Суммирующие, вычитающие и реверсивные счетчики

Общие сведения и классификация

Счетчиком называют устройство, осуществляющее счет числа поданных на его вход импульсов и фиксирующее это число в двоичном коде. По направлению счета все счетчики делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные. В суммирующих счетчиках с приходом каждого импульса результат счета увеличивается на единицу. У вычитающих счетчиков каждый последующий импульс уменьшает число счета на единицу. Реверсивные счетчики могут производить подсчет импульсов как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания.

Обычно счетчики строятся на Т-триггерах. С приходом каждого импульса происходит изменение состояния триггеров. По состоянию триггеров можно определить число поступивших на вход импульсов. Число триггеров в счетчике берется таким, чтобы множество их состояний превышало число импульсов, которое должно быть зафиксировано. Такое использование счетчика называют режимом счета. Если число импульсов не ограничено, то счетчик будет работать в режиме деления их числа на коэффициент счета К_сч равный К_сч =2ⁿ, где n - число триггеров. Через каждые 2ⁿ импульсов он возвращается в начальное состояние и снова начинает счет.

Рассмотрим особенности каждого режима более детально.

Схема простейшего суммирующего счетчика на трех двухступенчатых Т-триггерах приведена на рис.1а, а условное графическое обозначение - на рис.1б.

Рис.1

Входом счетчика является информационный вход триггера младшего разряда. Информационные входы последующих триггеров соединены с прямыми выходами предшествующих. Установочные входы триггеров объединены и образуют R-вход счетчика. Выходами счетчика являются прямые выходы триггеров.

Перед началом счета подается импульс на установочный вход R счетчика, который переводит все триггеры в состояние 0. Поскольку вход счетчика инверсный динамический, то в момент окончания первого импульса триггер Т₀ перейдет в состояние 1. Положительный перепад напряжения на его прямом выходе не изменит состояния Т₁ и Т₂, поэтому на выходах счетчика будет комбинация 001. После окончания второго импульса триггер Т₀ перейдет в состояние 0, а отрицательный перепад на его прямом выходе переведет триггер Т₁ в состояние 1. На выходах счетчика появится комбинация 010.

Порядок смены состояний счетчика наглядно отражают временные диаграммы (рис.2) и таблицы истинности (табл.1).

Таблица 1

Из таблицы и рисунка хорошо видно, что триггер младшего разряда меняет свое состояние с приходом каждого импульса, а триггер каждого последующего разряда - вдвое реже триггера предыдущего разряда. Рассмотренный счетчик осуществляет счет до К_сч=2³ - 1= 7. Для увеличения К_сч необходимо увеличить число триггеров. Рекомендуется в часы самоподготовки вычертить таблицу истинности суммирующего счетчика из четырех триггеров и определить коэффициент счета.

Вычитающий счетчик строится аналогичным образом. Отличие будет состоять в том, что информационный вход последующего триггера соединяется с инверсным выходом предыдущего, а для установки начального состояния будут использованы установочные входы S. Временные диаграммы и таблица истинности вычитающего счетчика приведены на рис.3 и в табл.2.

Таблица 2

Как видно из рисунка, начальное состояние триггеров - 1. Триггер младшего разряда также срабатывает по окончанию каждого импульса. Триггеры Т₁ и Т₂ изменяют свои состояния при положительном перепаде на входе счетчика, т.к. их входы соединены с инверсными выходами, где в этот момент генерируется отрицательный перепад.

Принцип построения реверсивных счетчиков поясняет рис.4.

Рис.4

Реверсивный счетчик имеет один информационный вход -Т, два установочных S и R, и два управляющих "+1" и "-1".

Если счетчик используется как суммирующий, то для установки начального состояния используется вход R и на управляющий вход "+1" подается сигнал 1. Тогда информационный вход триггера Т_i+1 соединяется с прямым выходом триггера Т_i. При необходимости использовать тот же счетчик в режиме вычитания для установки начального состояния используется вход S и подается 1 на вход "-1". Тогда инверсный выход триггера Т_i соединяется с информационным входом триггера Т_i+1 .

Таким образом, счетчики, независимо от направления счета, с приходом каждого импульса меняют состояния триггеров. По изменению состояний триггеров можно определить число импульсов, поступивших на вход счетчика.