РЕВЕРСИВНЫЕ И ПРОГРАММИРУЕМЫЕ СЧЕТЧИКИ

Счетчики, в которых направление счета может быть изменено на противоположное, называются реверсивными. Если при одном направлении счета в триггерах счетчика записан код, соответствующий сумме поступивших на вход импульсов, то при изменении направления счета из этой суммы вычитается число, соответствующее количеству импульсов, пришедших на вход после изменения направления счета (реверса). Так, если в четырехразрядном двоичном счетчике записан код 0101, что в соответствии с (9.2.) равно

то первый импульс, поступивший при реверсе, должен уменьшить число в счетчике на единицу (код числа 4—0100), второй — на два (код числа 3—0011) и т. д.

Реверсивные счетчики обычно выполняются синхронными. Изменение направления счета в них осуществляется за счет введения дополнительных логических элементов. Например, в двоичном синхронном счетчике на //^-триггерах DD1—DD4 введены дополнительные логические элементы DD5—DD10 (рис. 9.8). У счетчика имеются два входа: суммирующий «+1»; вычитающий «-1». Импульсы, поданные на них, поступают на входы синхронизации триггеров DD1—DD4 только в случае, если предыдущий триггер находится в состоянии 1 (вход +1) или состоянии 0 (вход -1). Таким образом, логические элементы И блокируют

Рис. 9.8. Упрощенная структура реверсивного счетчика

прохождение импульсов на входы синхронизации соответствующих триггеров и обеспечивают нужную последовательность их переключения.

Так, при подаче входных сигналов на вход «+1» триггер DD1 переключится в единичное состояние по срезу первого импульса, второй положительный импульс откроет верхний вентиль И DD6. На входе С триггера DD2 появится логическая единица и он переключится в единичное состояние в момент появления среза импульса. При этом же срезе вернется в нулевое состояние триггер DDL Третий импульс изменит состояние триггера DD1 на единичное. При четвертом импульсе открыты верхние вентили И микросхем DD6 и DD7 и по срезу входного сигнала произойдет переключение в единичное состояние триггера DD3. Триггеры DD1, DD2 вернутся в нулевое состояние. При пятом импульсе переключится триггер DDL Запишется код 0101 и т. д.

Если теперь входные сигналы подадим на вход «—1», то первый импульс переключит в нулевое состояние триггер DDL Триггеры DD2—DD4 остаются в том же состоянии, так как нижние вентили И DD6, DD7, DD8 «заперты» логическим нулем инверсного выхода DDL Число, записанное в счетчике, уменьшится на единицу (код 0100). При приходе второго импульса «открываются» нижние вентили И DD6, DD7, так как на всех входах будет логическая единица. Поэтому по срезу импульса происходит переключение триггеров DDJ, DD2 в единичное состояние, а триггера DD3 — в нулевое. При этом состояние триггера DD4 остается неизменным, так как нижняя схема И DD8 «заперта» логическим нулем инверсного выхода триггера DD3. В счетчике окажется записан код 0011, что соответствует числу 3 и т. д.

Несложно увидеть, что переключение какого-либо триггера возможно только в случае, если все предыдущие триггеры находятся в единичном состоянии при подаче входных импульсов на вход «+1» или в нулевом — при подключении к источнику сигнала входа «-1».

Логический элемент DD9 обеспечивает появление логической единицы на выходе «>15» после прихода 15 импульсов. Действительно, в счетчике записан код 1111 и на входе «+1» логический ноль, что обеспечивает открывание вентиля И DD9, у которого один из входов инверсный. При приходе шестнадцатого импульса DD9 запирается и на его выходе появляется перепад напряжения 1,0. Причем этот сигнал будет появляться при действии импульса, а не его среза. Если к выходу «>15» подключен вход «+1» аналогичного счетчика, то для него входным сигналом будет каждый шестнадцатый импульс, приходящий на вход первого счетчика. На выходе второго счетчика логическая единица появится после прихода 255 импульсов. Перепад напряжения 1,0 будет наблюдаться при приходе 256 входных импульсов.

Логический элемент DD10 открывается в случае, если в счетчике записан код 0000. Если на вход «-1» подать логическую единицу, то триггер DD1 перейдет в единичное состояние. На выходе «^0» появится перепад сигнала 1,0. Благодаря этому выходу удается сохранить информацию о том, что отрицательное число, записанное в счетчик, в какой-то момент времени стало больше нуля.

При каскадном соединении нескольких счетчиков (рис. 9.9) этот выход соединяют с вычитающим входом «-1» следующей микросхемы. При каждом перепаде сигнала 1,0 на выходе «<0» одного из каскадно-соединенных счетчиков вычитается единица из числа, записанного в последующем счетчике. В итоге система из нескольких счетчиков работает как один реверсивный счетчик, имеющий соответствующий «объем памяти».

