Вычитающий и реверсивный счетчики.

В вычитающем счетчике поступление на вход очередной лог. 1 (очередного импульса) вызывает уменьшение хранившегося в счетчике числа на единицу. Покажем примеры такого вычитания единицы:

Из первого примера видно, что если в младшем разряде числа содержится 1, то получающееся в результате вычитания 1 число отличается от исходного лишь в младшем разряде.

Если в младшем разряде числа содержится 0, то процесс вычитания сопровождается возникновением переносов. В отличие от операции суммирования, в которой перенос прибавляется в разряд, в который он поступает, в операции вычитания перенос имеет смысл заема из следующего, более старшего разряда и вычитается из этого разряда. Последовательная передача таких заемов из разряда в разряд продолжается до тех пор, пока в очередном разряде, в который передается заем, не обнаруживается 1.

Так, во втором из приведенных выше примеров такая 1 обнаруживается в четвертом разряде. В результате заема этой 1 в четвертом разряде образуется 0, а занятая из этого разряда 1 передается в третий разряд, где она имеет уже значение 2. Из этих двух единиц в третьем разряде остается одна, а другая передается во второй разряд, где она также приобретает значение 2 и т. д.

Таким образом, в результате вычитания часть числа левее первого из разрядов, содержащих 1, остается неименной, цифры остальных разрядов инвертируются.

Функционирование i-го разряда счетчика при выполнении операции вычитания единицы представлено в табл. 8.22. Из этой таблицы истинности следуют логические выражения:

рис 8.47

рис 8.46

Цифры разрядов c_i определяются тем же логическим выражением, что и в суммирующем счетчике. Следовательно, как и в суммирующем счетчике, перенос должен подаваться на счетный вход, образованный соединением информационных входов J и K триггера. Отличие выражения p_i+l (по сравнению с соответствующим выражением суммирующего счетчика) состоит в том, что вместо a_i использовано _i. Таким образом, в вычитающем счетчике на элементы И, формирующие переносы, подаются сигналы с инверсных выходов триггеров.

На рис. 8.46 показана схема вычитающего счетчика с последовательной передачей переносов. Для повышения скорости работы счетчика могут быть использованы последовательно-параллельные цепи передачи переносов. Вычитающий счетчик, как и суммирующий, имеет период циклической работы, равный 2ⁿ импульсов.

Реверсивный счетчик - счетчик, допускающий в процессе работы переключение из режима суммирования в режим вычитания, и наоборот. На рис. 8.47 приведена схема такого счетчика. В ней предусмотрены две цепи передачи переносов, одна из которых соответствует схеме суммирующего счетчика, другая - схеме вычитающего счетчика. Управляющие сигналы I_l и I₂ включают в работу одну или другую цепь.

При I_l = l и I₂ = 0 оказывается закрытым элемент И₂ и, следовательно, отключена цепь передачи переносов режима вычитания. Счетчик работает в режиме суммирования. При I_l = 0 и I₂ = 1 закрыт элемент И₁ и отключена, таким образом, цепь передами переносов режима суммирования, счетчик работает в режиме вычитания.

Счетчик с периодом работы,
не выражаемый целой степенью двух.

Пусть счетчик должен иметь период циклической работы, равный N, причем N не представляется целой степенью двух. Необходимое число триггеров определяется как минимальное n, удовлетворяющее неравенству 2ⁿ > N.

Счетчик с таким числом триггеров может иметь период 2ⁿ, больший требуемого N. Поэтому после установления в счетчике числа N - 1 необходимо в следующем такте работы обеспечивать сброс счетчика в нулевое состояние.

рис 8.48

Покажем метод синтеза такого счетчика. Пусть требуется синтезировать счетчик с периодом N = 3. Число триггеров n = 2 (это минимальное значение, удовлетворяющее неравенству 2ⁿ > N). На рис. 8.48,а представлена незаконченная схема счетчика без указания способа включения информационных входов триггеров J₁, К₁ и J₂, К₂.

Рассмотрим метод, позволяющий определить, каким образом должны включаться информационные входы триггеров. Под действием входных импульсов счетчик переходит из одного состояния (с одной комбинацией состояний триггеров) в другое (с другой комбинацией состояний триггеров). Комбинация состояний триггеров определяет двоичное число, значение которого при переходе счетчика в новое состояние увеличивается на единицу или устанавливается равным нулю после достижения максимального значения N - l. Такие переходы счетчика с периодом цикла N = 2 показаны в табл. 8.23.

Переход счетчика в новое состояние связан с переключением триггеров. Для перевода триггеров в требуемые состояния необходимы на его входах определенные логические уровни. В табл. 8.24 показаны все возможные переходы состояния триггера и требуемые для этих переходов логические уровни на входах J и K. Знак “-” означает, что логический уровень на входе может быть произвольным (лог. 0 или 1). Пользуясь этой таблицей, легко построить таблицы истинности для входов J и K всех триггеров счетчика. При этом логические уровни на входах J и K являются функциями текущего состояния и на картах Вейча (табл. 8.25) под а₂ и a₁ понимается состояние триггеров перед поступлением на вход счетчика очередного импульса.

Пусть к моменту подачи импульса на вход счетчика триггеры находились в состоянии a₂ = 0, a_l = 0. Под действием входного импульса должно быть обеспечено новое состояние a₂ = 0, a_l = l.

