В рассмотренных схемах делителей частоты быстродействие всей схемы определяется временем распространения сигнала от входа до выхода самого старшего разряда. При этом получается, что чем больше требуемый коэффициент деления, тем больше двоичных разрядов счётчика требуется для реализации этого делителя. Тем большее время требуется для распространения сигнала от входа синхронизации счётчика, до его выхода, и тем меньше будет предельная частота сигнала, подаваемого на вход этого делителя.
Можно обойти такую неприятную особенность недвоичных счётчиков. Нужно, чтобы счётчик подготавливал своё новое состояние в промежутках между тактовыми импульсами и по приходу нового импульса только записывал его.
Первая схема, которую мы рассмотрим – это схема кольцевого счётчика. Такой счётчик можно построить на основе сдвигового регистра. Схема кольцевого счётчика приведена на рисунке 8.47.
Рисунок 8.47 – Схема кольцевого счетчика
Рассмотрим работу этой схемы. Пусть первоначально в счетчике записано число 002. После первого тактового импульса состояние счётчика станет равным 102, после второго – 112. Временные диаграммы работы этой схемы приведены на рисунке 8.48.
В результате анализа временных диаграмм можно определить, что коэффициент деления схемы кольцевого счётчика будет равен:
Кд = 2*n.
В качестве преимущества схемы кольцевого счётчика можно отметить то, что её быстродействие зависит только от времени задержки одного триггера. Это означает, что на кольцевых счётчиках можно реализовывать самые быстродействующие делители частоты.
То, что коэффициент деления пропорционален не степени количества триггеров, а только их сумме является недостатком данной схемы. Это означает, что при увеличении коэффициента деления сложность схемы неоправданно возрастает по сравнению со схемой двоичного счётчика.
Ещё одним недостатком схемы кольцевого счётчика является то, что при количестве триггеров большем трёх, в результате воздействия помехи в регистр может быт записано число, содержащее несколько единиц. В результате коэффициент деления схемы изменится, а это является недопустимым. Временные диаграммы сигналов на входе и выходах 3‑разрядного кольцевого счётчика при правильной и ошибочной работе приведены на рисунке 8.49.
а
б
Рисунок 8.49 – Временные диаграммы сигналов 3‑разрядного кольцевого синхронного счётчика при правильной (а) и ошибочной (б) работе
Для того чтобы избежать неправильной работы счётчика в этот счётчик можно ввести схему контроля правильной работы. В простейшем случае это может быть обычный логический элемент "И‑НЕ". Этот элемент будет контролировать состояние счётчика, соответствующее единицам во всех его разрядах. Схема 2‑разрядного счётчика со схемой проверки правильности его работы приведена на рисунке 8.50. В этой схеме триггеры счётчика при поступлении импульсов на тактовый вход последовательно заполняются единицами. Как только все триггеры будут заполнены единицами, на выходе логического элемента "2И‑НЕ" появится уровень логического нуля. При поступлении следующего тактового импульса этот ноль будет записан в первый триггер счётчика. В дальнейшем работа счётчика повторяется.
Рисунок 8.50 – Схема 2‑разрядного счетчика с проверкой
правильности его работы
Временные диаграммы сигналов на выходах этого счётчика приведены на рисунке 8.51.
В результате анализа временных диаграмм, приведённых на рисунке 8.51, можно определить, что коэффициент деления схемы кольцевого счётчика будет равен:
Кд = n+1.
Как видно временных диаграмм, приведенных на рисунке 8.51, в качестве выходного сигнала можно использовать сигнал с выхода любого триггера регистра или с выхода схемы “И‑НЕ”. Частота сигналов будет абсолютно идентична. Они отличаются только начальной фазой колебания. Это означает, что схему кольцевого счётчика с проверкой правильности его работы можно использовать в качестве многофазного генератора.
Ещё одной особенностью рассмотренной схемы счётчика является то, что состояния счётчика описываются линейным кодом. Это означает, что при индикации состояний счётчика при помощи десятичного индикатора, в схеме не потребуется дополнительный дешифратор.
