35. Счетчики электрических импульсов

Счетчики импульсов, как и регистры, строят на основе триггеров. Они используются в электронно-вычислительной технике для счета команд, счета импульсов в электронных часах, счета

числа оборотов двигателя, счета импульсов датчиков радиоактивного излучения и во многих других промышленных и любительских устройствах.

Понять принцип действия электронного счетчика импульсов поможет механическая аналогия. О счетчике с вращающимися дисками или колесами мы уже говорили. Каждое колесо имеет десять цифр и соответствует одному десятичному разряду. Для измерения расхода электроэнергии, например, используют пятиразрядный счетчик. Младший разряд, расположенный справа, показывает десятые доли киловатт-часов, следующие, соответственно, единицы, десятки, сотни и тысячи киловатт-часов. Между ними существует механическая связь, благодаря которой колесо младшего разряда, совершив полный оборот, поворачивает на одну десятую оборота колесо следующего, старшего разряда. Очевидно, что наибольшее показание пятиразрядного десятичного счетчика будет равно 9999,9 киловатт-часов. После этого произойдет автоматический сброс показаний и отсчет электроэнергии будет проходить от нулевого значения — 0000,0.

В электронном счетчике разрядность определяется числом используемых триггеров. Таким образом, колесо, имеющее десять фиксированных положений, моделирует один разряд десятичного числа, а триггер, имеющий два устойчивых состояния, моделирует один разряд двоичного числа. Например, из двух микросхем К155ТМ2 можно собрать четырехразрядный счетчик. Счет ведется в двоичной системе, так как входные сигналы представляют собой логические 0 и 1 и каждый из разрядов счетчика может находиться в двух состояниях — нулевом и единичном. Емкость четырехразрядного счетчика, т. е. максимальное число двоичных кодов, которые могут быть зафиксированы в нем, равна 16, что соответствует записи двоичных кодов от 0000 до 1111.

Функциональная схема четырехразрядного двоичного счетчика показана на рисунке 166. Она может быть использована для изготовления наглядного пособия по вычислительной технике. Входы R объединены, они служат для установки триггеров в нулевое

Рис. 166. Функциональная схема четырехразрядного счетчика на -триггерах

положение. Выходы триггера соединяются со счетным входом триггера, они последовательно переводят триггеры счетчика в следующие состояния: 1000, 0100, 1100, 0010 и т. д. до кода 1111. Этим двоичным цифрам соответствуют числа от 0 до 15. Заметим, что младший разряд двоичных чисел находится слева, что соответствует расположению слева первого триггера счетчика. После поступления 15 импульсов устанавливается двоичный код 1111, который 16-м импульсом заменяется на код 0000, т.е. счетчик возвращается в нулевое состояние. Двоичный счетчик, кроме своей основной функции, выполняет также деление частоты счетных импульсов. На выходе первого триггера сигналы появляются в 2 раза реже, чем на его входе, на выходе второго триггера в 4 раза реже и т. д. Четырехразрядный счетчик делит частоту в 16 (24) раз. Счетчики могут вести прямой счет, в этом случае осуществляется сложение импульсов, и обратный счет, при котором происходит вычитание импульсов. Счетчики, в которых может меняться направление счета, называются реверсивными.

Кроме двоичных счетчиков, существуют двоично-десятичные счетчики, в которых десятый входной импульс устанавливает триггеры счетчика в нулевое состояние. Подобный счетчик соответствует одному десятичному разряду, он составляется из четырех триггеров. В двоично-десятичном счетчике вводятся дополнительные связи между триггерами и, благодаря этому, изменяются двоичные коды десятичных цифр начиная с цифры 8. Она записывается как 0111 вместо кода 0001 (младший разряд

Рис. 167. Принципиальная схема двоичного четырехразрядного счетчика

слева). В результате девятый и десятый импульсы переводят счетчик в состояния 1111 и 0000. Подобные цифровые устройства используются в школьных счетчиках-секундомерах. Вводя дополнительные связи между триггерами, можно построить счетчик с любым коэффициентом пересчета.

Принципиальная схема двоичного четырехразрядного счетчика на двух микросхемах К155ТМ2 показана на рисунке 167. Счетные импульсы подаются с -триггера, собранного на микросхеме для индикации используется микросхема Светодиоды светятся при появлении на прямых выходах триггеров логических 1.

Существуют специальные микросхемы различных счетчиков, например двоично-десятичный счетчик, двоично-десятичный реверсивный счетчик, счетчик для часов с устройствами управления. Для часов нужны счетчики с различным основанием счета — 6 (десятки минут), 24 (часы), 7 (дни недели) и др. Интегральные счетчики мы будем использовать при изготовлении моделей в § 37.

(см. скан)