Рисунок 6. Таблицы переходов RS-триггера на элементах И-НЕ (сверху) и ИЛИ-НЕ

     В таблицах приняты следующие обозначения: Qn – исходное состояние, Qn+1 – новое состояние триггера, х – неопределенное состояние.                        

     В поисках универсального триггера был  синтезирован RS-триггер в JK-триггер. Одновременная подача единичных сигналов на входы R и S запрещены. Очень хотелось бы избавиться от этой неприятной ситуации. Для того чтобы исключить запрещённое состояние, схема триггера изменена таким образом, что при подаче двух единиц JK-триггер превращается в счётный триггер. Это означает, что при подаче на тактовый вход C импульсов JK-триггер изменяет своё состояние на противоположное.

      При комбинации J=0 и К=0 триггер работает в режиме хранения. При J=1 он устанавливается если Q1=0 и Q2=1. Сброс происходит при K=1, когда Q1=1 и Q2=0 по фронтальному управлению. При J=1 и K=1 триггер ведёт себя как Т-триггер. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.2 Счётчики

 

      Счетчик - это устройство, на выходе которого сигналы в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на счетный вход. Счетчики строятся на базе триггеров. Счетчик, образованный цепочкой из n последовательно соединенных триггеров, может подсчитать в двоичном коде 2ⁿимпульсов. ЧислоК_сч=2ⁿ называется коэффициентом счета, число n определяет количество разрядов двоичного числа.

       Информация снимается с прямых и (или) инверсных выходов всех триг-геров. В паузах между входными импульсами триггеры сохраняют свои со- стояния, т.е. счетчик запоминает число входных импульс.

       Нулевое состояние всех триггеров принимается за нулевое состояние счетчика в целом. Остальные состояние нумеруются по числу поступивших входных импульсов. Когда число входных импульсов N_вх>K_сч , происходит переполнение, после чего счетчик возвращается в нулевое состояние и цикл повторяется. Коэффициент счета, таким образом, характеризует число входных импульсов, необходимое для выполнения одного цикла и возвращения в исходное состояние. Число входных импульсов и состояние счетчика взаимно определены только для первого цикла.

        После окончания каждого цикла на выходах последнего триггера возни- кают перепады напряжения. Это определяет второе назначение: деление числа входных импульсов. Если входные сигналы периодичны и следуют с частотой  F_вх, то частота выходных сигналов равна F_вых=F_вх/К_сч . В этом случае коэффициент счета называется коэффициентом деления и обозначается как К_дел.

       Счетчики характеризуются емкостью и быстродействием. Емкость счет-чика численно равна коэффициенту счета и определяет число импульсов, доступное счету за один цикл.

        Быстродействие счетчика определяется разрешающей способностьюt_раз.сч и временем установки кода счетчика t_уст. Разрешающая способность - это минимальное время между двумя входными сигналами.                       Величина ƒ_max=1/t_раз.сч называется максимальной частотой счета. Время установки кода равно времени между моментом поступления входного сигнала и переходом счетчика в новое устойчивое состояние.

        Рассмотрим основные классификации счетчиков. Если при каждом импульсе код нарастает, то счетчик называется суммирующим, если уменьшается, то вычитающим.

      Счетчики могут быть асинхронными и синхронными.                          Асинхронные счетчики представляют собой цепочку триггеров, в которой триггеров, в которой импульсы, подлежащие счету, поступают на вход первого триггера, а сигнал переноса передается последовательно от одного разряда к другому. Главное достоинство таких счетчиков – простота схемы. Увеличение разрядности осуществляется подключением дополнительных триггеров к выходу последнего триггера. Основной недостаток асинхронных триггеров – сравнительно низкое быстродействие, поскольку триггеры срабатывают последовательно, один за другим, т.е. происходит суммирование задержек каждого триггера. Из этого следует, что чем выше разрядность, тем ниже быстродействие счетчика.

       В синхронных счетчиках счетные импульсы подаются одновременно на все тактовые входы, а каждый из триггеров цепочки служит по отношению к последующим только источником информационных сигналов. Срабатывание триггеров параллельного счетчика происходит синхронно, и задержка пере-ключения всего счетчика равна задержке одного триггера. Число разрядов у этих счетчиков обычно не превышает 6, поскольку с повышением числа разрядов число внутренних логических связей быстро растет.

      Синхронные счетчики применяются в быстродействующих устройствах. Одним из недостатков является то, что каскад, предшествующий счетчику, должен иметь достаточную мощность, чтобы управлять несколькими триггерами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 Описание функциональной схемы 4-х разрядного суммирующего счётчика на асинхронных Т-триггерах  с инверсными динамическими входами

 
 
 

        Асинхронный двоичный счётчик работает в двоичной системе счисления. Они могут строиться на различных разновидностях триггеров. Самая простая структура получается на Т-триггерах. JK-и RS-триггеры могут соединяться таким образом, что они работают как  Т-триггеры(рис.7)

     Рисунок 7. Схема включения JK-триггера в режиме Т-триггера

     Логика  работы Т-триггера: при подаче каждого  тактового импульса меняет свое состояние  на противоположное.

