7.5. Синхронные двоичные счетчики

Синтез и основные свойства синхронных двоичных счетчиков были рассмотрены в § 4.5. Граф переходов счетчика по mod 16 изображен на рис. 7.45,а сигнал переполнения счетчика, называемый также переносом). Этому графу переходов соответствуют функции возбуждения (4.36) -триггеров:

Рис. 7.45

На рис. 7.45,6 показаны временные диаграммы синхронного счетчика по соответствующие графу переходов, изображенному на рис. 7.45,а. Внутренние состояния счетчика обозначены числами где или 1 — состояние триггера В отличие от асинхронных счетчиков здесь все триггеры срабатывают одновременно по переходу тактового сигнала с 1 на 0. Если счетчик находится в состоянии то в следующем такте он установится в состояние поэтому такие счетчики называются суммирующими счетчиками (Up-counter).

Граф переходов счетчика по функции возбуждения Триггеров которого

Изображен на рис. 7.45,в сигнал разрешения счета и переноса; При значении сигнала управления состояния счетчика не изменяются, что указывается на графе переходов петлями

Двоичные счетчики.

Синхронные счетчики, изготавливаемые в интегральном исполнении, имеют, как правило, вход асинхронной потенциальной или синхронной установки нулевого состояния и входы асинхронной потенциальной или синхронной параллельной загрузки данных. В соответствии с этим для построения синхронных счетчиков (не только двоичных) используются триггеры типов с приоритетами входов функции переходов которых могут быть получены из функции переходов (4.29) универсального -триггера при использовании одного входа данных

Счетный вход триггеров используется для выполнения операции счета, вход (входы для параллельной загрузки данных, поступающих по входу загрузка, счет), а вход (входы для сброса счетчика в нулевое состояние. Перечисленные выше триггеры могут быть реализованы как на так и на (см. рис. 4.11 - 4.13).

Функции возбуждения триггеров счетчиков, обладающих наибольшими функциональными возможностями, реализуются с предоставлением пользователю управления ими с помощью двух внешних сигналов для всех триггеров

счетчика. При этом сигнал переполнения (переноса) двоичного суммирующего счетчика описывается функцией

где — число триггеров в счетчике (для выпускаемых и 8). Конечно, выпускаются и счетчики, в которых управление сигналами и отсутствует.

Простота операций, выполняемых счетчиками, и строго определенное назначение информационных входов триггеров позволяет при описании счетчиков ограничиться указанием только типа или функции переходов (7.22) - (7.27) используемых триггеров и функции переноса (7.28) или получаемой из функции (7.28) подстановкой значения управляющего сигнала

На рис. 7.46 приведены синхронные двоичные счетчики:

555ИЕ10, 1561ИЕ21, CD40161, 74АС11161 - счетчик по mod 16 с переносом (7.28) при выполненный на -триггерах (7.22), с синхронной загрузкой данных счет, загрузка) и асинхронным потенциальным сбросом в нулевое состояние значением сигнала

— счетчик по с переносом (7.28) при выполненный на -триггерах (7.23), с синхронной загрузкой данных счет, загрузка) и синхронным сбросом в нулевое состояние значением сигнала (вход имеет приоритет по отношению ко входу X);

1554ИЕ23, 561ИЕ10, 74ЯС4520 - два счетчика по mod 16 с асинхронным потенциальным сбросом в нулевое состояние значением сигнала выполненные на -триггерах (7.27);

74ALS561А - счетчик по mod 16 с двумя переносами (7.28) при последовательный перенос), выполненный на -триггерах (7.25), с синхронной и асинхронной потенциальной загрузкой данных и синхронным и асинхронным потенциальным сбросом в нулевое состояние (входы SR и AR имеют

(кликните для просмотра скана)

приоритет по отношению ко входам и выходы счетчика

(схему используемых триггеров см. на рис. 4.12 — дополнительно требуется выполнить только соединение

74ALS8161, 74АС11461 — счетчик по (во всем, за исключением числа разрядов и замены некоторых прямых сигналов на инверсные, аналогичен счетчику 161 — см. ИС 555ИЕ10);

74ALS8163, 74АС11463 — счетчик по (во всем, за исключением числа разрядов и замены некоторых прямых сигналов на инверсные, аналогичен счетчику 163 — см.

На рис. 7.47 изображена принципиальная схема двоичного синхронного счетчика выполненная на основании (7.21) и (7.28). Если -триггеры детализировать, например так, как показано на рис. то можно получить различные варианты принципиальных схем одного и того же счетчика. Используются и модификации этих вариантов, получаемые снижением порядка переключательных функций с целью повышения быстродействия счетчика.

В счетчиках используется тактовый сигнал, формируемый двухвходовым ЛЭ. На рис. 7.48,а изображены две эквивалентные схемы, поясняющие воздействие на триггеры таких динамических входов. В обеих схемах на триггер воздействует импульсный сигнал

из чего следует двойственность изображений тактового сигнала на условных графических обозначениях триггеров, показанная на рис. 7.48,б. В § 7.4 уже были рассмотрены подобные динамические входы (см. рис. 7.42, а).

