Регістри і лічильники імпульсів, страница 7

2. ЛІЧИЛЬНИКИ ІМПУЛЬСІВ

2.1. Основні  характеристики та параметри лічильників

Лічильником зветься функціональний вузол, призначений для рахунку імпульсів вхідних імпульсних послідовностей. Основним елементом будь-якого лічильника є Т-тригер, що використовується для роботи в лічильному режимі, так як ці тригери можуть і зберігати свій стан та додавати з ним по модулю 2 вхідний сигнал. Одиничний Т-тригер розподіляє на 2 частоту вхідної послідовності імпульсів. Каскадне включення m таких тригерів утворює лічильник з коефіцієнтом перерахунку (модуль рахунку, ємність лічильника) К=2^m. Тригери лічильника послідовності перебирають всі свої стани та повертаються в початковий стан, видаючи на вхід лічильника один імпульс. Якщо стан виходів тригерів лічильника змінюється у відповідності з послідовністю двійкових чисел, лічильник зветься двійковим.

Існують лічильники з іншими видами кодування станів виходів тригеру, наприклад: унітарним – коли стан лічильника представляється кількістю вихідних одиниць; одинарним – коли стан лічильника визначається розташування єдиної одиниці. Звичайно код, що визначається вихідними станами тригерів, змінюється в  зростаючому напрямку (додаючі лічильники). При зворотній зміні станів лічильники звуться віднімаючими, а якщо напрямок перебору змінюється, то лічильник зветься реверсивним. Напрямок рахунку визначається як динамічними здібностями тригерів (перемиканння по фронту або спаду), так і засобом з’єднання виходів минулого тригеру з входом наступного. Якщо, наприклад, в лічильнику використовуються триге­ри, що перекидуються по фронту синхроімпульсу, то для організації додаючого лі­чильника необхідно з’єднати вхід наступного тригеру з інверсним виходом мину­лого, а для організації віднімаючого лічильника для зв’язку між тригерами вико­ристовується вихід тригерів. Для використання тригерів, що перекидуються по спаду синхроімпульсу, вказані зв’язки повинні бути протилежними.

Для чотирьохрозрядного сумуючого лічильника К=2⁴=16 початковим кодом, записаним на прямих виходах тригерів, є 0000, а кінцевим, після якого наспупає переповнення, код 1111. Цей же код є звичайно початковим для віднімаючого лічильника. У випадку, коли в якості початкового коду віднімаючого лічильника прийнятий стан 0000, то поточний спад тригерів лічильника відображає від’ємне число зчитаних імпульсів, що представлене в додатковому коді [9].

Лічильники, робота яких визначається лише імпульсуми інформаційної послі­довності, називають асинхронними. Якщо перемикання тригерів лічильника здійс­ню­ється при одночасному впливі вхідних імпульсів та синхросигналів, такі лічиль­ники звуться синхронними. Окрім інформаційного та синхровходу в більшості випадків лічильники поповнюються також входом загального збросу R, ряд лічиль­ників, в які передбачається передчасне завантаження початкового коду, постача­ються входами D_i для паралельного завантаження та входами керування завантаженням P/S. Умовне позначення лічильника наведено на рис.2.1. В залеж­ності від функціонального призна­чення лічильники постачаються додатковими входами керування або дозволу.

За своїми технічними характеристиками, окім коефіцієнта перерахунку, лі­чильники характеризуються швидкодією, визнача­ється вона двома параметрами: дозволяюча спроможність t_{c раз}, під якою є на увазі мінімальний час між двома вхідними сигналами, і часом встановлення коду лічиль­ника t_уст, яке визначає промі­жок між моментом поступленння вхідного сигналу та переходом лічильника в новий стійкий стан. Величина f_max=1/t_{c раз} зветься макси­мальною частотою лічильника.

2.2. Схеми та принципи  побудови лічильників

Властивості лічильників в основному визначаються тими зв’язками, які закладені в них для передачі вхідної інформації тригерами і для передачі станів тригерів молодших розрядів на тригери старших розрядів. Найбільш часто використовують наступні типи зв’язків: безпосередній, за допомогою ланцюгів послідовного переносу і за допомогою паралельного переносу.

Приклад схеми лічильника з безпосереднім зв’язком, що відповідає мікросхемі К155ИЕ5, наведен на рис.2.2. При з’єднанні Q₀ та Т₂ маємо чотирьохрозрядний двійковий лічильник, що сприймає вхідну послідовність по спаду імпульсів, що подаються на вхід Т₁. Тригери, побудовані на елементах DD2, DD3, DD4, сумісно з входом Т₂ утворюють лічильник К=2³=8. Послідовність станів виходів його відповідає даним табл. 2.1.

Зміна станів тригерів в схемі, що розглядається, проходить послідовно, тому затримка передачі імпульсу оцінюється затримкою найпоганішого випадку перемикання – зміною всіх одиниць на всі нулі – в m разів більше затримки, що обумовлена перемиканням одного тригеру. Цей факт є серйозним недоліком безпосередньої системи зв’язків.

Таблиця 2.1

Лічильники типу, що розглядається, бувають тільки асинхронні. Нарощення їх розрядності, як випливає з рис.2.2, здійснюється безпосереднім з’єднанням виходу старшого розряду перед ввімкненої мікросхеми з входом наступної. Для обнулення станів тригерів існують R-входи. Переваги таких лічильників – простота, легкість нарощення, висока надійність роботи при змінній тривалості вхідних імпульсів.

Зв’язок тригерів за принципом послі­дов­ного (скрізного) переносу [2] харак­теризується наявністю логічних елементів І, вмикнених послідовно, що дозволяє забезпечити скрізний перенос вхідного імпульсу до найближчого тригеру з нульовим станом. Такий засіб зв’язку є критичним до ширини вхідних імпульсів, однак пере­ваги по швидкодії немає. Обидва перелічених засоби зв’язку  характерні для лічиль­ників з послідовним переносом, затримка розповсюдження імпульсів в яких про­порційна до числа його розрядів. Для зменшення тривалості затримки викорис­то­вують лічильник з паралельним переносом (рис.2.3, а).