Аналогичные идеи используются при построении реверсивных счетчиков с другими коэффициентами счета, например, двоич-

Рис. 9.9. Каскадное включение реверсивных счетчиков (а) и встречающееся условное обозначение входов и выходов (б)

но-десятичных. При этом в дополнительном поле после метки «?» указывается то число входных импульсов, при поступлении которых изменяется сигнал на этом выходе, например «?9».

Выход переноса «?» обозначают буквами CR, а выход заема «^» — BR (рис. 9.9, б).

В счетчиках с предварительной установкой имеются дополнительные входы. Они позволяют осуществить независимую предварительную установку триггеров в нулевое или единичное состояние. Это позволяет записать в счетчик выбранное число М. При подаче входных импульсов к записанному при предустановке числу добавляется (вычитается) число входных импульсов. При вычитании ноль в счетчике появится после прихода М импульсов.

Таким образом, счетчик с предварительной установкой может работать как счетчик с любым требуемым коэффициентом счета.

Промышленность выпускает ряд микросхем данного назначения. На рис. 9.10 приведены обозначения некоторых из них. В десятичном счетчике 155ИЕ6, работающем в коде 8-4-2-1 (рис. 9.10, а), четыре триггера устанавливаются в требуемое состояние сигналами на входах D1—D4. Для разрешения подобной записи, осуществляемой одновременно (в параллельном коде), в микросхеме имеется вход WR. При подаче на него логического нуля на выходах триггеров Ql, Q2, Q4, Q8 устанавливаются единицы или нули в зависимости от того, какие сигналы имеются на входах D1—D4. При логической единице на входе IVR сигналы на входах D1—D4 не изменяют состояния триггеров счетчика. При суммировании входных импульсов с числом, записанным в счетчике, сигналы подаются на вход «+1», при вычитании из записанного числа — на вход «-]». Вход, на который в данное время не поданы подсчитываемые импульсы, должен иметь потенциал логической единицы. Установка счетчика в нулевое состояние производится сигналом логической единицы, подаваемым на вход R.

Рис. 9.10. Обозначение микросхем счетчиков 155ИЕ6 (а) и 564ИЕ14 (б)

Во избежание искажений информации недопустима одновременная подача логического нуля на вход разрешения записи WR и логической единицы на вход R. Выходы переноса (CR) и заема (BR) позволяют осуществлять последовательное (каскадное) включение микросхем, что облегчает построение многоразрядных счетчиков (см. например, рис. 9.9, а).

В микросхеме 564ИЕ14 (рис. 9.10, б) запись информации, имеющейся на входах D1—D4, осуществляется при логической единице на входе WR. Записываемая информация представлена в параллельном коде. Изменение сигналов на выходах триггеров Q осуществляется одновременно. Их состояние остается неизменным при подаче на вход логического нуля.

Вид операции (сложение или вычитание)^ осуществляемой в счетчике, определяется сигналом на входе U/D (Больше/Меньше), который для удобства часто обозначают «±1». При подаче на него логической единицы счетчик суммирует количество импульсов, поданных на вход С, с предварительно записанным числом. При логическом нуле происходит уменьшение числа, записанного в счетчик при каждом импульсе, поступившем на вход С.

С помощью внутренней логики имеется возможность изменять код, в котором работает счетчик. Для этого имеется вход В/D (Би- нарный/Децимальный), который часто обозначают 2/10. При подаче на него логической единицы счетчик работает в двоичном коде, логического нуля — в десятичном.

Вход Е— разрешающий. При проведении счета на нем должен быть логический нуль. При подаче на него логической единицы счет импульсов прекращается.

Счетчики, у которых коэффициент счета задается с помощью набора внешних электрических сигналов, называются программируемыми. Их чаще всего выполняют на основе счетчиков с предварительной установкой. В таких счетчиках с помощью внутренней логики выполняется автоматическая перезапись заданного числа после проведения каждого цикла счета. Подав на входы установки коэффициента счета напряжения, соответствующие логическим единице и нулю, удается получить требуемый коэффициент счета и, если это требуется, оперативно изменять его.

В качестве примеров выполнения программируемых счетчиков можно привести микросхемы 155ИЕ8 (рис. 9.11, а) и 564ИЕ15 (рис. 9.11, б).

