Синхронные счетчики с синхронным переносом

Синхронные (или параллельные) счетчики представляют собой наиболее быстродействующую разновидность счетчиков. На­ращивание их разрядности при соблюдении определенных ус­ловий не приводит к увеличению полной задержки срабатыва­ния. То есть можно считать, что именно синхронные счетчики работают как идеальные счетчики, все разряды которых сраба­тывают одновременно, параллельно. Задержка срабатывания счетчика в этом случае примерно равна задержке срабатывания одного триггера. Достигается такое быстродействие существен­ным усложнением внутренней структуры микросхемы.

Вместе с тем недостатком синхронных счетчиков является более сложное управление их работой по сравнению с асин­хронными счетчиками и с синхронными счетчиками с асин­хронным переносом. Поэтому синхронные счетчики целесооб­разно применять только в тех случаях, когда действительно тре­буется очень высокое быстродействие, очень высокая скорость переключения разрядов. Иначе усложнение схемы управления может быть не оправдано.

При каскадировании (совместном включении для увеличе­ния разрядности), например, двух счетчиков тактовые входы С обоих счетчиков объединяются, а сигнал переноса первого счетчика подается на вход разрешения счета (ЕСТ) второго счетчика. В результате второй счетчик будет считать каждый шестнадцатый входной тактовый импульс (так как он будет срабатывать только при переносе от первого счетчика). Выход­ные сигналы второго счетчика будут переключаться по фронту общего тактового сигнала одновременно с выходными сигнала­ми первого счетчика. Условием правильной работы будет в дан­ном случае следующее; за период тактового сигнала должен ус­петь выработаться сигнал переноса первого счетчика.

В стандартные серии микросхем входят несколько разно­видностей синхронных (параллельных) счетчиков (рис. 10.12). Различаются они способом счета (двоичные или двоично-десятичные, реверсивные или не реверсивные), управляющими сигналами (наличием или отсутствием сигнала сброса).

Рис 10.12. Синхронные счетчики стандартных серий

Все счетчики тактируются положительным фронтом по входу С, имеют выход переноса CR (Carry), входы расширения для кас­кадирования, имеют возможность параллельной записи информации EWR, WR (Enable Write).

Счетчики ИЕ9 и ИЕ10 отличаются друг от друга только тем, что ИЕ9 — двоично-десятичный, а ИЕ10 — двоичный. Микро­схемы имеют вход асинхронного сброса -R, по нулевому уров­ню на котором все выходы счетчика сбрасываются в нуль. Параллельная запись осуществляется син­хронно, по положительному фронту на тактовом входе С при установленном в нуль сигнале разрешения записи -EWR. Сигналы ECR (Enable Carry — разрешение переноса) и ЕСТ (Enable Count — разрешение счета) используются при каскадировании микросхем. Разница между этими сигналами в том, что сигнал ECR не только запрещает счет, как сигнал ЕСТ, но еще и за­прещает выработку сигнала переноса CR. Счет идет при еди­ничных сигналах на обоих входах ЕСТ и ЕСТ и при единичном сигнале на входе -EWR. Положительный сигнал переноса CR вырабатывается при максимально возможном коде на выходах счетчика (15 для ИЕ10 и 9 для ИЕ9) и при положительном сиг­нале на входе ECR. Режимы работы счетчиков ИЕ9 и ИЕ10 представлены в табл.

Таблица 10. Режимы работы счетчиков ИЕ9 и ИЕ10

Счетчики ИЕ12 (двоично-десятичный) и ИЕ13 (двоичный) отличаются от ИЕ9 и ИЕ10 тем, что они реверсивные, то есть допускают как прямой, так и обратный счет. Кроме того, у них несколько другое управление. Считают они также по положи­тельному фронту тактового сигнала С при нулевом уровне на входе разрешения счета ЕСТ. Прямой счет осуществляется при нулевом уровне на входе управления U/D, обратный — при еди­ничном уровне на входе U/D. Переключение уровней на входах U/D и ЕСТ допускается только при положительном сигнале на тактовом входе С. Сброс счетчиков ИЕ12 и ИЕ13 в нуль не пре­дусмотрен, зато имеется возможность асинхронной параллель­ной записи информации по нулевому уровню сигнала парал­лельной записи -WR.

