Синхронные двоичные счётчики

Как мы уже упоминали ранее, основным недостатком делителей, построенных на кольцевых счётчиках, является малый коэффициент деления. Двоичные счётчики в этом смысле более эффективны. Попробуем разработать синхронный счётчик, работающий по двоичному закону. Для этого обратим внимание, что переключение следующего разряда счётчика происходит только тогда, когда состояние всех предыдущих его разрядов равно единицам. Это состояние может быть легко определено при помощи логического элемента "И".

Принципиальная схема одного из вариантов реализации четырёхразрядного синхронного двоичного счётчика приведена на рисунке 15.1.

Рисунок 15.1. Принципиальная схема четырёхразрядного синхронного двоичного счётчика

В этой схеме счётные триггеры реализованы на основе JK триггера. В ней все триггеры переключаются одновременно, так как входной тактовый сигнал счётчика подаётся на вход синхронизации сразу всех триггеров. Разрешение переключения счётного триггера формируется схемами "И", включёнными между триггерами.

При использовании нескольких микросхем для формирования переноса, предназначенного для последующих разрядов двоичного счётчика, в приведённой схеме синхронного счётчика формируется сигнал TC. В следующих микросхемах этот сигнал подаётся на входы CEP или CET. Переключение триггеров в схеме возможно только при подаче на оба этих входа логической единицы.

В качестве примера условно-графического обозначения синхронного двоичного счётчика приведём обозначение микросхемы К1533ИЕ10.

Рисунок 15.2. Условно-графическое обозначение синхронного счётчика с возможностью параллельной записи

Рассмотрим в качестве примера реализацию 32-х разрядного двоичного счётчика. Для этого используем четыре микросхемы К1533ИЕ10. Получившаяся принципиальная схема синхронного 32-х разрядного двоичного счётчика приведена на рисунке 7. При необходимости этот счётчик может быть легко превращён в любой недвоичный счетчик, как при помощи обратных связей, так и используя предварительную запись исходного состояния счётчика.

Рисунок 15.3. Принципиальная схема 32-х разрядного синхронного двоичного счётчика

Будет ли счётчик находиться в режиме счёта или в режиме параллельной записи определяется потенциалом на входах микросхем PE. При нулевом потенциале на этом входе PE производится запись информации с входов данных D во внутренние триггеры счётчиков. Именно поэтому на входы PE всех микросхем подан высокий потенциал (они подключены к источнику питания).

В схеме, приведённой на рисунке 15.3, не используются входы параллельной записи, однако мы знаем, что входы цифровых микросхем нельзя бросать в воздухе, поэтому следует присоединить их либо к источнику питания, либо к общему проводу схемы. В данной схеме все входы данных присоединены к источнику питания.

Так как в схеме на рисунке 15.3 применены микросхемы синхронных счётчиков, то все входы синхронизации должны быть соединены параллельно. Только в этом случае запись нового состояния счётчика во внутренние триггеры будет производиться одновременно.

Микросхема младших разрядов двоичного счётчика D1 должна работать всегда, пока на её вход синхронизации поступают тактовые импульсы, поэтому входы разрешения счёта CEP и CET в этой микросхеме присоединены к источнику питания. Следующая микросхема D2 должна переключиться только тогда, когда во всех триггерах микросхемы D1 будет записана логическая единица. Для этого вход разрешения счёта CEP соединён с выходом TC микросхемы младших разрядов D1. Второй вход разрешения счёта остаётся подключенным к питанию схемы.

Следующая микросхема D3 подключается так же. Однако если не принять дополнительных мер, то время распространения сигнала разрешения счёта при увеличении количества микросхем, использованных в счётчике, будет увеличиваться пропорционально количеству микросхем. Для того чтобы избежать этой ситуации, в схеме использован вспомогательный вход разрешения счёта CEP. Сигнал с выхода TC микросхемы D1 подаётся на входы CEP всех последующих разрядов.

На этом можно завершить изучение схем счётчиков, так как в особенностях внутреннего устройства и применения остальных микросхем, используя полученные знания, можно легко разобраться самостоятельно.