Реверсивные счетчики

Реверсивные счетчики могут работать как в режиме сложения, так и в режиме вычитания. Как следует из рис. 24.1, 24.3, для изменения режима работы необходимо подключать или прямой, или инверсный выход предыдущего триггера, входящего в счетчик, к Т-входу последующего.

Если за период времени T поступит К импульсов при работе счетчика в режиме суммирования и N импульсов при работе счетчика в режиме вычитания, то состояние счетчика будет равно K–N (при условии, что число импульсов K и N может однозначно подсчитываться счетчиком).

Число K–N может быть как положительным, так и отрицательным. При реализации устройств обработки часто необходимо знать знак числа, полученного при поступлении различного количества импульсов. Для этого необходимо образовать дополнительный выход – знаковый. Принцип построения знакового выхода будет рассмотрен после ознакомления со структурой реверсивных счетчиков.

Реверсивные счетчики разделяются на счетчики с общим входом cложения-вычитания "С" и с раздельными входами сложения "+1", вычитания "-1".

К реверсивным счетчикам с общим входом сложения - вычитания относятся счетчики типа ИЕ12, ИЕ13, ИЕ16, ИЕ17, а к реверсивным счетчикам с раздельным входом сложения - вычитания ИС типа ИЕ6, ИЕ7.Условные графические обозначения реверсивных счетчиков приведены на рис. 24.11, а, б, в, г.

Назначение входов счетчиков:

- D1 – D4 - двоичный код, подаваемый на эти входы, записывается в триггеры счетчика в режиме “установка”;

- W – вход управления работой счетчика: при W = 0 - установка триггеров счетчика в состояние, определяемое входами D; при W = 1 – счет входных импульсов;

- R – прямой вход обнуления, обнуление происходит при подаче на него «единицы»

- С – прямой динамический синхровход;

- «+1», «–1» – входы «+1» и «–1» служат для подачи счетных импульсов; «+1» – при суммировании; «–1» – при вычитании;

- «≥ 15» – на выходах переноса «15(9)» появляется “ноль”, если счетчик находится в состоянии 15(9) и поступит импульс на вход «+1»;

- «≤ 0» – на выходе переноса «< 0» появляется “ноль”, если счетчик находится в нулевом состоянии и поступит импульс на вход «–1»;

- P – выход переноса, Р = 1, когда на всех выходах счетчика уровень либо логической 1, либо логического нуля;

Рис. 24.11. Реверсивные счетчики: а) ИЕ6, б) ИЕ7, в) ИЕ12, г) ИЕ13

- PC – синхронный выход переноса, аналогичен выходу Р=1. Отличие в том, что Р = 1 появится только при С = 1;

- U – вход управления режимом работы счетчика, при U = 0 – режим суммирования, а при U = 1 – режим вычитания;

- E, RP – входы стробирования счета (E) и переноса (RP). При E = 1 блокируется поступление входных импульсов. При RP=1 блокируется выход переноса – Р = 0.

Счетчики типа ИЕ12, ИЕ13 – реверсивные счетчики с общим входом сложения/вычитания (U). Такие счетчики не имеют входа обнуления R, обнуление можно производить, подавая нулевые уровни на вход W и входы D1, D2, D4, D8.

Функциональная схема реверсивного счетчика с общим прямым входом сложения-вычитания представлена на рис. 24.12.

Рис. 23.12. Функциональная схема реверсивного счетчика с общим входом сложения/вычитания.

В такой схеме при U = 1 реализуется режим суммирования, так как на выходе цепочки ЛЭ «2И-2И-2ИЛИ», «И» сформируется логическая 1, если все триггеры, расположенные до нее, будут в единичном состоянии. Это вызовет переключение следующего триггера при подаче синхроимпульса. Например, состояние триггеров Q0 = 1, Q1 = 1, Q2 = 0. Все триггеры переключатся в противоположное состояние Q0 = 0, Q1 = 0, Q2 = 1, т.е. состояние счетчика изменилось с 3-го на 4-е.

При U = 0 переключение будет происходить, если все предыдущие триггеры находились в нулевом состоянии, что соответствует реализации режима вычитания. Для ИС типа ИЕ12, ИЕ13 вход сложения / вычитания инверсный.

ЛЭ 3 формирует сигнал переноса Р = 1, если в режиме суммирования все триггеры находятся в единичном состоянии и RP=0 , а также Р = 1 в режиме вычитания, если все триггеры находятся в нулевом состоянии и RP = 0. Эти два случая соответствуют переносу 1 в следующий разряд и заему 1.

ЛЭ 1, 2 реализуют параллельный перенос между триггерами. Максимальное время переключения равно сумме времен переключения ЛЭ "2И-2И-2ИЛИ", "И" и триггера.

