Простейший вид счётчика – двоичный может быть построен на основе T‑триггера. Для реализации T-триггера воспользуемся универсальным D‑триггером с обратной связью, как это показано на рисунке 8.35.
Рисунок 8.35 – Реализация счетного T-триггера на универсальном D-триггере
Так как эта схема, как мы уже рассматривали ранее, при поступлении на вход импульсов меняет свое состояние на противоположное, то её можно рассматривать как счётчик, считающий до двух.
Обычно требуется подсчитать большее количество импульсов. В этом случае можно использовать выходной сигнал первого счетного триггера как входной сигнал для следующего триггера, то есть соединить простейшие счетчики последовательно. Так можно построить любой счётчик, считающий до максимального числа, кратного степени два.
Схема счётчика, позволяющего посчитать любое количество импульсов, меньшее шестнадцати, приведена на рисунке 8.36. Количество поступивших на вход импульсов можно узнать, подключившись к выходам счётчика Q0 … Q3. Это число будет представлено в двоичном коде.
Рисунок 8.36 – Схема четырёхразрядного счётчика, построенного на универсальных D-триггерах
Для иллюстрации работы двоичного счётчика, воспользуемся временными диаграммами сигналов на входе и выходах этой схемы, приведёнными на рисунке 8.37.
Пусть первоначальное состояние всех триггеров счётчика будет нулевым. Это состояние видно в начальной области временных диаграмм. Запишем его в нулевую строку таблицу 8.8. После поступления на вход счётчика тактового импульса (который воспринимается по заднему фронту) первый триггер изменяет своё состояние на противоположное, то есть теперь в этом триггере записана единица.
Запишем новое состояние выходов счётчика во вторую строку той же самой таблицы. Так как по приходу первого импульса изменилось состояние первого триггера, то этот триггер содержит младший разряд двоичного числа (единицы). В таблице поставим его значение на самом правом месте, как это принято при записи любых многоразрядных чисел. Здесь мы впервые сталкиваемся с противоречием правил записи чисел и правил распространения сигналов на принципиальных схемах.
Подадим на вход счётчика ещё один тактовый импульс. Значение первого триггера снова изменится на прямо противоположное. На этот раз на выходе первого триггера, а значит и на входе второго триггера сформируется задний фронт. Это означает, что второй триггер тоже изменит своё состояние на противоположное. Это отчётливо видно на временных диаграммах, приведённых на рисунке 8.32. Запишем новое состояние выходов счётчика в третью строку таблицы 8.8. В этой строке таблицы образовалось двоичное число 2. Оно совпадает с номером входного импульса.
Продолжая анализировать временную диаграмму, можно определить, что на выходах приведённой схемы счётчика последовательно появляются цифры от 0 до 15. Эти цифры записаны в двоичном виде. При поступлении на счётный вход счётчика очередного импульса, содержимое его триггеров увеличивается на 1. Поэтому такие счётчики получили название суммирующих двоичных счётчиков.
Таблица 8.8 – Изменение уровней на выходе суммирующего двоичного счётчика при поступлении на его вход импульсов
номер входного импульса
Q3
Q2
Q1
Q0
Условно-графическое обозначение суммирующего двоичного счетчика на принципиальных схемах приведено на рисунке 8.38. В двоичных счётчиках для обнуления микросхемы обычно предусматривают вход R, который позволяет записать во все триггеры счётчика нулевое значение. Это состояние называют исходным состоянием счётчика.
Рисунок 8.38 – Четырёхразрядный двоичный счётчик
Промышленностью выпускаются микросхемы асинхронных двоичных счётчиков. Классическим примером такого счётчика является микросхема 555ИЕ5. Подобные схемы существуют и внутри САПР программируемых логических интегральных схем.
