Счетчики со сквозным переносом

Процедуры двоичного и десятичного счета иллюстрируются в таблице. Используя только 4 двоичных разряда (D, С, В и А), мы можем считать от 0000 до 1111 (от О до 15 в десятичной системе). Столбец А таблицы соответствует двоичному разряду единиц или самой младшей значащей цифре. Обычно используется термин "самый младший разряд" (СМР). Столбец D соответствует двоичному разряду восьмерок или старшей значащей цифре. Обычно используется термин "самый старший разряд" (ССР). Обратите внимание, что в столбце единиц цифры изменяются наиболее часто. Если нам нужен счетчик, который считает от 0000 до 1111 (в двоичной системе), у него должно быть 16 различных выходных состояний. Такой счетчик называется счетчиком по модулю 16.

Модуль счетчика - это число различных состояний, через которые проходит счетчик в процессе одного полного цикла счета.

Рис. 10.1. Логическая схема счетчика по модулю 16

Функциональная схема счетчика по модулю 16, составленного из четырех JK-триггеров, показана на рис. 10.1. Каждый JK-триггер работает в режиме переключения (J=К=1). Пусть в начальный момент состояния выходов счетчика соответствуют двоичному числу 0000 (счетчик очищен). При поступлении тактового импульса 1 на синхронизирующий вход (CLK) триггера Т1 этот триггер переключается (при прохождении среза импульса) и на индикаторе появляется двоичное число 0001. Тактовый импульс 2 возвращает триггер Т1 в исходное состояние О (Q = 0), что в свою очередь приводит к переключению триггера Т2 в состояние 1 (Q = 1). На индикаторе появляется число 0010. Счет продолжается: срез сигнала на выходе каждого триггера запускает следующий триггер. Возвращаясь к таблице, мы видим, что цифры (1 или 0) в столбце А (единиц) изменяются на каждом этапе счета. Другими словами, триггер Т1 переключается с приходом каждого нового тактового импульса. Как видно из столбца В, триггер Т2 переключается в 2 раза реже триггера Т1. Вообще каждый более старший разряд в таблице "переключается" в 2 раза реже предыдущего.

Работу счетчика по модулю 16 в процессе счета до 10 (двоичное число 1010) иллюстрируют временные диаграммы на рис. 10.2. Синхронизирующему входу соответствует самая верхняя диаграмма. Диаграммы для выходов Q триггеров Т1, Т2, ТЗ, Т4 приведены ниже. Под диаграммами указаны двоичные числа, соответствующие различным состояниям счетчика. Обратите особое внимание на вертикальные линии на рис. 10.2. Они показывают, что тактовые импульсы запускают только триггер Т1, триггер Т1 запускает триггер Т2, триггер Т2 запускает триггер ТЗ и т.д. Поскольку каждый триггер воздействует только на один (следующий за ним) триггер, то для переключения всех триггеров необходимо некоторое время. Например, в точке а на импульсе 8 (рис. 10.2) тактовый импульс запускает триггер Т1, вызывая его переключение в состояние 0. Это в свою очередь приводит к переключению триггера Т2 из состояния 1 в состояние 0. Затем точно так же переключается триггер ТЗ. В момент установки на выходе Q триггера ТЗ уровня логического 0 запускается триггер Т4, который переключается из состояния 0 в состояние 1. Мы видим, что изменение состояний последовательно ("насквозь") распространяется по цепочке триггеров. Поэтому рассматриваемый счетчик называют счетчиком со сквозным переносом.

Счетчик, функциональная схема которого показана на рис. 10.1, можно назвать не только счетчиком со сквозным переносом, но и счетчиком по модулю 16, 4-разрядным счетчиком или асинхронным счетчиком. Каждое из названий характеризует рассматриваемую схему с какой-то одной стороны. Определения "со сквозным переносом" и "асинхронный" говорят о том, что запуск триггеров в счетчике осуществляется не в одно и то же время. Название "счетчик по модулю 16" отражает число различных состояний, "проходимых" счетчиком за один полный цикл счета. Определение "4-разрядный" указывает число двоичных разрядов на выходе счетчика.