Счетчики со сквозным переносом

СЧЕТЧИКИ

 Почти каждая сложная цифровая система содержит несколько счетчиков. Назначение счетчика очевидно: это подсчет числа некоторых событий или временных интервалов, либо упорядочение событий в хронологической по­следовательности. Кроме того, счетчики могут выполнять и не столь оче­видные функции: их, например, можно использовать для адресации, в каче­стве делителей частоты и элементов памяти. Поэтому счетчик состоит из за­поминающих ячеек - триггеров.

 Счетчик предназначен для счета поступающих на его вход импульсов, в интервале между которыми он должен хранить информацию об их количестве. Поэтому счетчик состоит из запоминающих ячеек — триггеров.

Между собой ячейки счетчика соединяются таким образом, чтобы каждому числу импульсов соответствовали единичные состояния определенных ячеек. При этом совокупность единиц и нулей на выходах n ячеек счетчика представляет собой n-раз­рядное двоичное число, которое однозначно определяет коли­чество прошедших на входе импульсов. Поэтому ячейки счет­чика называют его разрядами.

Каждый разряд счетчика может находиться в двух состоя­ниях. Число устойчивых состояний, которое может принимать данный счетчик, называют его емкостью, модулем счета или коэффициентом  пересчета.

Если с каждым входным импульсом зарегистрированное («записанное») в счетчике число увеличивается, то такой счет­чик является суммирующим, если же оно уменьшается, то - вычитающим. Счетчик, работающий как на сложение, так и на вычитание, называют реверсивным.

Счетчик, у которого под воздействием входного импульса переключение соответствующих разрядов происходит последовательно друг за другом, называют асинхронным, а когда переключение происходит одновременно (или почти одновре­менно), - синхронным.

Процедуры двоичного и десятичного счета иллюстрируют­ся в таблице на рис.1. Используя только 4 двоичных раз­ряда (D, C, BиA), мы можем считать от 0000 до 1111 (от 0 до 15 в десятичной системе). Столбец А таблицы соответ­ствует двоичному разряду единиц или самой младшей зна­чащей цифре. Обычно используется термин «самый млад­ший разряд» (СМР).  Столбец  D соответствует двоичному разряду восьмерок или старшей значащей цифре. Обычно используется термин «самый старший разряд» (ССР).

Обра­тите внимание, что в столбце единиц цифры изменяются на­иболее часто. Если нам нужен счетчик, который считает от 0000 до 1111 (в двоичной системе), у него должно быть 16 раз­личных выходных состояний. Такой счетчик называется счетчиком по модулю 16. Модуль счетчика - это число раз­личных состояний, через которые проходит счетчик в про­цессе одного полного цикла счета.

Функциональная схема счетчика по модулю 16, соста­вленного из четырех JK-триггеров, показана на рис.2, а.  Каждый JK-триггер работает в режиме переключения (J = K = 1).

Пусть в начальный момент состояния выходов счетчика соответствуют двоичному числу 0000 (счетчик очи­щен). При поступлении тактового импульса 1 на синхрони­зирующий вход (CLK) триггера Т1 этот триггер переклю­чается (при прохождении среза импульса) и на индикаторе появляется двоичное число 0001. Тактовый импульс 2 воз­вращает триггер T1 в исходное состояние 0 (Q = 0), что в свою очередь приводит к переключению триггера T2 в состояние 1 Q=1). На индикаторе появляется число 0010.

Счет продолжается: срез сигнала на выходе каждого триггера запускает следующий триггер. Возвращаясь к таблице на рис.1, мы видим, что цифры (1 или 0) в столбце А (единиц) изменяются на каждом этапе счета. Другими словами, триггер Т1 переключается с приходом каждого но­вого тактового импульса. Как видно из столбца В, триггер Т2 переключается в 2 раза реже триггера Т1. Вообще каждый более старший разряд в таблице на рис.1 «переключается» в 2 раза реже предыдущего.

Двоичный счет

Десятичный

счет

D

C

B

A

Рис.1. Счетная последовательность для счетчика по модулю 16

Работу счетчика по модулю 16 в процессе счета до 10 (двоичное число 1010) иллюстрируют временные диа­граммы на рис.2.б. Синхронизирующему входу соответ­ствует самая верхняя диаграмма. Диаграммы для выходов Q, триггеров Т1, Т2, ТЗ, Т4 приведены ниже. Под диаграммами указаны двоичные числа, соответствующие раз­личным состояниям счетчика.     

Обратите особое внимание на вертикальные линии на рис..2,б. Они показывают, что тактовые импульсы запускают только триггер Т1, триггер Т1 запускает триггер Т2, триггер Т2 запускает триггер ТЗ и т.д. Поскольку каждый триггер воздействует только на один (следующий за ним) триггер, то для переключения всех триггеров необходимо некоторое время. Например, в точке а на импульсе 8 (рис. 2,б) тактовый импульс запу­скает триггер Т1, вызывая его переключение в состояние 0. Это в свою очередь приводит к переключению триггера Т2 из состояния 1 в состояние 0. Затем точно так же переклю­чается триггер ТЗ. В момент установки на выходе Q тригге­ра ТЗ уровня логического 0 запускается триггер Т4, ко­торый переключается из состояния 0 в состояние 1.

Мы видим, что изменение состояний последовательно («на­сквозь») распространяется по цепочке триггеров. Поэтому рассматриваемый счетчик называют счетчиком со сквозным переносом.

Счетчик, функциональная схема которого показана на рис. 2, можно назвать не только счетчиком со сквозным переносом, но и счетчиком по модулю 16,  4-разрядным счетчиком или асинхронным счетчиком. Каждое из назва­ний характеризует рассматриваемую схему с какой-то одной стороны. Определения «со сквозным переносом» и «асинхронный» говорят о том, что запуск  триггеров  в  счетчике  осуществляется  не  в  одно  и  то  же  время.

Назва­ние «счетчик по модулю 16» отражает число различных со­стояний, «проходимых» счетчиком за один полный цикл счета.

Определение «4-разрядный» указывает число двоичных разрядов на выходе счетчика.

Рис.2. Счетчик по модулю 16

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США