Синхронные счётчики

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, которую можно подавать на вход этого делителя.

Можно ли обойти такую неприятную особенность недвоичных счётчиков? Да можно! Нужно, чтобы счётчик подготавливал своё новое состояние в промежутках между тактовыми импульсами и только записывал его по приходу нового импульса.

Первая схема, которую мы рассмотрим - это схема кольцевого счётчика. Такой счётчик можно построить на основе сдвигового регистра. Схема кольцевого счётчика приведена на рисунке 14.1.

Рисунок 14.1. Схема кольцевого счетчика.

Рассмотрим работу этой схемы. Пусть первоначально в счетчике записано число 00₂. После первого же тактового импульса состояние счётчика станет равным 10₂, после второго - 11₂. Временные диаграммы этой схемы приведены на рисунке 14.2.

В результате анализа временных диаграмм можно определить, что коэффициент деления схемы кольцевого счётчика будет равен:

К_д = 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 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 является то, что в результате воздействия помехи в регистр может быт записано число 01₂. В результате коэффициент деления схемы изменится, а это является недопустимым.

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 14.3.

а)

б)

Рисунок 14.3. 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 14.4.

Рисунок 14.4. Схема 2-разрядного счетчика с проверкой правильности его работы.

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. Временные диаграммы сигналов на выходах этого счётчика приведены на рисунке 14.5.

Рисунок 14.5. Временные диаграммы сигналов на выходах 2-разрядного счетчика счётчика с проверкой правильности его работы.