        На схеме (рис.8) показан двоичный суммирующий счётчик, построенный на 4-х Т-триггерах. Каждый триггер имеет обьем памяти в один бит и отвечает за один бинарный разряд. Получаемый на выходе результат – двоичное число имеет столько разрядов, сколько триггеров имеется в счётчике.

     Рис.8.Логическая схема четырехразрядного суммирующего счетчика на асинхронных Т-триггерах типа JK с инверсными динамическими входами

       Т-триггеры   схемы (рис.8) переключаются при переходе сигнала с 1 на 0, то есть обратным фронтом сигнала. Переходные процессы и временные диаграммы представлены на (рис.9). 
 
 

     

     Рис.9. Временная диаграмма работы счетчика, представленного на рисунке 8.

     JK-триггеры должны работать как Т-триггеры. На все J-и K- входы нужно подать состояние 1, т.е. соединить с напряжением питания. Как переключаются триггеры? С прямым или обратным фронтом? Ведомый триггер переключается с обратным фронтом. Передача сигнала в следующий триггер происходит с обратным фронтом.

     Если  суммирующий счётчик построен на Т-триггерах, переключаемых прямым фронтом импульса, то для переключения следующего триггера применяется инверсный  выход Q.

4 Практическая реализация счётчика заданной микросхемы (К555ИЕ14)

     Микросхема  К555ИЕ14 представляет собой четырёхразрядный двоичный счётчик .

     Поступление на вход микросхемы счётчика очередного импульса ( уровня логической 1 ) вызывает увеличение, на одну единицу хранимого в счётчике четырёхразрядного двоичного числа. Таким образом, данное логическое устройство, осуществляет операцию суммирования предыдущего значения двоичного числа с единицей.

     3.Разрядность  счётчика ( n ) определяется количеством выходов разрядов, и в нашем случае: n=4

     Коэффициент пересчёта счётчика  К555ИЕ14 =10

          Максимальное значение числа, зафиксированное счётчиком в одном цикле:

            N – 1 = 10 – 1 = 9 = 1001

          Входы (С1 и С2), на которые подаются тактовые импульсы, инверсные динамические.

     Так как представленный, в нашем случае, счётчик – четырёхразрядный, то, следовательно при суммировании поступающих на вход микросхемы 54 импульсов с хранимым в триггерах этого счётчика двоичного числа 1110 (2), на выходах микросхемы (Q1 ÷ Q4 ) зафиксируется следующее двоичное число: 

     Дано: N = 9 

     M = 54 

     A = 1110; 

     Двоичный  код = ? 

       Определим, сколько импульсов предварительно просчитал счётчик, зафиксировав исходный код 1110: 

     А = 1110(2) = 14(10) 

     5.2Определим общее число импульсов, поступивших в счётчик : 

     14 + 54 = 68 

     5.3 Чтобы зафиксировать число 68, счётчик просчитает 6 полных циклов и в последнем цикле зафиксирует остаток : 

     68 – К × 10 = 68 – 6× 10 = 8(10) = 1000(2) 

     Остаток – число 8 двоичным кодом 1000 будет зафиксирован на выходах счётчика.

 

     

Заключение

 

          Счетчиками называют устройства, ведущие счет числа импульсов.

     Счетчики  применяют не только для счета, но и для выполнения иных операций, которые можно свести к счету  импульсов, а именно: преобразование количества импульсов в определенный код, деление частоты, суммирование или вычитание количества сигналов, распределение сигналов и т.д.

     Основным  параметром счетчика является коэффициент (модуль) счета Ксч .

       Коэффициент счета равен количеству различных состояний счетчика. Именно столько необходимо импульсов, чтобы счетчик вернулся в исходное состояние.

       Асинхронные счетчики представляют собой цепочку триггеров, в которой импульсы, подлежащие счету, поступают на вход первого триггера, а сигнал переноса передается последовательно от одного разряда к другому.               Главное достоинство таких счетчиков – простота схемы. Увеличение разрядности осуществляется подключением дополнительных триггеров к выходу последнего триггера. Основной недостаток асинхронных триггеров – сравнительно низкое быстродействие, поскольку триггеры срабатывают последовательно, один за другим, т.е. происходит суммирование задержек каждого триггера. Из этого следует, что чем выше разрядность, тем ниже быстродействие счетчика. 
 
 

список  литературы

 

1. Алексенко А.Г. Микросхемотехника. - М.: Радио и связь. - 1982.

2. Бирюков  С.А.  Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП. -М.: ДМК. -2000

3. Букреев Я.П. Микроэлектронные схемы цифровых устройств.- М.: Радио и связь.-1990.

4. Зельдин  Е.А. Цифровые интегральные микросхемы  в информационно-измерительной аппаратуре.- Л.: Энергоатомиздат.- 1986.

5. Бойт К.  Цифровая электроника. – изд-во «Техносфера», 2007.

6. Малышев  А.А. Основы цифровой техники.- М.: Радио и связь.- 1984

7. Овечкин  Ю.А.  Микроэлектроника -М.: Радио и связь.- 1982.

8.Угрюмов  Е. Цифровая схемотехника. – С-Петербург, изд-во «БХВ-Петербург», 2002.