Цифровые счетчики импульсов

Цифровым счетчиком импульсов называют устройство, реализующее счет числа входных импульсов и фиксирующее это число в каком-либо коде.

Обычно счетчики строят на основе триггеров, поэтому счет импульсов ведется в двоичной системе счисления.

Функциональная схема простейшего двоичного трехразрядного цифрового счетчика импульсов приведена на рис. 3.38, а. Счетчик состоит из трех последовательно соединенных T-триггеров, имеющих вход R для установки в состояние «0».

Таблица 3.2

Таблица переходов двоичного счетчика

Номер входного импульса

Состояние триггеров

Номер входного импульса

Состояние триггеров

Вход

Установка нуля a)

в) б)

Рис. 3.38. Схема (а), временные диаграммы (б) и условное обозначение (в) двоичного трехразрядного счетчика

На рис. 3.38, б показаны временные диаграммы счетчика. Табл. 3.2 иллюстрирует состояние триггеров. Если в исходном положении все триггеры были в состоянии «0», то по окончании первого входного импульса триггер перейдет в состояние «1» ( ). По окончании второго входного импульса триггер переходит в состояние «0» ( ). По окончании импульса триггер переходит в состояние «1» ( ) и т. д. После восьмого входного импульса все триггеры переходят в состояние «0» и счет повторяется.

Из табл. 3.2 видно, что состояние триггеров отражает число поступивших на вход счетчика импульсов в двоичной системе счисления (двоичном коде). Общее число возможных состояний (модуль) N счетчика определяют числом триггеров n: . В нашем случае N=8.

Условное обозначение счетчика по схеме рис. 3.38, а приведено на рис. 3.38, в: СТ2 означает двоичный счетчик; выходы 1, 2, 4 – обозначения двоичных разрядов ( , , ), соответствующих выходам , , схемы рис. 3.38, а; - счетный вход; R – установка нуля.

Таблица 3.3

Таблица переходов десятичного счетчика

Номер входного импульса	Состояние триггеров	Номер входного импульса	Состояние триггеров
							0(1)	0(1)
5

Для получения счетчика, работающего в другом коде, например десятичном, применяют обратные связи. На рис. 3.39, а приведена функциональная схема десятичного (декадного) счетчика импульсов на четырех триггерах, а на рис. 3.39, б – его условное обозначение.

ВходВыход

Установка нуля а) б)

Рис. 3.39. Схема (а) и условное обозначение (б) десятичного счетчика

С выхода триггера сигналы обратной связи поступают на входы триггеров , . Благодаря этому после поступления на вход счетчика восьмого импульса на выходе триггера появляется сигнал «1», который переводит триггеры , из состояния «0» в состояние «1» (табл. 3.3).

Девятый импульс переводит триггер в состояние «1», и все триггеры оказываются в состоянии «1». Десятый импульс переводит все триггеры в состояние «0», и счет начинается снова. Используя обратные связи, можно построить счетчик, работающий в системе счисления с любым основанием.

Рассмотренные счетчики выполняют операцию суммирования числа импульсов, поступивших на вход, поэтому их называют суммирующими. Для построения вычитающего счетчика можно соединять не прямые (как в схеме рис. 3.38, а), а инверсные выходы триггеров. Такой счетчик работает следующим образом.

Вначале все триггеры устанавливают в состояние «1» (при трех триггерах это соответствует двоичному числу 111). Поступивший на вход счетчика импульс переводит триггер в состояние «0», а состояние остальных триггеров не изменяется. Следовательно, в счетчике будет записано двоичное число 110. Следующий входной импульс уменьшает число еще на одну единицу и т.д.

Счетчики, выполняющие операции сложения и вычитания, называют реверсивными. Обычно они имеют два входа: сложения и вычитания.

Описанные счетчики относятся к последовательным (асинхронным), у которых импульсы поступают только на вход триггера первого разряда, а каждый последующий триггер управляется выходным сигналом предыдущего. Для повышения быстродействия применяют параллельные (синхронные) счетчики, в которых входной сигнал воздействует параллельно на входы синхронизации всех разрядов счетчика, построенного на JK-триггерах. Использованием JK-входов добиваются необходимой последовательности переключения триггеров.

Счетчики выполняют в виде интегральных микросхем, например К176ИЕ1 (шестиразрядный двоичный счетчик), К176ИЕ2 (пятиразрядный счетчик), К155ИЕ4 (счетчик-делитель на 12).

Цифровые счетчики импульсов применяют для счета числа импульсов либо для деления числа импульсов. Счет числа импульсов, поступающих на вход с высокой частотой, необходим в вычислительной технике, автоматике, информационно-измерительной технике (цифровые измерительные приборы), ядерной физике (счетчики элементарных частиц).