Счетчики типа ИЕ6, ИЕ7 – реверсивные счетчики с раздельными входами «+1», «–1» и с синхронной предустановкой. При W = 1, R = 0 счетчик подсчитывает количество импульсов, поступающих на входы «+1» и «-1». При W = 0, R = 0 двоичный код со входов В по фронту импульса либо +1, либо –1 переписывается на выход.

Функциональная схема реверсивного счетчика с раздельными входами сложения - вычитания представлена на рис. 24.13. В этом случае состояние счетчика увеличивается на 1 с каждым импульсом, поступающим на вход «+1», и уменьшается на 1 с каждым импульсом, поступающим на вход «–1». При выполнении условий переключения импульс с входов «+1» или «–1» поступает на вход Т-триггера и вызывает его переключение. Импульсы должны быть короткими и нулевыми.

Параллельный перенос реализуется сразу в ЛЭ. Сигналы переноса 15 и заема 0 формируются раздельно. Длительность импульсов переноса и заема определяется соответственно длительностью импульсов, поступающих на входы «+1» и «–1».

Рис. 24.13. Функциональная схема реверсивного счетчика с раздельными входами сложения / вычитания

Для получения многоразрядных счетчиков на основе ИС типа ИЕ6, ИЕ7 (рис. 24.14) требуется объединить входы управления W каждой ИС, а также входы R. Выход переноса « 15» ( 9) предыдущей ИС соединить с входом «+1» последующей, а выход заема « 0» – со входом «–1».

При построении многоразрядных счетчиков на основе ИС типа ИЕ12, ИЕ13, ИЕ16, ИЕ17 (рис. 24.15) необходимо объединить соответствующие входы управления ИС, а выход переноса предыдущей ИС соединить с синхровходом С последующей.

Рис. 24.14. 8-разрядный реверсивный счетчик

Рис. 24.15. 8-разрядный реверсивный счетчик

Для счетчиков типа ИЕ12, ИЕ13 знаковый выход строится согласно рис. 24.16.

Число поступающих импульсов фиксируется счетчиком в дополнительном коде, т.е. Q_ЗНАК = 1, если число отрицательное, и равно 0, если число положительное. Знаковый разряд фиксирует переход нулевого состояния в положительную или отрицательную сторону. При поступлении импульса на вход С, если счетчик находится в нулевом состоянии (Р = 1), U = 1 (режим сложения), на выходе ЛЭ DD₂ появляется уровень логического 0, который устанавливает Q_ЗНАК = 1 и Q_ЗНАК= 0. При U = 0 аналогично произойдет установка Q_ЗНАК = 1.

Рис. 24.16. Реверсивный счетчик со знаковым выходом

Наличие установочных входов D1, D2, D4, D8 позволяет реализовать счетчики с программируемым коэффициентом пересчета (рис. 24.17).

Коэффициент пересчета М задается согласно выражениям:

М = а + 2b + 4c + 8d + 16(e + 2f + 4g + 8h) для ИС типа ИЕ7, ИЕ13, ИЕ17;

М = а + 2b + 4c + 8d + 10(e + 2f + 4g + 8h) для ИС типа ИЕ6, ИЕ12, ИЕ16 путем выбора значений a, b, c, d, e, f, g, h, которые могут принимать значения 0 и 1. Полученная комбинация нулей и единиц подается на входы D1, D2, D4, D8.

Счетчики переводятся в режим вычитания. Выход переноса соединяется с входом установки исходного состояния по входам D.

Схемы работают следующим образом: когда триггеры счетчиков находятся в нулевом состоянии и поступает импульс с генератора, происходит установка исходного состояния по входам D. После этого исходное состояние с каждым импульсом уменьшается на единицу. Через (М-1) входной импульс счетчик снова примет нулевое состояние, а М-ый импульс произведет установку исходного состояния. Период повторения выходных импульсов равен , где T1 – период повторения входных импульсов.

Рис. 24.17. Счетчик с программируемым коэффициентом деления

Генератор линейного напряжения на основе реверсивных счетчиков (рис. 24.18) вырабатывает возрастающее напряжение при подключении генератора прямоугольных импульсов (ГИ) к входу «+1» и убывающее напряжение – к входу «–1».

В процессе работы двоичный код на выходах счетчика будет меняться по циклу от 0 до 15 (при подключении к входу «+1») или от 15 до 0 (при подключении к входу «–1»). При этом напряжение на выходе ЦАП будет изменяться скачками от U_0ВЫХ до U_1ВЫХ. Величина скачка dU определяется разрядностью счетчика.

Длительность линейного напряжения равна T = 2ⁿT1, где T1 – период повторения входных импульсов.

Рис. 24.18. Генератор линейно изменяющегося напряжения

Если ступенчатое изменение напряжения не устраивает разработчика, то необходимо на выходе ЦАП поставить фильтр низких частот, который произведет сглаживание ступенек.