Цифровые счетчики импульсов

Цифровые счетчики импульсов (ЦСИ) - это устройства, реализующие счет числа входных импульсов и фиксирующие это число в каком-либо коде.

Обычно счетчики строят на основе триггеров (чаще всего Т-триггеров). Число N, характеризующее предельное число возможных устойчивых состояний счетчика, называется модулем счета (или коэффициентом пересчета). После поступления на вход счетчикаN импульсов в нем устанавливается первоначальное состояние. В двоичных счетчиках N = 2ⁿ-1, где n- число используемых триггеров.

По назначению различают суммирующие, вычитающие и реверсивные счетчики. Суммирующими считаются такие счетчики, показания которых увеличиваются на единицу с приходом каждого следующего импульса, вычитающими - такие, показания которых соответственно уменьшаются на единицу. Реверсивные счетчики реализуют оба указанных вида счета. Число импульсов, поступающих на вход счетчика, в двоичной системе счисления отражает код состояния триггеров, на которых он построен.

По способу переключения триггеров во время счета счетчики делятся на асинхронные и синхронные. В асинхронных счетчиках каждый триггер срабатывает сразу после поступления на его входы управляющих сигналов (счетные входы). В синхронных счетчиках переключение триггеров происходит в момент прихода синхронизирующего сигнала. При этом переход триггеров из одного состояния в другое зависит от значений сигналов на счетных входах. Вследствие этого при изменении состояния асинхронного счетчика переключение триггеров происходит последовательно во времени, в синхронном счетчике этот процесс протекает одновременно во всех разрядах.

Различают счетчики последовательного и параллельного типа. В последовательных счетчиках импульсы поступают на вход первого триггера (первого разряда), а каждый последующий разряд запускается импульсом, поступающим с выхода предыдущего разряда. Быстродействие таких счетчиков обусловлено минимальным временем между счетными импульсами Т_сч, при которых обеспечивается устойчивая работа счетчика. Величина Т_сч включает длительность импульсов и суммарное время задержки t_з в n триггерах (по числу разрядов), Т_сч = t_и + nt_з.

В параллельных счетчиках счетные импульсы поступают одновременно на счетные входы всех триггеров (разрядов), поэтому быстродействие таких счетчиков выше. Для них справедливо равенство Т_сч = t_и + t_з. Счетчики строят либо на основе отдельных триггеров, либо в виде отдельных ИМС.

Построить счетчик, работающий с любым коэффициентом пересчета (K_сч) можно на основе двоичного счетчика путем введения дополнительных ОС. Принцип действия счетчиков с произвольным коэффициентом пересчета (К_сч) (основанием) заключается в исключении “лишних” устойчивых состояний у двоичного счетчика. По способу построения такие счетчики делятся на счетчики с естественным и произвольным порядком счета. Нужный коэффициент пересчета N обеспечивается схемой блокировки переноса на логических элементах. На рис. 112 показана схема счетчика с естественным порядком счета и коэффициентом пересчета N = 9, построенного на основе двоичного счетчика и логических элементов “И-НЕ”.

 

Дешифратор - это устройство, предназначенное для распознавания различных кодовых комбинаций (слов).

Это, как правило, комбинационная схема, обеспечивающая преобразование двоичной кодовой информации, записанной в счетчике, регистре в управляющие сигналы, поступающие либо на исполнительные элементы вычислительных машин (например, для преобразования адресов ячеек памяти в сигналы выборки ячеек при записи и считывании информации из них), либо в устройства отображения информации (световые табло, цифровые индикаторы и др.).

Дешифратор имеет несколько входов (по числу выводов счетчика или регистра) и несколько выходов.

Количество выходов дешифратора равно числу разрешенных наборов выходных сигналов. В дешифраторе с n входами и K выходами K=2ⁿ. Дешифратор, имеющий 2ⁿ выходов, называется полным, а при меньшем числе выходов - неполным.

На входы дешифратора поступает информация в виде различных комбинаций “0” и “1”. Каждой комбинации состояний на выходах дешифратора соответствует определенная комбинация состояний на входах. Если выходы дешифратора обозначать F_j, где j - номер выхода, например, в десятичной системе счисления, то каждой комбинации “0” и “1” на входах (двоичное кодовое число) будет соответствовать “1” на том выходе F_j, номер “ j ” которого есть десятичное представление этого двоичного числа.

Дешифраторы выпускают в виде отдельных ИМС. Дешифраторы широко применяют в вычислительной и информационно-измерительной технике. Одно из направлений - управление индикаторами, отображающими знаковую информацию.

Примером такого применения может быть схема счета и отображения числа импульсов, приведенная на рис. 113.

Она содержит двоичный счетчик CT2, который представляет число поступивших на его вход импульсов в двоичном коде, DC - дешифратор, управляющий транзисторными ключами на VT1-VT7 и семисегментный светодиодный индикатор VD1-VD7.