Триггеры на рис. запускаются перепадами тактового сигнала на 1 при значении и перепадами тактового сигнала с 1 на 0 при значении Таким образом, пользователь может выбирать тип перехода тактового сигнала на 1 или с 1 на 0), воздействующего на триггеры. Один из входов или можно использовать для стробирования тактового сигнала как показано на на примере триггера со счетным входом (счетчика по Счет разрешен только при значении разрешение

(кликните для просмотра скана)

счета). Данные триггеры описываются функцией переходов

Включение счетчиков только для счета тактовых сигналов по mod 16 представлено на рис. а при использовании управления тактовым сигналом и входа сброса на рис. Синхронные счетчики можно включать последовательно, подавая выходной сигнал старшего разряда одного счетчика на тактовый вход другого счетчика. Для получения двоичного счета второй счетчик по mod 16 должен вести счет перепадов сигнала с 1 на значение импульсного сигнала, воздействующего на второй счетчик). На рис. 7.49,в изображен асинхронный импульсный счетчик по с двоичным счетом (двоичный счетчик). Если сигнал подать на другой тактовый вход второго счетчика, то получится некоторый счетчик, который нельзя называть двоичным значение импульсного сигнала, воздействующего на второй счетчик).

Каскадирование двоичных счетчиков.

Основные принципы каскадирования счетчиков были описаны ранее (см. § 4.5). Управляющие входы и позволяют реализовать синхронный двоичный счетчик по или по где число счетчиков по (например, или по (например,

На рис. показана структурная схема счетчика по ), иллюстрирующая метод каскадирования счетчиков по mod 16 с использованием только входов разрешение счета). На основании (7.28), легко получить:

Описанная схема называется счетчиком с последовательным переносом, так как сигнал или перенос при последовательно распространяются через все ИС. Действительно, полученные функции переносов последовательными подстановками можно представить в общем виде:

где

Рис. 7.50

В многокаскадных счетчиках с последовательным переносом функции переноса формируются многоярусными КС. Следовательно, их недостатком является значительное уменьшение максимального значения частоты тактового сигнала по сравнению с максимально допустимой для одного счетчика по mod 16 (для правильного срабатывания триггеров счетчика задержка сигнала во всех последовательно включенных счетчиках не должна превышать периода тактового сигнала).

Длительность активного уровня (1) сигнала переноса равна периоду тактового сигнала а значит и активные уровни всех остальных сигналов переноса без учета задержек имеют такую же длительность. Из-за последовательной задержки сигнала переноса каждый следующий сигнал переноса имеет меньшую длительность активного уровня, чем предыдущий

Структурная схема счетчика по с параллельным переносом представлена на рис. 7.50, б. На основании (7.28), легко получить:

т.е. сигналы переносов не зависят от состояний триггеров а значит длительность активных уровней всех этих сигналов определяется длительностью значения сигнала переноса равной (длительность значения сигнала равна периоду тактового сигнала

Максимально допустимая частота тактового сигнала у этого счетчика не зависит от числа используемых ИС, а определяется только быстродействием триггеров и временем прохождения сигнала через формирующий его ЛЭ, находящийся внутри ИС, и цепи формирования функций возбуждения одного счетчика по Это объясняется тем, что последовательно распространяется через ИС сигнал переноса длительность активного уровня которого в 16 раз больше, чем у сигнала (при практически используемых разрядностях счетчиков задержка сигнала на время невозможна).

Сигналы переноса в многокаскадных счетчиках с параллельным переносом, построенных на двоичных счетчиках по можно представить в общем виде:

где

Принципиальная схема счетчика по с последовательным переносом, выполненная на трех представлена на рис. 7.51,а, а с параллельным переносом — на рис. Параллельная загрузка -разрядного двоичного числа значением сигнала позволяет начинать счет с заданного начального внутреннего состояния счетчика.

Счетчики с синхронной параллельной загрузкой данных можно использовать для построения сдвигающих регистров и многокаскадных счетчиков с последовательной загрузкой данных и последовательным выводом результата счета. Счетчик по со сдвигом 4-разрядных чисел показан на рис. Сигнал управления переключает режимы работы счетчика: счет, СТ/ИН сдвиг. Загрузка данных осуществляется по последовательным входам а вывод результата счета — по последовательным выходам Загрузку данных и вывод результата счета можно выполнять одновременно. При значении сигнала управления счетчик превращается в -разрядный сдвигающий регистр.

Другой вариант счетчика с последовательной загрузкой данных

(кликните для просмотра скана)

и последовательным выводом результата счета приведен на рис. здесь загрузка данных производится по одному последовательному входу а вывод результата счета — по одному последовательному выходу При значении сигнала управления счетчик превращается в 8-разрядный сдвигающий регистр. Значения сигналов и задают режим хранения данных.