Счетчики (суммирующие, вычитающие и реверсивные): принципы построения и работа счетчиков, счетчики с произвольным коэффициентом пересчета

Счетчик - это устройство, которое служит для отслеживания количества каких-либо событий .
Счетчик - это автомат, служащий для учета количества событий .

Содержание

• 1 Классификация
• 2 Последовательные суммирующие счетчики
  • 2.1 Счетчики с последовательным переносом
  • 2.2 Счетчики с параллельным переносом
  • 2.3 Счетчики с комбинированным переносом
• 3 Последовательные вычитающие счетчики
• 4 Реверсивные счетчики
• 5 Схема счетчика с предустановкой
• 6 Построение счетчиков с произвольным модулем пересчета
• 7 Кольцевые счетчики
• 8 Счетчики на JK-триггерах
  • 8.1 Добавление дополнительных состояний
• 9 Счетчики с произвольным порядком пересчета
  • 9.1 Построенные на основе D-триггеров
  • 9.2 Построенные на основе T-триггеров
  • 9.3 Построенные на основе JK-триггеров

Классификация

Счетчики классифицируются по следующим параметрам:

по разрядности

• суммирующие
• вычитающие
• реверсивные
• с произвольным порядком пересчета
• синхронные
• асинхронные

по типу формирования переноса внутри счетчика

• с последовательным
• с параллельным
• с комбинированным
• с функцией установки произвольного числа
• с установкой в ноль

Счетчик называют полным, если количество устойчивых состояний на выходе равно  2ⁿ, где n-число выходов счетчика

Последовательные суммирующие счетчики

Счетчики с последовательным переносом

Рис.1 Т-триггер

Рис.2 Временные диаграммы

Т-триггер простейший вид счетчика, который делит все импульсы на четные и нечетные .Если на входе триггера частота  F, то на его выходе  F/2. Следовательно Т-триггер может использоваться в качестве делителя на 2. Несмотря на то, что скважность входных импульсов может быть произвольной на выходе скважность равна 2.

Рис.3 Суммирующий счетчик с последовательным переносом

Последовательный суммирующий счетчик - такой счетчик, у которого переключение каждого разряда осуществляется в тот момент времени, когда все предыдущие разряда равны 1. Каждый разряд, подключенный последовательно приводит к увеличению значения в 2 раза. Время установки счетчика:  T=N⋅t. Так как нельзя подавать сигнал до того времени, пока не установится счетчик, имеем максимальную частоту: Fmax⩽1/T.То есть с повышением разрядов понижаем частоту сигнала.

Счетчики с параллельным переносом

Рис.4 Суммирующий счетчик с параллельным переносом

Переключение зависит от того, в каком состоянии находятся предыдущие, то есть  Qi меняет состояние в 1, если все  Qj,j<i были равны 1. Схема осуществляет переключение одновременно на всех триггерах, следовательно время установки нового значения равно времени установки триггера. Конъюнктурами  D5,D6 задаем условие переключения соответствующих триггеров.Максимальная частота: Fmax⩽1tk+t. На время установки конъюнктор не влияет, но влияет на частоту , так как должно пройти время после установки триггера на переключение в новое состояние. Счетчик работает быстрее, и все значения на выходе изменяются одновременно - синхронный счетчик

Таблица №1 Значение выводов Q Q3  Q2  Q1  Q0  0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1

Счетчики с комбинированным переносом

Последовательные вычитающие счетчики

‎

Рис.5 Вычитающий счетчик

Рис.6 Временные диаграммы вычитающего счетчика

Переключение i-ого разряда осуществляется тогда, когда все разряды от 0-ого до (i-1)-ого равны нулю.

 

Рис.7 Вычитающий счетчик

Сигнал снимается с инверсного выхода.

Реверсивные счетчики

Реверсивный счетчик складывает(по фронту) и вычитает(по спаду) одновременно. Для сброса в нулевое состояние используется универсальный триггер.

 

Рис.8 Реверсивный счетчик

Схема счетчика с предустановкой

Рис.9 Счетчик с сигналом предустановки

Построение счетчиков с произвольным модулем пересчета

Основа - 4-х разрядный суммирующий счетчик. Когда на выходе счетчика значение "10", то на выходе & логическая "1", которая устанавливает счетчик в нулевое(начальное) состояние.

Рис.10 Счетчик, считающий по mod10

Рис.11 Временные диаграммы

Кольцевые счетчики

Рис.12 Кольцевой счетчик, считающий по mod3

 

Счетчики на JK-триггерах

Добавление дополнительных состояний

Рис. 13 Добавление нового состояния

С приходом n-ого импульса счетчик переключается в 0, а добавленный триггер в 1. С приходом следующего импульса счетчик не переключается, а добавленный триггер

переключается в 0.

Счетчики с произвольным порядком пересчета

Построенные на основе D-триггеров

Рис.14 Структурная схема

Рис.15 Счетчик с произвольным порядком пересчета и его граф состояний

Рис.16 Граф состояний

 

Q2	Q1	Q0	f2	f1	f0
1	0	1	0	0	1
0	0	1	1	0	0
1	0	0	1	1	0
1	1	0	0	1	0
0	1	0	1	0	1

Каждый разряд булевой функции определяет значение счетчика.  

Построенные на основе T-триггеров

Рис.17 Структурная схема

Рис.18 Счетчик с произвольным порядком пересчета

 

Q2	Q1	Q0	f2	f1	f0
1	0	1	1	0	0
0	0	1	1	0	1
1	0	0	0	1	0
1	1	0	1	0	0
0	1	0	1	1	1

 

Рис.19 Граф состояний

Построенные на основе JK-триггеров

Рис.20 Структурная схема