Двоичные счетчики

Для рассмотрения структуры двоичного счетчика рассмотрим последовательность двоичных чисел, ограничившись 3-разрядным кодом (табл. 1).

Таблица 1

Так как в счетчике значения Q ассоциируются с выходными сигналами соответствующих триггеров, то для получения счетчика с модулем счета K_сч = 8 необходимо, как минимум, три триггера. Из табл. 1 видно, что Q₀, соответствующее младшему разряду двоичного числа, изменяет свое значение с приходом каждого импульса синхронизации; Q₁ – с приходом каждого второго импульса синхронизации; Q₂ – с приходом каждого четвертого импульса. Данный алгоритм можно реализовать с использованием асинхронных T-триггеров, причем синхронизацию каждого последующего триггера осуществлять выходным сигналом предыдущего, а переключение первого триггера – непосредственно последовательностью синхроимпульсов. Временные диаграммы такого алгоритма приведены на рис. 1.

Рис. 1. Временные диаграммы работы суммирующего счетчика

Из таблицы и временных диаграмм следует, что для организации микрооперации инкремента переключение каждого последующего триггера должно происходить в момент изменения выходного сигнала предыдущего триггера из 1 в 0, т.е. по срезу импульса.

Следовательно, для получения суммирующего счетчика последовательно включенные асинхронные T-триггеры должны иметь инверсные динамические входы (рис. 2).

Рис. 2. Схема трехразрядного суммирующего счетчика с последовательным переносом

Если же у этих триггеров прямые динамические входы, то счетчик становится вычитающим и выполняет микрооперацию декремента (рис. 3).

Рис. 3. Временные диаграммы работы вычитающего счетчика

Сказанное справедливо при синхронизации каждого последующего асинхронного Т-триггера сигналом с прямого выхода предыдущего триггера. Если для этой цели использовать инверсный выход триггера, то суммирующий счетчик реализуется на Т-триггерах с прямыми динамическими входами, а вычитающий – с инверсными.

Таким образом, в счетчиках на асинхронных T-триггерах направление счета зависит от того, какой из выходов используется для синхронизации последующего триггера, и от типа входа синхронизации. В табл. 2 приведены все возможные комбинации соединения триггеров с различными типами входов синхронизации и получаемые при этом виды счетчиков.

Таблица 2

Следовательно, направление счета счетчика может изменяться путем изменения вида межразрядных связей, что достигается включением в состав каждой разрядной схемы счетчика мультиплексора (рис. 4), подобно тому, как это используется в реверсивном сдвиговом регистре.

Рис. 4. Фрагмент структурной схемы реверсивного счетчика

Сигнал на входе V данного счетчика определяет вид межразрядных связей, а следовательно, и тип получаемого счетчика. Временные диаграммы, поясняющие работу такого счетчика при различных значениях сигнала V, приведены на рис. 5.

Рис. 5. Временные диаграммы работы реверсивного счетчика

Все рассмотренные выше счетчики являются счетчиками с последовательным переносом, так как переключение каждого последующего триггера может произойти только после переключения предыдущего. Данный тип счетчика отличается простотой внутренней структуры, однако обладает большим временем установления выходного кода, которое к тому же непостоянно и зависит от конкретного значения его выходного кода.

Уменьшить время установления выходного кода счетчика можно при условии, что все триггеры его разрядных схем будут переключаться одновременно. Для этого необходимо отказаться от применения асинхронных триггеров в пользу синхронных и сформировать сигналы, регламентирующие требуемый порядок переключения триггеров разрядных схем до прихода импульса синхронизации.

Итак, для одновременного переключения триггеров всех разрядных схем в счетчике необходимо сформировать сигнал переноса. Реализация такого алгоритма переключения приведена на рис. 6.

Рис. 6. Фрагмент схемы счетчика с параллельным переносом

В данной структуре триггер, формирующий сигнал Q₀, по-прежнему остался асинхронным, поэтому его входной сигнал T≡1. Счетчики, реализующие этот алгоритм работы, называются счетчиками с параллельным переносом.

В счетчиках с параллельным переносом направление счета не зависит от того, какой (прямой или инверсный) динамический вход имеют триггеры, составляющие его разрядные схемы. Направление счета определяется исключительно тем, какой (прямой или инверсный) выход триггера используется для формирования сигнала переноса. Так, счетчик на рис. 6 является суммирующим. Если же для формирования сигнала переноса будут использованы инверсные выходы триггеров разрядных схем, счетчик будет вычитающим.