, встретившаяся при просмотре этого числа справа нале­во, меняется на 0, а все предшествующие 0 меняются на 1. На­пример:

1002 - 0012 = 0112(4 - 1 = 3); 0102 - 0012 = 0012(2 -1 = 1). Поэтому счетный вход триггера, переключающегося перепа­дом 1/ 0, надо соединить не с прямым выходом предыдущего триггера (как в режиме суммирования), а с его инверсным выхо­дом, на котором присутствует лог. 1, когда триггер находится в нулевом состоянии. Действительно, пусть счетчик имеет два раз­ряда, в которые занесены 1 (число 3). При этом на инверсных выходах разрядов присутствуют лог. 0. Первый входной импульс переключает первый разряд счетчика в 0, и на его инверсном выходе возникает непереключающий перепад 0/1 — второй раз­ряд остается в прежнем состоянии. Второй входной импульс вновь переключает первый разряд, и на его инверсном выходе появля­ется переключающий перепад 1/0, который устанавливает вто­рой разряд в 0. Третий входной импульс опять переключает пер­вый разряд, но теперь на его инверсном выходе формируется непереключающий перепад 0/1, поэтому второй разряд остается в нулевом состоянии. В результате три входных импульса обну­ляют двухразрядный счетчик, осуществив вычитание из него числа 3 (011₂). Следующий входной импульс, воздействуя на обнулен­ный счетчик, установит все его триггеры (как обычно, имеются в виду прямые выходы) в 1, так как при переключении каждого из них, начиная с первого, на инверсном выходе будет формиро­ваться перепад 1/0, переключающий следующий разряд.

Структура реверсивного счетчика. Реверсивный счетчик дол­жен работать как на сложение, так и на вычитание. Из рассмот­рения схем, представленных на рисунках 2.2.3.2. и 2.2.3.4., следует, что в сум­мирующем счетчике каждый последующий триггер получает ин­формацию с прямого выхода предыдущего, а в вычитающем — с инверсного выхода, т. е. для перехода от сложения к вычитанию и обратно надо изменять подключение счетного входа последую­щего триггера к выходу предыдущего.

Такая программа реализуется в схеме реверсивного счетчика, приведенной на рисунке 2.2.3.5. Счетный вход каждого триггера через дизъюнктор может присоединяться к прямому выходу предыду­щего триггера (через конъюнктор верхнего ряда) или к инверсно­му выходу (через конъюнктор нижнего ряда). Чтобы осуществить суммирование, на линию сложения со входа Р подается 1, кото­рой вводятся в действие конъюнкторы верхнего ряда. При этом на шине вычитания присутствует 0, за счет чего конъюнкторы ниж­него ряда выключены. Вычитание осуществляется при Р = 0, т. е. с подачей 1 на линию вычитания и 0 на шину сложения. Заноси­мое в счетчик число читается по выходам Q_3, Q_4, Q_1.

Счетчики с последовательным переносом, имея простую струк­туру, обладают рядом недостатков. Один из них состоит в отно­сительно низком быстродействии: к k -му разряду переключающий перепад проходит через (k — 1) предыдущих разрядов, по­этому интервал между соседними входными импульсами должен превышать t _n (n — 1), где t _n — время переключения триггера; n — число разрядов счетчика. Другим недостатком является то, что в ходе переключения младшие разряды счетчика принимают уже новые состояния, в то время как старшие еще находятся в пре­жнем, т. е. при смене одного числа другим счетчик проходит ряд промежуточных состояний, каждое из которых может быть при­нято фиксирующим устройством за окончательное.

Рисунок 2.2.3.5.