Счетчик 155ИЕ8 содержит шесть триггеров, которые могут находиться в одном из шестидесяти четырех возможных состояний. Коэффициент счета задается напряжениями на входах D1—D32. Сигналы этих входов «управляют» логическими элементами, под-

Рис. 9.11. Структура программируемого счетчика 155ИЕ8 (д) и обозначение микросхемы 564ИЕ15 (6)

ключенными к выходам триггеров. Они обеспечивают появление сигналов на выходах Q и Q при приходе количества импульсов, заданного логическими комбинациями единиц и нулей. Счетчик предназначен для работы в качестве управляемого делителя частоты. При подаче на вход С последовательности импульсов, следующих с частотой /ьх, на выходах Q, Q получим импульсы частотой /вых, равной

где М= D32 • 25 + D16 • 24 + D8 • 23 + D4 • 22 + D2 • 2‘ + D1 ? 2°; D1—D32— нули или единицы, соответствующие уровням напряжений на этих входах.

Из (9.7) следует, что коэффициент деления частоты Ккл определяется из уравнения

На выходе СЕР отрицательный импульс появляется после подачи на вход 63-х импульсов. При поступлении 64-го импульса напряжение на этом выходе соответствует логической единице. Данный вывод обычно используют при каскадном соединении счетчиков как выход переноса.

Вход Е1 используется для разрешения счета (?/= 0) или его запрета (El = 1). Вход Е2 управляет сигналами на выходах Q и Q. При ?2 = 0 выходы «работают» в активном режиме. При ?2=1 Q- 1, Q = 0. Аналогичную функцию относительно выхода Q выполняет вход ЕЗ. Выход может находиться в активном режиме только при ?2=1. В случае, если ?2 = 0, на выходе Q будет логическая единица.

Вход R используется для установки счетчика в нулевое состояние.

Наличие этих входов существенно расширяет функциональные возможности микросхемы.

При необходимости увеличить коэффициент деления, микросхемы счетчиков К155ИЕ8 соединяют последовательно (рис. 9.12). Частоту выходных импульсов определяют из уравнения

где А, = D32{1) • 2й + D16a) • 210 + D8m • 29 + D4(1) • 28 + D2m * 27 + + Dl{2) • 26 + Z)22(i) • 25 + Z)/6(1) ? 24 + D8(i) • 23 + D4(l) • 22 + /Ц,, • 21 + + ?7(2) • 2°-

В микросхеме программируемого счетчика 564ИЕ15 (рис. 9.11, б) коэффициент деления может быть задан с дискретностью, равной единице, в пределах от 3 до 15999.

Рис. 9.12. Последовательное соединение микросхем типа К155ИЕ8

Импульсы подаются на вход С. Коэффициент деления зависит от сигналов на входах D1—D16 и определяется из уравнения

где М— модуль, значение которого устанавливается сигналами на входах Ка, Кь, Кс Р — множитель тысяч, устанавливаемый сигналами на входах Z)2, D3, D4, Р2, Р3, РА — множители сотен, десятков, единиц, устанавливаемые сигналами входов D13—D16, D9—D12, D5—D8; Р5 — остаток, устанавливаемый сигналами на входах D1—D4.

Модуль М может принимать значения 2, 4, 6, 8, 10, что обеспечивает ступенчатое изменение частоты в 10; 12,5; 20; 25 и 50 раз. Меняя сигналы на входах Ка, КЬу Кс, устанавливают требуемое значение модуля (табл. 9.7).

Таблица 9.7

Входы установки значения модуля М

Модуль М

к.

Запрет счета

Порядок установки множителей поясним на примере. Пусть требуется установить А^ч = 5295, а М = 2. Тогда 5295/2 = 2647 + 1 и = 2(2000 + 600 + 40 + 7) + 1. В соответствии с (9.10) коэффициенты Pt равны: Р{ = 2; Р2 = 6; Pi = 4; Р4 = 7; Р5 = 1. Значения коэффициентов устанавливают, используя двоичный код (табл. 9.8 ).

Таблица 9.8

Л,

Z)3

DJ6

D15

D14

D13

D12

Dll

DIO

Счетчик имеет достаточно сложную структуру и широкие функциональные возможности. В нем заданное число, характеризующее Асч, записывается в отдельных секциях, содержащих по несколько триггеров. При поступлении входных импульсов число, записанное в счетчике, уменьшается. Когда число в счетчике станет равным единице, происходит перезапись числа Х^ч во все его разряды.

Через один тактовый (входной) импульс начинается новый цикл счета.

Для установки микросхемы в исходное состояние необходимо, чтобы при Кь = К<. = 0 пришло не менее трех входных импульсов.

Счетчик возможно использовать в режимах как однократного, так и непрерывного счета. При однократном счете на вход состояния SA надо подать логическую единицу. В этом случае логическая единица на выходе появится после поступления на вход запрограммированного количества импульсов и не меняется с приходом последующих. При логическом нуле на входе состояния SA счет импульсов будет непрерывным.

В настоящее время промышленностью выпускается широкая номенклатура счетчиков (табл. 9.9). Они различаются функциональными возможностями и позволяют в совокупности решить практически любую задачу, возникающую при построении цифровых устройств.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