Класифікація лічильників
Класифікація лічильників виконується за різними ознаками:
У напрямку рахунку вхідних імпульсів лічильники ділять на три групи:
- підсумовують, в яких з приходом кожного вхідного імпульсу в межах лічильного циклу до вмісту лічильника додається одиниця;
- віднімають, в яких з приходом кожного вхідного імпульсу вміст лічильника зменшується на одиницю;
- реверсивні, в яких реалізуються прямий та зворотний напрямки рахунку.
За коефіцієнтом рахунку лічильники поділяються на:
- двійкові (бінарні), у якихКсч = 2 n ,деn- кількість тригерів;
- двійково-десяткові (декадні),Ксч = 10 n, де n - число лічильників;
- зі змінним коефіцієнтом рахункуКсч 2 n ,деn- кількість тригерів.
За способом організації внутрішніх зв'язків між тригерами виділяють:
- лічильники з послідовним переносом, або асинхронні лічильники, в яких вхідний імпульс надходить тільки на перший тригер, а кожен наступний перемикається вихідним сигналом попереднього;
- лічильники з паралельним переносом, або синхронні, в яких вхідні імпульси надходять на всі тригери лічильника одночасно;
- кільцеві лічильники, що являють собою регістри зсуву замкнуті в кільце, яким під впливом вхідних імпульсів циркулює одна або кілька кодових одиниць.
Основними показниками лічильників є:
1. Місткість лічильника, чисельно рівна коефіцієнту рахунку, характеризує максимальну кількість імпульсів, яке може порахувати лічильник за один період роботи.
деn- кількість послідовно включених тригерів.
2.Швидкодіявизначається:
2.1 Роздільна здатністьtраз.сч, під якою мають на увазі мінімальний час між двома вхідними сигналами, протягом якого ще не виникає збою в роботі лічильника (лічильник спрацьовує без перепусток);
2.2 Часом установки коду лічильникаtуст, рівним часу між моментом надходження вхідного сигналу та переходом лічильника в новий стійкий стан.
Тимчасові властивості залежать від тимчасових характеристик тригерів та способу зв'язків між собою.
На умовному графічному позначенні в основне поле поміщають літери СТ (відcounter- лічильник).
Лічильники з послідовним перенесенням та постійним коефіцієнтом рахунку
Сумуючий лічильник
Лічильники з послідовним переносом будують на основі Т-тригерів із двоступінчастою структурою.
Функціонування лічильника відображає часова діаграма (рисунок 5.37).
Як вихідний стан прийнято стан з нульовим рівнем на виходах всіх тригерів:Q0 = Q1 = Q2 = Q3 = 0.
Зрізом першого вхідного імпульсуТперемикається тригер молодшого розрядуDD1.1з «0» на «1», на виходіQ0 =1, Q1 = 0, Q2 = 0, Q3 = 0, тобто. 00012 = 110;
Зрізом другого імпульсуТперший тригер переключиться на «0», а другий перепише одиницю з першого, на виході Q0 = 0, Q1 = 1, Q2 = 0, Q3 = 0, тобто. 00102 = 210.
По четвертому імпульсу на виході Q0 = 0, Q1 = 0, Q2 = 1, Q3 = 0, тобто. 01002 = 410.
По восьмому імпульсу на виході Q0 = 0, Q1 = 0, Q2 = 0, Q3 = 1, тобто. 10002 = 810 , і т.д.
По п'ятнадцятому імпульсу на виході Q0 = Q1 = Q2 = Q3 = 1, тобто. 11112 = 1510; по зрізу 16-го імпульсу на лічильникуQ0 = Q1 = Q2 = Q3 = 0, тобто. лічильник автоматично скидається. При подальшому надходженні імпульсів починається новий цикл рахунку.
