Синтез асинхронного счётчика

Сравнительно просто синтезировать счётчики с последовательным переносом в коде 8421. Такой счётчик с коэффициентом счёта Ксч=2m представляет собой последовательную цепочку из m триггеров. С помощью дополнительного логического элемента можно изменить коэффициент счёта в пределах 2m-1 < Kсч < 2m, для чего входы логического элемента подключают к выходам определённых триггеров, а его выход – ко входу R принудительной установки триггеров в нулевое состояние, а иногда и ко входу S – установки в 1.

Первым шагом синтеза является пересчёт заданного коэффициента счёта в двоичный код. Число разрядов двоичного числа показывает, сколько триггеров должен иметь счётчик, а число единиц определяет число входов логического элемента. Входы логического элемента подключают к прямым выходам Q тех триггеров, которые соответствуют единицам двоичного числа. Во избежание ошибок следует помнить, что первый – входной – триггер отображает последний – младший разряд числа. Выход логического элемента соединяют с входами установки нуля (входы R) всех триггеров, от которых были сделаны отводы, а также тех, которые непосредственно за ними следуют.

Результаты синтеза применимы к триггерам разных видов логики. При этом имеются некоторые особенности.

Принудительная установка в ноль по R-входу у триггеров ТТЛ, ДТЛ осуществляется сигналами логического нуля, а у триггеров КМОП – логической единицы. Поэтому в первом случае должен быть применён логический элемент И-НЕ, а во втором – И.

В суммирующем счётчике опрокидывание каждого последующего триггера должно происходить тогда, когда сигнал на выходе предыдущего триггера изменяется от 1 к 0, поэтому важен порядок соединения триггеров между собой.

Если в счётчике применяют триггеры с прямым управлением (по фронту 0,1), их входы присоединяют к инверсным выходам предыдущих.

В случае триггеров с инверсным управлением (в том числе MS-структуры: двухступенчатые) входы подключают к прямым выходам предыдущих.

Пример 2.1 Синтезировать счётчик с коэффициентом счёта Ксч=13.

Решение.

Пересчитывают заданный коэффициент счёта в двоичный код:

13=1101

В двоичном числе четыре разряда, поэтому в счётчике должно быть четыре триггера.

В двоичном числе три единицы, поэтому потребуется трёхвходовой логический элемент.

Для синтеза счётчика применяют, например, JK-триггеры (ТТЛ), опрокидывание которых происходит по отрицательным перепадам 1,0. Поэтому входы триггеров подключают к прямым выходам предыдущих.

Принудительная установка в ноль по R-входу осуществляется сигналом логического нуля, поэтому применяют трёхвходовой логический элемент И-НЕ.

Входы логического элемента подключают к прямым выходам Q тех триггеров, которые соответствуют единицам двоичного числа, т.е. к прямым выходам первого, третьего и четвёртого триггеров.

Выполнение указанных условий осуществляют при формировании функциональной схемы счётчика.

Рис.2.5 Счётчик с Ксч=13.

В исходном (нулевом) состоянии напряжение на выходах всех триггеров низкого уровня, а на выходе логического элемента DD5 и соответственно на входах R – высокого уровня, и триггеры могут работать, т.е. опрокидываться.

Появление высокого уровня напряжения на выходе одного или двух триггеров в процессе счёта не отразится на состоянии логического элемента DD5, так как для изменения его состояния требуется высокий уровень напряжения на всех трёх его входах. Когда это произойдёт, напряжение на выходе DD5 упадёт, перебросит все триггеры в нулевое состояние и цикл счёта начнётся сначала.

Логика работы схемы: первый триггер опрокидывается от каждого входного импульса, т.е.1=20, второй – от каждого второго импульса (2=21), третий – от четвёртых импульсов (4=22), а четвёртый триггер – от каждого восьмого импульса (8=23). Коэффициенту счёта Ксч=13=8+4+1=1*23+1*22+0*21+1*20 соответствуют, следовательно, состояния Q4=Q3=Q1=1, как и показано на функциональной схеме синтезированного счётчика.

Аналогично можно синтезировать счётчики с коэффициентам счёта, например, 7, 11, 13, 14, 15.