Л 09 АКС

лекция

Лекция №9

Тема: «Счетчики»

План

  1. Основные параметры счетчика
  2. Классификация счетчиков
  3. Двоичные счетчики

Счетчиком называется последовательное устройство, предназначенное для счета входных импульсов и фиксации их числа в двоичном коде.

Любые счетчики строятся на основе N однотипных связанных между собой разрядных схем, каждая из которых в общем случае состоит и TG и некоторой комбинационной схемы, предназначенной для формирования сигналов управления триггером.

Счетчик может выполнять следующие микрооперации над кодовым словом:

1.         установка в исходное состояние (запись нулевого кода)- установка в нулевое состояние;

2.         запись входной информации в параллельной форме;

3.         хранение информации;

4.         выдача хранимой информации в параллельной форме;

5.         инкремент – увеличение хранящегося кодового слова на единицу;

6.         декремент — уменьшение хранящегося кодового слова на единицу.

1 Основные параметры счетчика:

1.         Модуль счета М – основной статический параметр, который характеризует максимальное число импульсов, после прихода которого счетчик устанавливается в исходное состояние.

2.         Время установления выходного кода tk – основной динамический параметр, который характеризует временной интервал между моментом подачи входного сигнала и моментом установления нового кода на выходе.

2 Классификация счетчиков

1.По значению модуля счета:

— двоичные, Мкот = целой степени числа 2 (М=2n);

— двоично-кодированные, в которых М может принимать любое неравное целой степени числа 3, значение.

2.По направлению счета:

— суммирующие, выполняющие микрооперацию инкремента над хранящимся входным словом;

— вычитающие выполняющие микрооперацию декремента над хранящимся входным словом;

— реверсивные, выполняющие либо микрооперацию инкремента, либо декремента в зависимости от управляющего сигнала.

3.По способу организации межразрядных связей:

— счетчик с последовательным переносом, в котором переключение триггеров разрядных схем происходит последовательно один за другим;

— счетчик с параллельным переносом, в котором переключение всех триггеров разрядных схем происходит одновременно по сигналу синхронизации С;

— счетчик с комбинированным последовательно-параллельным переносом, когда используются различные комбинации способов переноса.

3 Двоичные счетчики

Рассмотрим на примере счетчик с модулем счета М=8 , необходимо как минимум три триггера.

Обратимся к таблице трехразрядных двоичных чисел:

C         Q2       Q1       Q0

1          0          0          0

1          0          0          1

1          0          1          0

1          0          1          1

1          1          0          0

1          1          0          1

1          1          1          0

1          1          1          1

Младший разряд Q0 изменяет свое состояние с приходом каждого импульса синхронизации С.

-Q1 – изменяет свое состояние с приходом каждого 2-го С.

— Q2 — изменяет свое состояние с приходом каждого 4-го С.

Данный алгоритм можно реализовать на асинхронных Т-триггерах:

Синхронизация каждого следующего триггера производится выходным сигналом предыдущего триггера, а переключение первого триггера (формирующего Q0) – непосредственно последовательностью синхроимпульсов.

Переключение триггера должно происходить по спаду импульса.

Инкремент (сложение) реализуется на асинхронном Т-триггере с инверсным динамическим входом.

Декремент (вычитание) реализуется на асинхронным Т –триггере с прямым динамическим входом.

Если для синхронизации каждого последующего асинхронного триггера использовать инверсный выход триггера,

Суммирующий счетчик инкремент: (используется прямой динамический вход)

вычитающий счетчик (используется инверсный динамический вход)

Направление счета счетчика может изменятся путем изменения межразрядных связей: включается в состав каждой разрядной схемы MS (как в последовательно- параллельном или реверсивном RG)

 Сигнал V определяет направление счета:

V=1 суммирующий счетчик

V=0 вычитающий счетчик

Все рассмотренные выше счетчики являются счетчиками с последовательным переносом, т.к. переключение каждого последующего триггера происходит только после переключения предыдущего триггера. Достоинство счетчика с последовательным переносом – простота внутренней структуры.

Недостаток — счетчика с последовательным переносом – большое время установления выходного кода tk

tk≠const, зависит от конкретного значения его выходного кода.

tк max будет в случае изменения выходного кода со значения 111….в 000….. или наоборот

tк max=Ntkтр., где N – число разрядов в счетчике tkтр – время переключения одного разряда счетчика

Понизить tmax можно при условии, что все триггеры его разрядных схем будут переключаться одновременно. Для этого:

1.используют синхронные триггеры

2.организуют сигналы, определяют порядок переключения триггеров до прихода сигнала С.

 Вернемся к таблице последовательности двоичных чисел: для суммирующего счетчика (для вычитающего таблица пойдет вверх)

Q3       Q2       Q1       Q0

0          0          0          0

0          0          0          1

0          0          1          0

0          0          1          1

0          1          0          0

0          1          0          1

0          1          1          0

0          1          1          1

1          0          0          0

1          0          0          1

1          0          1          0

1          0          1          1

1          1          0          0

1          1          0          1

1          1          1          0

1          1          1          1

Из таблицы видно, что переключение каждого последующего триггера происходит только, когда все предыдущие триггеры установлены в 1, т.е. , где Qi,n+1 — значение i-го разряда счетчика в (n+1) момент времени Qi,n — значение i-го разряда счетчика n-ный момент времени pi  = Q0,n ,Qi,n Qi-1,n  — сигнал переноса Необходимо сформировать сигнал переноса.  Время установленных сигнала счетчика tmax=1tmp время переключения одного триггера

Счетчик с параллельным переносом

Сложность практической реализации данных счетчиков состоит в том, что с увеличением числа разрядов счетчика увеличивается и число входов в логический элемент «И», используемых в цепях формирования переноса. В счетчиках с параллельным переносом направление счета не зависит от вида динамического входа Т (прямой или инверсный).

Зависит только от вида выхода Т, который используется для формирования сигнала переноса. Комбинированные схемы, идея которых состоит в разбиении разрядных схем счетчика на группы, внутри которых осуществлен параллельный; либо последовательный перенос. Формирование сигнала переноса между группами выполняется логическим элементом «И» только когда триггеры всех входящих в данную группу разрядных схем установлены в «1»

 Время установки выхода кода tmax=1tтр.группы

Как в схемах с параллельным, так и комбинированным переносом для подготовки счетчика к следующему переключению должно пройти время tкод=tзадержки логического элемента «И».

Схемы со сквозным переносом