Цифровые устройства и микропроцессоры: Учебное пособие, страница 35

 5.3.2 Счетчики

Счетчик – это узел  ЭВМ, предназначенный для подсчета  числа  входных сигналов. Счетчик выполняет микрооперацию  счет   Сч =Сч  1.

Счетчики характеризуются рядом параметров:

             1) Модуль   счета  -  М.  Это  число  устойчивых  состояний  счетчика. Если М кратно 2, где n-число разрядов  (триггеров), то счётчик называется двоичный. Иначе  -   счётчик  с произвольным модулем  (основанием) счёта.

             2) Емкость  - Е.  Это максимальное число, которое может быть записано в счетчик  E = M – 1.

             3) Быстродействие  или  скорость перехода из состояния 11...111  в состояние 00...000 или наоборот.

      Счетчики классифицируют по таким признакам:

      1)  По направлению счета (суммирующие, вычитающие и реверсивные).

      2) По способу построения цепи переноса (c последовательным переносом, с  параллельным переносом и комбинированные).

      3)  По способу опрокидывания триггеров  (асинхронные и синхронные).

Простейший суммирующий асинхронный двоичный  счетчик строится на Т – триггерах. Например, трёхразрядный счётчик (рис, 5.22).

Рисунок 5.22 – Простейший суммирующий счётчик

Диаграмма его работы приведена на рис. 5.23. Из неё видно, что если двоичное число читать снизу вверх, то это число увеличивается на единицу с приходом очередного сигнала на вход  Т.  Модуль счёта  М = 8, а  емкость Е = 7.  Если информацию снимать с инверсных выходов триггеров, то мы получаем вычитающий счетчик.

                   

Рисунок 5.23 – Диаграмма работы счётчика

Составим схему такого же счетчика, но на триггерах  с прямым типом управления (рис. 5.24):

Рисунок 5.24 – Простейший вычитающий счётчик

Здесь триггеры опрокидываются по переднему фронту входного сигнала, поэтому диаграмма работы будет следующая (рис. 5.25).

Получили  вычитающий счетчик. Если выходные сигналы снимать с инверсных выходов триггеров, то будет  суммирующий счетчик.

Это счетчик с так называемым последовательным переносом, так как перенос распространяется  последовательно от разряда к разряду.

                         

Рисунок 5.25 – Диаграмма работы

Быстродействие такого счётчика определяется временем опрокидывания всех разрядов (рис. 5.26) и примерно равно произведению времени срабатывания одного триггера  (tср)  и числа разрядов (n).

Рисунок 5.26 – Опрокидывание всех разрядов счётчика

Асинхронные счетчики с последовательным переносом  имеют  низкое быстродействие, поэтому чаще используют синхронные счетчики.

Трёхразрядный синхронный  суммирующий  счетчик (рис. 5. 27).

Счётчик строится на синхронных Т - триггерах. Счётные импульсы поступаютна вход С. Все триггеры опрокидываются одновременно, по сигналу  С.

Рисунок 5.27 –  Синхронный счётчик

Здесь t опр  t ср – время опрокидывания счётчика не зависит от  количества разрядов, но по сути  этот счетчик остается  счетчиком  с  последовательным переносом.

Несколько большими возможностями обладают счетчики с  параллельным переносом.  Трёхразрядный счетчик с  параллельным переносом (рис. 5.28).

                            

Рисунок 5.28 – Синхронный счётчик с параллельным переносом

Здесь, когда сигнал  Т = 1, то  выполняется счет,  когда  Т=0, на  выходах  всех  конъюнкторов будут нули и все триггеры  счетчика  будут  находится в режиме хранения информации, то есть сигнал   Т -   это  сигнал микрооперации счета:

                                          Т:     Сч: = Сч + 1

Быстродействие  t опр = t ср.

Счетчик хороший, но  с  увеличением  числа  разрядов,  возрастает сложность конъюнкторов,  поэтому многоразрядный  счетчик  разбивают на группы по 4 или 8 разрядов. Внутри  группы  делают  параллельный или последовательный перенос, а между группами параллельный. Такой счетчик называется  счетчиком с групповым переносом. На операционных схемах счетчик обозначают следующим  образом (рис.5.29):

Рисунок 5.29 – Обозначение счётчика на операционных схемах

Здесь        + 1 - вход для работы на сложение.

                  -  1 - вход для работы на вычитание.