Компьютерная схемотехника
Методическое пособие - Компьютеры, программирование
Другие методички по предмету Компьютеры, программирование
организации схемы переноса различают счетчики с
последовательным,
параллельным (сквозным),
параллельно-последовательным
переносом.
В зависимости от особенностей переключения отдельных триггеров счетчики делятся на:
асинхронные,
синхронные.
9.2.3.1 Асинхронный суммирующий двоичный счетчик с последовательным переносом
В качестве примера рассмотрим 3-х разрядный счетчик, выполненный на двухтактных Т-триггерах с дополнительным R-входом для установки исходного нулевого состояния (рисунок 9.50).
Рисунок 9.50
На рисунке 9.51 показаны временные диаграммы работы схемы.
Рисунок 9.51
Подачей единичного сигнала на вход УИС все триггеры устанавливаются в исходное нулевое состояние. Срезом каждого входного импульса переключается триггер младшего разряда Тг1. Срезом сигналов UQ1 переключается триггер второго разряда Тг2. Срез импульсов на выходе Q2 вызывает переключение триггера третьего разряда Тг3 (рисунок 9.51).
Анализируя временные диаграммы можно сделать ряд выводов:
1) частота импульсов на выходе каждого триггера вдвое меньше частоты импульсов на его входе. N-разрядный счетчик делит частоту входных импульсов в 2n раз. С наибольшей частотой, равной частоте входных импульсов, переключается входной триггер счетчика;
2) в момент, предшествующий переключению очередного триггера, все предыдущие разряды счетчика находятся в единичном состоянии;
3) восьмой импульс для трехразрядного счетчика (рисунок 9.51) является импульсом переполнения, которым все триггеры устанавливаются в нуль (счетчик “обнуляется”). Девятым импульсом счетчик вновь начинает заполняться;
4) максимальное число импульсов, которое может зафиксировать схема, равно (2n - 1). В нашем примере n = 3 и в счетчик можно записать 7 импульсов.
5) если использовать сигнал переноса, формируемый на выходе, то счетчик может посчитать 2n импульсов. Если n=3, то Ксч=23=8.
Работу счетчика отражает таблица 9.14.
Таблица 9.14
№ импульсаQ3Q2Q1000010012010301141005101611071118000
Нетрудно заметить, что состояние триггеров (разрядов) представляет собой запись числа поступивших импульсов в двоичном коде.
В рассмотренном счетчике каждый последующий триггер переключается сигналом переноса, формируемым на выходе предыдущего разряда, поэтому схема называется счетчиком с последовательным переносом. Переключение отдельных триггеров происходит последовательно друг за другом (не одновременно, асинхронно), поэтому такой счетчик называется асинхронным.
9.2.3.2 Асинхронный вычитающий двоичный счетчик с последовательным переносом
Счетчик, работающий на вычитание, строится аналогично суммирующему, рассмотренному выше. Отличие состоит лишь в том, что на счетный вход триггера i-го разряда (i = 1, 2, 3,...(n-1), где n-число разрядов счетчика) подается сигнал с инверсного выхода предыдущего разряда, т.е. (рисунок 9.52).
Рисунок 9.52
Т-триггеры, на которых выполнена рассматриваемая схема, переключаются перепадом сигнала из 1 в 0 на входе. Это значит, что переключение триггера i-го разряда будет происходить при срезе импульса , т.е. при фронте Q i-1 (момент нарастания Q i-1 от 0 к 1). Работу вычитающего счетчика отражает таблица 9.15. В начале работы подачей единичных сигналов на установочные S-входы триггеров установлено исходное состояние счетчика Q1=Q2=Q3=1.
Таблица 9.15
№ импульсаQ3Q2Q1011111102101310040115010600170008111
Каждым входным импульсом число, записанное в счетчик, уменьшается на единицу. Состояния разрядов счетчика представляют собой двоичную запись линейно-убывающих чисел. Следует обратить внимание, что если при поступлении очередного импульса в счетчике записаны нули, то очередным состоянием схемы будут все единицы.
9.2.3.3 Асинхронные реверсивные двоичные счетчики с последовательным переносом
Часто возникает необходимость, чтобы счетчики обладали способностью выполнять сложение или вычитание, т.е. были реверсивными.
В таких счетчиках объединяются схемы суммирующего и вычитающегосчетчиков. Реверсивные счетчики могут иметь два или один входа для подачи счетных сигналов.
Ниже показана схема реверсивного асинхронного счетчика имеющего один счетный вход (рисунок 9.53).
Рисунок 9.53
Единичным управляющим сигналом на входе +1 или -1 счетчик настраивается на работу в режиме суммирования (на входе +1 единица, а на выходе -1 нуль) или в режиме вычитания (на входе +1 нуль, -1 единица).
Асинхронные счетчики имеют простую структуру, но обладают рядом недостатков:
1) схема имеет сравнительно низкое быстродействие, т.к. при поступлении каждого счетного импульса триггеры переключаются последовательно и к i-му разряду переключающий сигнал проходит через (i-1) предыдущих. Поэтому интервал меду соседними входными импульсами должен превышать tпер•(n-1), где tпер - время переключения одного триггера, а n - число разрядов счетчика.
2) в ходе переключения младшие разряды принимают уже новые состояния, в то время как старшие еще находятся в прежнем. Т.е. при смене одного числа другим счетчик проходит ряд промежуточных состояний, каждое из которых может быть ошибочно принято за двоичный код числа поступивших на вход импульсов.
Когда для устройства, в состав которого входит счетчик, отмеченные недо