Счетчики

В общем случае счетчиком называют конечный автомат с одним входом C, соседние внутренние состояния которого кодируются комбинациями, соответствующими в выбранном коде последовательным целым числам. Число возможных внутренних состояний счетчика называемых иногда его емкостью или коэффициентом пересчета всегда ограничено. Поэтому в большинстве счетчиков организован так называемый счет по модулю, при котором полное заполнение емкости счетчика приводит к его автоматическому сбросу, то есть переходу в его исходное нулевое состояние. Граф работы счетчика по модулю представляет собой замкнутое кольцо внутренних состояний, например:

Этот граф реализуется в так называемом суммирующем счетчике. В таком счетчике каждый входной импульс прибавляет единицу к кодовой комбинации характеризующей текущее состояние счетчика. В принципе возможны и вычитающие счетчики. Граф работы такого счетчика имеет вид:

По конструктивному исполнению различают асинхронные и синхронные счетчики. В асинхронных счетчиках (в счетчиках с последовательным переносом) выходной сигнал триггера младшего разряда является одновременно входным сигналом триггера последующего старшего разряда. Асинхронный счетчик обычно выполняют на счетных триггерах либо на триггерах J-K или D работающих в режиме счетного триггера. Схема и временные диаграммы работы трехразрядного суммирующего асинхронного двоичного счетчика имеют вид:

Двоичные счетчики рассмотренной структуры выпускают в виде отдельных микросхем средней степени интеграции, триггеры которых дополняют цепью общего сброса. Например:

На функциональных схемах такой счетчик изображают следующим образом:

Метки, указанные у входов счетчика — есть веса соответствующих разрядов двоичного кода. Входы R1 и R2 могут служить для организации счетчика с требуемым числом внутренних состояний. Например, счетчик, выполненный по следующей схеме, имеет 12 внутренних состояний:

Эти 12 внутренних состояний соответствуют двоичным кодам 0000…1011. Если же достигается состояние 1100, счетчик самостоятельно без участия входных импульсов сбрасывается, то есть переходит в состояние 0000. В более сложных случаях необходимый коэффициент пересчета получают, организуя сброс счетчика с помощью дешифратора.

Последовательное включение счетных триггеров в асинхронных счетчиках приводит к постепенному нарастанию задержки переключения триггеров в старших разрядах счетчика относительно рабочего фронта тактового импульса. Это может быть причиной неправильной работы сброса при больших коэффициентах пересчета.

Указанный недостаток преодолен в синхронных счетчиках (счетчиках с параллельным или сквозным переносом). Такие счетчики собирают на синхронных J-K триггерах, причем тактовым сигналом всех триггеров счетчика является входной сигнал. Схема трехразрядного двоичного суммирующего синхронного счетчика имеет вид:

Все триггеры синхронного счетчика переключаются здесь одновременно по заднему фронту входных импульсов. Триггеры младших разрядов дают разрешение на переключение триггеров старших разрядов по входам J-K. В старших разрядах приходится использовать триггеры, имеющие несколько входов J и K, объединенные логической функцией И. Некоторые синхронные счетчики могут работать, как на суммирование, так и на вычитание. Такие счетчики называют реверсивными. Такие счетчики обычно имеют два счетных входа, помеченные как “+1”(суммирование) “-1”(вычитание). Граф работы трехразрядного реверсивного двоичного счетчика имеет вид:

На функциональных схемах такой счетчик обозначают следующим образом:

Кроме двоичных счетчиков в виде микросхем выпускают десятичные счетчики, которые работают в двоично-десятичном коде. Требуемый коэффициент пересчета обеспечивается в них дополнительными связями между триггерами. На схемах такие счетчики обозначают кодом “CT10”.

Счетчики по модулю могут использоваться не только для счета количества входных импульсов, но и для деления частоты входного сигнала на постоянное целое число равное коэффициенту пересчета счетчика. В режиме деления частоты выходные импульсы снимаются с триггера старшего разряда счетчика. Так рассмотренный ранее счетчик с двенадцатью внутренними состояниями делит частоту входного сигнала f₀ на 12.