Цифровые счетчики импульсов

Цифровым счетчиком импульсов называют устройство, реализующее счет числа входных импульсов и фиксирующее это число в каком-либо коде. Обычно счетчики строят на основе триггеров, поэтому счет импульсов ведется в двоичной системе счисления.

Функциональная схема простейшего двоичного трехразрядного цифрового счетчика импульсов приведена на рис. 9, а. Счетчик состоит из трех последовательно соединенных Т-триггеров, имеющих вход R для установки в состояние «0».

На рис. 9, б показаны временные диаграммы счетчика. Табл. 1

иллюстрирует состояние триггеров. Если в исходном положении

все триггеры были в состоянии «0», то по окончании первого вход-

ного импульса триггер Т₁ перейдет в состояние «1» (х_о=1). по

Рис. 9. Схема (а), временные диаграммы (б) к условное обозначение (в) двоичного трехразрядного счетчика

окончании второго входного импульса триггер T_i переходит в состояние «0» (х_о=0). По окончании импульса х₀ триггер Т₂ переходит в состояние «1» (х₁=1) и т. д. После восьмого входного импульса все триггеры переходят в состояние «0» и счет повторяется.

Табл. 1

Из табл. 1 видно, что состояние триггеров отражает число поступивших на вход счетчика импульсов в двоичной системе счисления (двоичном коде). Общее число возможных состояний (модуль) N счетчика определяют числом триггеров п: N=2ⁿ. В нашем случае N=8.

Условное обозначение счетчика по схеме рис. 9, а приведина рис. 9, в: СТ2 означает двоичный счетчик; выходы 1, 2, 4обозначения двоичных разрядов (2⁰ = 1, 2¹=2, 2²=4), соответствующих выходам х₀, х₁, х₂ схемы рис. 9, a; С₁ — счетный вход; R- установка нуля.

Табл. 2

Для получения счетчика, работающего в другом коде, например десятичном, применяют обратные связи. На рис. 10, а приведена функциональная схема десятичного (декадного) счетчика импульсов на четырех триггерах, а на рис. 10, б — его условное обозначение.

Рис. 10. Схема (а) и условное обозначение (б) десятичного счетчика

С выхода триггера Т₄ сигналы обратной связи поступают на входы триггеров Т₂, Т₃. Благодаря этому после поступления на вход счетчика восьмого импульса на выходе триггера Т₄ появляется сигнал «1», который переводит триггеры Т₃, Т₂ из состояния «0» в состояние «1» (табл. 2).

Девятый импульс переводит триггер T₁ в состояние «1», и все

триггеры оказываются в состоянии «1». Десятый импульс переводит все триггеры в состояние «0», и счет начинается снова. Используя обратные связи, можно построить счетчик, работающий в системе счисления с любым основанием.

Рассмотренные счетчики выполняют операцию суммирования Числа импульсов, поступивших на вход, поэтому их называют суммирующими. Для построения вычитающего счетчика можно соединять последовательно не прямые (как в схеме рис. 9, а), а инверсные выходы триггеров. Такой счетчик работает следующим образом.

Вначале все триггеры устанавливают в состояние «1» (при трех триггерах это соответствует двоичному числу 111). Поступивший на вход счетчика импульс переводит триггер Т₁ в состояние «0», а состояние остальных триггеров не изменяется. Следовательно, в счет-

чике будет записано двоичное число 110. Следующий входной импульс уменьшает число еще на одну единицу и т. д.

Счетчики, выполняющие операции сложения и вычитания, называют реверсивными. Обычно они имеют два входа: сложения и вычитания.

Описанные счетчики относятся к последовательным (асинхронным), у которых импульсы поступают только на вход триггера первого разряда, а каждый. последующий триггер управляется входным сигналом предыдущего. Для повышения быстродействия применяют параллельные (синхронные) счетчики, в которых входной сигнал воздействует параллельно на входы синхронизации всех разрядов счетчика, построенного на JK-триггерах. Использованием JK-входов добиваются необходимой последовательности переключения триггеров.