З тимчасових діаграм та схеми лічильника (рисунок 5.37) можна зробити такі висновки:
1. Даний лічильник здійснює рахунок імпульсів від 0 до 15, йогоКсч = 24 = 16, т.к. у цьому лічильнику 4 розряди (тригера);
2. Максимальне числоN,яке може бути записано в лічильникуN = 2 n -1 = 2 4 - 1 = 15;
3. Стан розрядів (тригерів) являє собою запис числа імпульсів, що надійшли в двійковому коді (тобто 0 або 1);
4. Стану тригера відповідають у двійковому коді порядковому номеру імпульсу, що впливає. Наприклад, після 11 вхідного імпульсу на виході Q0 = 1, Q1 = 1, Q2 = 0, Q3 = 1, тобто. 10112 = 1110 . Записане в лічильник число можна визначити як:
M = 1*2 3 + 0*2 2 + 1*2 1 + 1*2 0 = 8+0+2+1=11.
5. Результат рахунку знімається як двійкового коду з виходів всіх розрядів одночасно.
6. Кожен вхідний імпульс збільшує число, записане в лічильник на 1. Такий лічильник називають підсумовуючим.
7. По зрізу імпульсу 16 лічильник автоматично скидається і починається новий цикл рахунку.
8. Частота повторення вихідного сигналу в n розряді2 nрази менше частоти повторення вхідних імпульсівТ, тобто.
9. У лічильників, що працюють у режимі поділу, використовується вихідний сигнал, що знімається з останнього тригера.
На малюнку 5.38 представлено УДО лічильника зКсч=16.
Підсумовуючий можна реалізувати на тригерах, лічильний вхід якихкерується фронтом вхідних імпульсів. У цьому випадку їх необхідно об'єднати так, як показано на малюнку 5.39.
Спрацьовування всіх тригерів відбувається фронтом рахункового імпульсуТ. Тому, щоб реалізувати операцію підсумовування, необхідно на тригериDD2таDD3інформацію подавати з інверсних виходів попередніх тригерів.
Тимчасова діаграма роботи лічильника показана малюнку 5.39,б.
Перевагою лічильника з послідовним перенесенням є простота. Недоліком лічильника служить низька швидкодія (т.к. тригери в лічильнику спрацьовують послідовно один за одним). Зміна стану лічильника відбувається із затримкою, викликаною перехідними процесами наn - p– переходах транзисторів. Затримка зростає з числом розрядів. У чотирьохрозрядних лічильників затримка на четвертому розряді в 4 рази більша за затримку першого розряду.
Через таке накопичення тимчасових зрушень у розрядах на виходах таких лічильників можуть виникнути короткочасні хибні імпульси. Тому, незважаючи на простоту, застосування лічильників із послідовним перенесенням обмежено цифровими пристроями з невеликою кількістю розрядів.
Зчитувач лічильник
У лічильнику, що зберігається, двійкове число, що зберігається, з кожним імпульсом, що надходить, зменшується на «1».
Для зворотного рахунку використовуються з'єднання по інверсним виходам тригерів, тому перемикання тригераi-розряду відбуватиметься при зрізі (тобто при фронті).
Тимчасові діаграми роботи лічильника представлені малюнку 5.41.
На початку роботи подачею сигналів на настановні входиSвстановленостан
Перенесення з молодшого розряду до старшого відбувається за зміни стану молодшого розряду з «0» на «1».
Переповнення лічильника відбувається після сьомого імпульсу при досягненні нульового стану. При фронті восьмого імпульсу лічильник повертається у вихідний стан «1112».
Якщо лічильник, що віднімає, реалізується на базіТ-тригерів з управлінням по фронту, то сигнали на входи наступних тригерів, на противагу схеми малюнка 5.40, необхідно подавати з прямих виходів попередніх тригерів (рисунок 5.42 а). Тимчасова діаграма роботи лічильника з такою структурою наведена малюнку 5.42,б.
З часової діаграми видно, що з кожним наступним рахунковим імпульсом вихідний код зменшується на одиницю (декрементується). З останнім восьмим імпульсом лічильник повертається у вихідний стан.
Таким чином, шляхом перемикання виходів з інверсних на прямі і назад, можна отримати як підсумовують, так і лічильники, що віднімають. Ця властивість покладено основою побудови реверсних лічильників.
Лічильники, що окремо віднімають, використовуються рідко. Операція віднімання організується разом із додаванням у реверсивних лічильниках.
Лічильники мають маркуванняІЕ. Наприклад, лічильники з послідовним перенесенням К155ІЕ2, К155ІЕ5.