Положительный сигнал на выходе параллельного переноса CR появляется при достижении максимального кода (15 для ИЕ13 и 9 для ИЕ12) при прямом счете или при достижении ну­левого кода при обратном (инверсном) счете. Имеется также выход последовательного переноса Р, отрицательный импульс на котором вырабатывается при положительном сигнале CR и повторяет отрицательный импульс на тактовом входе С (анало­гично рассмотренным ранее счетчикам ИЕ6 и ИЕ7).

Режимы работы счетчиков ИЕ12 и ИЕ13 представлены в табл.

Таблица 10. Режимы работы счетчиков ИЕ12 и ИЕ13

Микросхемы ИЕ16 (двоично-десятичный счетчик) и ИЕ17 (двоичный счетчик) отличаются от рассмотренных синхронной параллельной записью по фронту тактового сигнала С, возмож­ностью прямого и обратного счета и отсутствием сигнала сбро­са в нуль.

Срабатывают счетчики ИЕ16 и ИЕ17 по положительному фронту тактового сигнала С. При нулевом уровне на входе разрешения записи -EWR по фронту сигнала С в счетчик запи­сывается информация со входов данных Dl, D2, D4, D8. При единичном уровне на входе -EWR по положительному фронту сигнала С происходит счет. Направление счета определяется входом U/D: при единице на этом входе счет прямой, при ну­ле — обратный. Имеются два входа расширения: вход разре­шения счета -ЕСТ и вход разрешения переноса -ECR. Различа­ются эти два входа тем, что сигнал -ECR не только запрещает счет, как сигнал -ЕСТ, но еще и запрещает выработку сигнала переноса. Переключение уровней на входах U/D, -ЕСТ и -ECR надо производить только при единичном уровне на тактовом входе С.

Отрицательный сигнал переноса -CR (синхронный) выраба­тывается при достижении на выходах счетчика максимального кода (15 для ИЕ7 или 9 для ИЕ16) при прямом счете или нуле­вого кода при обратном счете.

Режимы работы счетчиков ИЕ16 и ИЕ17 приведены в табл.

Таблица10. Режимы работы счетчиков ИЕ16 и ИЕ17

Возможности применения синхронных (параллельных) счетчиков очень широки. Достаточно сказать, что они без всяких проблем могут заменить во всех схемах как асин­хронные (последовательные) счетчики, так и синхронные счетчики с асинхронным (последовательным) переносом. При необходимости достижения максимального быстродей­ствия они имеют большие преимущества по сравнению со всеми другими счетчиками. Их выходной код устанавливает­ся одновременно при любом количестве разрядов без приме­нения дополнительных выходных регистров (которые требо­вались в случае асинхронных счетчиков и синхронных счет­чиков с асинхронным переносом).

Мы рассмотрим здесь всего несколько схем, иллюстрирую­щих характерные особенности именно синхронных счетчиков.

Рис 10.13. Программируемый делитель частоты

В схеме программируемого делителя частоты (рис 10.13) информация с входов D (входной код) вводится в счетчик при появлении инвертируемого сигнала переноса последнего счетчика в момент появления фронта 0/1 очередного счетного импульса. В ходе счета входные импульсы суммируются с записанным числом.

При объединении счетчиков выход переноса CR младшего счетчика со­единяется со входом разрешения счета старшего счетчика ЕСТ. На входы ECR обоих счетчиков подается сигнал разрешения счета («1»).

Программируемый счетчик-делитель имеет коэффициент деления, определяемый формулой

К_дел= К_сч-D, где

К_сч – коэффициент счета счетчиков (2⁸=256)

D – двоичное число, записанное в счетчик через входы D.

Частота импульсов на выходе переноса находится по формуле

f_вых=f_вх/К_дел

Следующая схема — формирователь временного интервала заданной длительности (рис. 10.14) демонстрирует, как надо использовать выходной сигнал переноса синхронных счетчиков при необходимости организации разового (не периодического) цикла работы.

Рис 10.14. Программируемый формирователь временного интервала.

С приходом ближайшего тактового импульса управляющий триггер устанавливается в единицу и на выходе начинается формирование временного интервала. Положительный сигнал с выхода триггера переводит 8-разрядный синхронный счетчик из режима параллельной записи входного кода в режим счета (по входу -EWR). Счет на уменьшение идет по положитель­ным фронтам тактового сигнала с генератора. Когда счетчик дос­читает до нуля, следующим положительным фронтом тактового сигнала нулевой сигнал переноса -CR сбрасывает триггер в нуль. Тем самым будет завершен выходной сигнал, а счетчик будет пе­реведен в режим параллельной записи. Следующий цикл работы формирователя начнется по сигналу Вход.