Счетчики выполняют в виде интегральных микросхем, например К176ИЕ1 (шестиразрядный двоичный счетчик), К176ИЕ2 (пятиразрядный счетчик), К.155ИЕ4 (счетчик-делитель на 12).

Цифровые счетчики импульсов применяют для счета числа импульсов либо для деления числа импульсов. Счет числа импульсов, поступающих на вход с высокой частотой, необходим в вычислительной технике, автоматике, информационно-измерительной технике (цифровые измерительные приборы), ядерной физике (счетчики элементарных частиц).

Регистры

Регистром * называют устройство, предназначенное для записи и хранения дискретного «слова» — двоичного числа или другой кодовой комбинации. ( * От англ. register — журнал записей.)

Основные элементы регистра — двоичные ячейки, в качестве которых применяются триггеры. Число двоичных ячеек определяется числом двоичных разрядов «слова» (длиной слова), на которое рассчитан регистр.

На рис. 11, а, б приведены схема и условное обозначение n- разрядного регистра на RS-триггерах. Информация в ячейки регистра записывается по команде «Ввод» («1» на входе «Ввод»). Тогда сигналы п входов установят в соответствующие состояния триггеры T₁ — Т_п. На выходе регистра информация появится по команде «Вывод», в ее отсутствие на выходах — нули. При считывании информация, записанная в регистре, сохраняется.

Описанный регистр может запоминать и выдавать информацию только в параллельных кодах, когда каждому разряду соответствует отдельная линия. Более экономична передача информации в последовательных кодах, когда используется одна линия дляпоследовательной (во времени) передачи комбинации нулей и единиц. Для записи и хранения информации в последовательных кодах применяют сдвигающие (сдвиговые) регистры. На рис. 12, а,б приведены схема и условное обозначение сдвигающего регистра на JK-триггерах ( MS- типa ). Здесь информация, поступившая на

Рис. 11. Схема (а) и условное обозначение (б) регистра

информационный вход, по окончании каждого синхронизирующего импульса передается («продвигается») из предыдущего триггера в последующий.

Рис. 12. Схема (а) и условное обозначение (б) сдвигающего регистра с последовательным вводом информации

Рассмотрим работу регистра по схеме рис. 12, а. Пусть требуется записать в регистр трехразрядное двоичное слово D= 101, имеющее разряды D₁=1, D₂=0, D₃=l (D=D₁|D₂|D₃|).При С=1 в триггер T₁ вводятся J₁=D₁=lи K₁=D₁=0. Поскольку.JK-триггер с раздельными входами работает как синхронный RS-триггер, по окончании синхронизирующего (тактового) импульса (при переходе от С=1к С=0) на выходе триггера Т₂появляется Q₁=1.Следовательно, по окончании первого тактового импульса Q_l=D₁=l, `Q<sub>1</sub>=`D₁=0.

Затем на информационный вход регистра поступает второй разряд D₂=0 слова D. При воздействии второго тактового импульса триггер Т₂воспримет информацию с выхода первого триггера: J₂=Q₁=1, `Q<sub>2</sub>=`D₁=0- По окончании второго тактового импульса Q₂=D₂=1 `Q<sub>2</sub> = `D₁=0, а первый триггер воспримет входную информацию регистра и на его выходе Q₁=D₂=0, `Q<sub>1</sub>=`D₁= 1. Таким образом, произошел сдвиг информации из первого разряда регистра во второй; точно так же по окончании третьего тактового импульса Q₃=D₁=1, Q₂=D₂=0 Q₁=D₁=lи все слово записано в регистр.

Считывать информацию из сдвигающего регистра можно либо в последовательном коде с выхода Q₃, продвигая информацию через все разряды регистра к выходу, либо в параллельном коде одновременно с выходов Q₁, Q₂, Q₃.

Заметим, что существуют регистры сдвига с параллельным вводом информации.

Регистр — один из основных элементов компьютера и многих устройств автоматики и информационно-измерительной техники.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Что такое ПЦУ?

2 Как классифицируются триггеры?

3 Сколько разрядов имеет десятичный счетчик?

4 Что такое регистр?

5 Как на базе суммирующего счетчика реализовать вычитающий?