Asynchronous and synchronous-asynchronous counters. Principles of operation and application of asynchronous counters. Synchronous counters with asynchronous carry.
3. 1. Введение.
2. Определения.
3. Классификация счетчиков.
4. Асихронные и синхронно-асинхронные
счетчики.
5. Режимы работы счетчиков.
6. Применение счетчиков.
7. Синхронные счетчики и их применение.
План лекции:
4. 16:15 4
Введение
Счетчики представляют собой более высокий, чем регистры,
уровень сложности цифровых микросхем, имеющих внутреннюю
память.
Cчетчики предназначены для счета входных импульсов.
Срабатывать счетчик может по отрицательному фронту входного
(тактового) сигнала или по положительному фронту.
Каждый выход счетчика представляет собой разряд двоичного кода.
Режимы работы счетчика
Режим прямого счета - на увеличение выходного кода по каждому
входному импульсу (основной режим, имеется во всех счетчиках).
Режим обратного (инверсного) счета - уменьшение выходного кода
по каждому входному импульсу (предусмотрен реверсивных
счетчиках).
5. 16:15 5
Определения
Счётчик (англ. counter, СТ) – это узел вычислительных устройств,
предназначенный для подсчета числа входных сигналов.
На выходах счетчика формируется двоичный (двоично-десятичный)
код, определяемый числом поступивших импульсов.
Счётчики могут строиться на двухступенчатых D-триггерах,
T-триггерах и JK-триггерах.
По мере поступления входных сигналов счетчик последовательно
перебирает свои состояния в определенном для данной схемы порядке.
Например:
6. 16:15 6
Классификация счетчиков:
Счётчики классифицируют:
по числу устойчивых состояний триггеров:
- на двоичных триггерах;
- на троичных триггерах;
- на n-ичных триггерах.
по модулю счёта:
- двоично-десятичные (декада);
- двоичные;
- с произвольным постоянным модулем счёта;
- с переменным модулем счёта.
по направлению счёта:
- суммирующие;
- вычитающие;
- реверсивные.
7. 16:15 7
Классификация счетчиков:
по способу формирования внутренних связей:
- с последовательным переносом;
- с ускоренным переносом;
- с параллельным ускоренным переносом;
- со сквозным ускоренным переносом;
- с комбинированным переносом;
- кольцевые.
по способу переключения триггера:
- синхронные;
- асинхронные;
- счетчик Джонсона.
8. 16:15 8
Виды счетчиков
Виды счетчиков по типу кода:
• Двоичные счетчики – работают в двоичном коде, считают от 0 до (2N–1),
где N - число разрядов выходного кода счетчика. Например, 4-разрядный
счетчик в режиме прямого счета будет считать от 0 (код 0000) до 15 (код 1111), а
8-разрядный - от 0 (код 0000 0000) до 255 (код 1111 1111).
• Двоично-десятичные счетчики, предельный код на выходе которых не
превышает максимального двоично-десятичного числа, возможного при данном
количестве разрядов. Например, 4-разрядный двоично-десятичный счетчик в
режиме прямого счета будет считать от 0 (код 0000) до 9 (код 1001), а затем
снова от 0 до 9.
По быстродействию все счетчики делятся на три большие группы:
• Асинхронные счетчики (или последовательные).
• Синхронные счетчики с асинхронным переносом (или параллельные
счетчики с последовательным переносом, синхронно-асинхронные счетчики).
• Синхронные счетчики (или параллельные).
9. 16:15 9
Параметры счетчиков
Модуль счета или коэффициент пересчета счетчика КСЧ характеризует
число ( количество) устойчивых состояний, в которых может находиться n -
разрядный счетчик, т. е. предельное число входных сигналов, которое может
быть подсчитано счетчиком.
Длина списка используемых состояний К называется модулем
пересчета или емкостью счетчика. Наиболее часто используются
двоичные счетчики, у которых порядок смены состояний триггеров
соответствует последовательности двоичных кодов. Применяются и другие
виды кодирования, например одинарное, когда состояние счетчика
определяется местоположением движущейся единицы.
Двотчный n-разрядный счетчик имеет 2n различных состояний.
Требуемое число разрядов двоичного счетчика:
n log2 KСЧ
Максимальная частота поступления входных сигналов fСЧmax - это
частота, при которой счетчик еще сохраняет работоспособность.
10. 16:15 10
Режимы работы счетчика
Режим прямого счета - на увеличение выходного кода по каждому
входному импульсу (основной режим, имеется во всех счетчиках).
Режим обратного (инверсного) счета - уменьшение выходного кода
по каждому входному импульсу (предусмотрен реверсивных
счетчиках).
17. 16:15 17
Асинхронные счетчики
Асинхронные счетчики строятся из простой цепочки JK-триггеров,
каждый из которых работает в счетном режиме. Выходной сигнал
каждого триггера служит входным сигналом для следующего триггера.
Поэтому все разряды (выходы) асинхронного счетчика
переключаются последовательно, один за другим, начиная с
младшего и кончая старшим. Каждый следующий разряд
переключается с задержкой относительно предыдущего, асинхронно,
не одновременно с входным сигналом и с другими разрядами.
Временная диаграмма работы 4-разрядного асинхронного счетчика
20. 16:15 20
Объединение трех счетчиков ИЕ5
для увеличения разрядности
Объединение двух счетчиков ИЕ19 для увеличения разрядности
21. 16:15 21
Применение асинхронных счетчиков
Делители частоты – устройства, выдающие выходной сигнал с частотой, в
несколько раз меньшей, чем частота входного сигнала.
Скважность – отношение периода следования импульсов к длительности
этих импульсов.
Меандр – цифровой сигнал со скважностью, равной двум (длительность
импульсов равна длительности паузы между ними).
Делитель частоты на 10, выдающий меандр
22. 16:15 22
Делитель частоты на 9
с обратными связями
Управляемый делитель частоты на асинхронном счетчике
23. 16:15 23
Синхронные счетчики с асинхронным переносом
Синхронные (или параллельные) счетчики характеризуются тем, что все их
разряды в пределах одной микросхемы переключаются одновременно,
параллельно.
Синхронные счетчики обеспечивают параллельную запись информации в
счетчик и инверсный режим счета.
Для объединения нескольких синхронных счетчиков с целью увеличения
числа их разрядов (для каскадирования) используется специальный выходной
сигнал переноса. В зависимости от принципов формирования этого сигнала и
от принципов его использования синхронные (параллельные) счетчики делятся
на:
- счетчики с асинхронным (последовательным) переносом;
- счетчики с синхронным (параллельным) переносом (или полностью
синхронные счетчики).
24. 16:15 24
Синхронные счетчики с асинхронным переносом
Временная диаграмма работы синхронного счетчика с асинхронным переносом
25. 16:15 25
Синхронные счетчики с асинхронным переносом
Таблица режимов работы счетчиков ИЕ6 и ИЕ7
Выходы Режим работы
R -WR +1 -1
1 X X X Сброс в нуль
0 0 X X Параллельная запись
0 1 1 1 Хранение
0 1 0 0 Хранение
0 1 0→1 1 Прямой счет
0 1 1 0→1 Обратный счет
26. 16:15 26
Объединение счетчиков ИЕ7
для увеличения разрядности
T>(N – 1)*tзп+tзс,
где T - период входного сигнала, N - число объединенных микросхем
счетчиков, tзп - время задержки переноса одного счетчика, tзс - время
задержки счета (переключения выходного кода) одного счетчика.
