Б3В Принципы построения счетчиков, суммирующие и вычитающие счетчики, логическая структура, параметры

Понятие «счётчик» является очень широким. К счётчикам относят автоматы, которые под действием входных импульсов переходят из одного состояния в другое, фиксируя тем самым число поступивших на их вход импульсов в том или ином коде. Специфичной для счётчиков операцией является изменение их содержимого на единицу (может быть и условную). Прибавление такой единицы соответствует операции инкрементации, вычитание – операции декрементации. Обычно счётчиками выполняются также и другие операции – сброс, установка, параллельная загрузка и др. Счётчик характеризуется модулем счёта М (ёмкостью). Модуль определяет число возможных состояний счётчика. После поступления на счётчик М входных сигналов начинается новый цикл, повторяющий предыдущий. По направлению счёта счётчики делятся на суммирующие(прямого счёта), вычитающие (обратного счёта) и реверсивные (с изменением направления счёта). По принадлежности к тому или иному классу автоматов говорят о синхронных или асинхронных счётчиках. Простейший суммирующий асинхронный счётчик Счётчик представляет собой несколько последовательно включенных счётных триггеров. Напомним, что по каждому входному импульсу счётный триггер изменяет своё состояние на противоположное.

Рис. 1. Простой асинхронный суммирующий счётчик Если вход синхроимпульса триггера отмечен как «\», то опрокидывание триггера происходит по заднему фронту, если как «/» - то по переднему. Рис. 2. Временная диаграмма работы суммирующего асинхронного счётчика Пусть первоначальное состояние всех триггеров счётчика будет нулевым. Это состояние мы видим на временных диаграммах. После поступления на вход счётчика тактового импульса (который воспринимается по заднему фронту) первый триггер изменяет своё состояние на противоположное, то есть единицу. Продолжая анализировать временную диаграмму, можно определить, что на выходах приведённой схемы счётчика последовательно появляются цифры от 0 до 7. Эти цифры записаны в двоичном виде. При поступлении на счётный вход счётчика очередного импульса, содержимое его триггеров увеличивается на 1. Поэтому такие счётчики получили название суммирующих двоичных счётчиков. Если информацию снимать с инверсных выходов триггеров, то получится вычитающий счётчик. Простейший вычитающий асинхронный счётчик

Рассмотрим схему счётчика на триггерах, опрокидывающихся по переднему фронту входных импульсов рис. 3.
Рис. 3. Вычитающий счётчик

Рис. 4. Временная диаграмма работы вычитающего асинхронного счётчика Полученные структуры относятся к асинхронным счётчикам, т.к. в них каждый триггер переключается выходным сигналом предыдущего, и эти переключения происходят не одновременно. Переключение одного триггера за другим есть не что иное, как распространение переноса по разрядам числа при изменении содержимого счётчика. В худшем случае перенос распространяется по всей разрядной сетке от младшего разряда к старшему, т.е. для установления нового состояния должны переключиться последовательно все триггеры. Отсюда видно, что время установления кода в асинхронном счётчике составит величину tуст<=ntT. Другим названием асинхронного счётчика является название «последовательного счётчика». Синхронные (или параллельные) счетчики представляют собой наиболее быстродействующую разновидность счетчиков. Наращивание их разрядности при соблюдении определенных условий не приводит к увеличению полной задержки срабатывания. То есть можно считать, что именно синхронные счетчики работают как идеальные счетчики, все разряды которых срабатывают одновременно, параллельно. Задержка срабатывания счетчика в этом случае примерно равна задержке срабатывания одного триггера. Достигается такое быстродействие существенным усложнением внутренней структуры микросхемы. Вместе с тем недостатком синхронных счетчиков является более сложное управление их работой по сравнению с асинхронными счетчиками и с синхронными счетчиками с асинхронным переносом. Поэтому синхронные счетчики целесообразно применять только в тех случаях, когда действительно требуется очень высокое быстродействие, очень высокая скорость переключения разрядов. Иначе усложнение схемы управления может быть не оправдано. Время установления таких счётчиком не зависит от разрядности nи равно tуст. = tk + tТР, где tk – задержка конъюнктора.

Рис. 3.45. Схема параллельного счётчика прямого счёта С ростом числа разрядов реализация параллельных счётчиков затрудняется – требуются вентили с большим числом входов, растёт нагрузка на выходы триггеров.