Счетчики с параллельным и последовательным переносами

Асинхронные счетчики. В асинхронных счетчиках от­сутствует общая для всех разрядов синхронизация и переход разрядов в новые состояния происходит последовательно раз­ряд за разрядом, начиная от входного, на который поступают счетные импульсы. Если рассмотреть последовательность со­стояний, например, 4-разрядного суммирующего двоичного счетчика (табл. 6.7), то из нее видно, что признаком смены со­стояний любого из разрядов счетчика является переключение предыдущего разряда (или входного сигнала) из состояния «1» в «0». Именно так себя ведут двухтактные Т и JК- триггеры.

 

Таблица 6.7

Вес

Выход

Десятичный эквивалент двоичного кода

Вход

20 21 22 23

Q1 Q2 Q3 Q4

 

Таким образом, последовательный счетчик, работающий согласно табл. 6.7, можно выполнить в виде цепочки Т -триггеров, для каждого из которых счетный импульс формируется триггером соседнего младшего разряда (рис. 6.14, а). Счетный режим JК триггера имеет место в случае J = К = 1.На рис. 6.14, а входы J и К триггеров свободны, что обычно эквивалентно подаче на входы J и К уровней «1». Из временной диаграммы (рис. 6.14, б) видно, что время установления счетчика t_уст.сч. зависит от количества последовательно переключающихся разрядов и для N-разрядного счетчика оно изменяется в пределах

где - среднее время установления триг­гера.

 

Рис. 6.14

Максимальная частота следования счетных импульсов f_max определяется независимо от структуры счетчика предельной частотой переключения первого триггера. Если же требуется различать (дешифрировать) каждое состояние счетчика, то до подачи очередного счетного импульса все разряды должны установиться в новое состояние на время t₀. В этом случае максимально допустимая частота смены состояний f_{сч max} определяется по наихудшему вре­мени установления

Основное достоинство последовательного счетчика - мини­мальные затраты микросхем и минимум электрических связей, что упрощает разводку линий связи и повышает помехозащи­щенность схемы. Увеличение разрядности (наращивание) осуществляется подключением нужного числа триггеров к выходу последнего триггера. Поскольку входные сигналы поступают на вход только первого триггера, такой счетчик мало нагружает предшествующий каскад.

Главный недостаток - низкое быстродействие, которое тем ниже, чем больше коэффициент счета К_сч= 2^N и чем, следовательно, больше в счетчике разрядов N. Второй недостаток - из-за накопления временных сдвигов в разрядах на выходах дешифраторов таких счетчиков могут появляться кратковременные ложные импульсы, особенно заметные на высоких частотах.

В зависимости от количества разрядов N асинхронные счетчики реализуют коэффициент счета К_сч= 2^N и их можно использо­вать в качестве делителей частоты

f _вых = f _сч / К_сч.

Часто при проектировании цифровых устройств возникает необходимость в делителях частоты, для которых К_сч - любое целое число. Если варсенале схемотехника имеются простейшие делители частоты с коэффициентами счета К_сч = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, то большое количество де­лителей частоты с К_сч, разлагающимся на простейшие множи­тели, строятся на их основе. Требуемый К_сч получают введе­нием в счетчики обратных связей.

Синхронные счетчики. Счетчики с параллельным переносом состоят из синхронных триггеров. К синхронным или параллельным относят счетчики, в которых переключение разрядов происходит одновременно независимо от удаленности разряда от счет­ного входа. Это достигается подачей на все триггеры синхрони­зирующих импульсов, которые положительным или отрицатель­ным фронтом вызывают переключения триггеров в соответствии с логиков работы счетчика. Благодаря такой синхронизации достигается минимальное время установления счетчика t_уст.cч, которое не превышает время установления одного триггера t_уcт.Т. Тем самым обеспечивается максимальная частота смены состояний счетчика

Счетные импульсы подаются одновременно на все тактовые входы, а каждый из триггеров цепочки служит по отношению к последующим только источником информационных сигналов. Срабатывание триггеров происходит синхронно, и задержка переключения всего счетчика равна задержке для одного триггера.

Схема простейшего суммирующего синхронного счетчика показана на рис 6.15, а. Здесь потенциал переноса формируется последовательно по мере распространения «логической 1» через вентили DD1, DD2, DD3 и т.д. Накопление задержки за счет вентилей цепи переноса обусловливает взаимное смещение счет­ных импульсов Т и импульсов переноса Р_i (рис. 6.15, б).

 

 

Рис.6.15

До тех пор пока совпадение импульсов Т и Р_i вследствие такого сме­щения не нарушается, счетчик работает без сбоев с максимально возможной частотой счета. Очевидно, для этого необходимо, чтобы выполнялось условие

 

где N - количество разрядов счетчика, - длительность задержки нарастания сигнала на выходе вентиля переноса.

Счетчики с параллельным переносом широко применяются в быстродействующих устройствах. Они обладают более высокой помехоустойчивостью, так как в паузах между импульсами триггеры счетчика блокированы. К их недостаткам следует отнести меньшую нагрузочную способность отдельных разрядов из-за дополнительной нагрузки внутренними связями. Каскад, предшествующий счетчику, должен иметь достаточную мощность, чтобы управлять входами, включенными параллельно.