Таблица 8.23

Таблица 8.25

Следовательно, в триггере Тг₁ происходит переход вида 0 - 1, обеспечиваемый при следующих уровнях на информационных входах: J_l = l; K₁ = -; в триггере Тг₂ переход вида 0 - 0 обеспечивается уровнями J₂ = 0, K₂ = -. Эти значения занесены в клетки карт Вейча, соответствующие a₂ = 0 и a_l = 0,

Перевод триггеров из состояния a₂ = 0; a_l = l в следующее состояние a₂ = l, a_l = 0 требует подачи на информационные входы триггеров уровней J_l = -; K_l = l; J₂ = l; К₂ = -. Эти значения нанесены на карты Вейча для состояния a₂ = 0, a_l = l. Наконец, перевод триггеров из состояния a₂ = 1, a_l = 0 в состояние a₂ = 0, a₁ = 0 требует следующих уровней на входах: J₁ = 0; K_l = -; J₂ = -; K₂ = l.

Состояние a₂ = l, a_l = l в рассматриваемом счетчике не используется, в соответствующие этому состоянию клетки карт записан символ "*", означающий запрещенную комбинацию.

По картам Вейча могут быть получены следующие минимальные логические выражения для информационных входов триггеров: J₁ = ₂; K_l = l; J₂ = a₁; K₂ = l. Полученные логические выражения определяют способ включения входов J и К триггеров, показанный на рис. 8.48,б.

Построим счетчик с периодом цикла N = 5. В таком счетчике используется три триггера. Изменение состояния триггеров под действием входных импульсов показано в табл. 8.26.

В табл. 8.27 приведены карты Вейча для информационных входов триггеров, из которых следует

J₁ = ₃; K₁ = 1; J₂ = a₁; K₂ = a₁; J₃ = a₁ ^. a₂; K₃ =1.

На рис. 8.49 показана схема счетчика.

Приведем пример построения еще одного счетчика с периодом цикла N = 6. Состояния счетчика и карты Вейча для входов J и K триггеров даны соответственно в табл. 8.28 и 8.29.

Таблица 8.27

Таблица 8.28

рис 8.49

Таблица 8.28.2

рис 8.50

Логические выражения для входов триггеров

J₁ = K₁ = 1; J₂ = a₁ ^. ₃; K₂ = a₁; J₃ = a₁ ^. a₂; K₃ = a₁.

Схема счетчика изображена на рис. 8.50.

Десятичный счетчик.

На рис. 8.41 была показана структура десятичного счетчика. Каждый десятичный разряд такого счетчика - декада - представляет собой двоичный счетчик с периодом цикла, равным N = 10.

В табл. 8.30 и 8.31 представлены состояния декады и карты Вейча для входов ее триггеров. Из карт Вейча могут быть получены следующие логические выражения для входов J и К триггеров декады:

Таблица 8.31

На рис. 8.51 приведена схема декады и показана связь со следующей декадой. Как видно из схемы, входными импульсами следующей декады являются импульсы, возникающие на выходе триггера старшего разряда данной декады. В момент отрицательного фронта десятого импульса, поступающего на вход данной декады, триггеры этой декады переходят в состояние 0, на выходе триггера четвертого разряда возникает спад уровня от значения лог. 1 до значения лог. 0. Спад уровня вызывает переход следующей декады в состояние, соответствующее двоичному числу, на единицу большему.

Десятичные счетчики находят широкое применение в тех случаях, когда число поступающих импульсов необходимо представлять в привычной для человека десятичной системе счисления.

Кольцевой счетчик.

В рассмотренных выше счетчиках число поступлений на вход импульсов представляется в форме двоичного числа, цифры разрядов которого выражаются через состояние триггеров. При этом, если требуется получить десятичное представление числа импульсов, к выходам счетчика подключается дешифратор.

На рис. 52 показано подключение дешифратора к декаде десятичного счетчика. В этой схеме уровень лог. 1 появляется на том из выходов дешифратора, десятичный номер которого соответствует двоичному числу в счетчике. В процессе счета с каждым поступлением на вход импульса происходит переход лог. 1 на следующий выход, номер которого на единицу больше.

Неудобства, связанные с необходимостью применения дешифратора, устраняются в кольцевом счетчике. В нем число поступлений импульсов выражается непосредственно в десятичной системе счисления и не возникает необходимости в использовании дешифратора.

рис 8.52

Кольцевой счетчик строится в виде сдвигового регистра, в котором выдвигаемая из старшего разряда информация вводится в младший разряд. Схема счетчика показана на рис. 8.53.

В счетчике использовано N триггеров. Перед началом счета импульсом начальной установки триггер Тг₀ устанавливается в состояние 1, остальные триггеры - в состояние 0. Этому состоянию счетчика соответствует число О; на выход счетчика, обозначенный цифровой 0, с прямого выхода триггера Тг0 передается лог. 1. Далее каждый из приходящих на вход счетчика импульсов переписывает 1 в следующий триггер и лог. 1 передается на следующий выход, обозначенный цифрой, на единицу большей. Таким образом, по тому, какой из триггеров находится в состоянии 1, т. е. на выходе какого из триггеров возникает уровень лог. 1, выявляется число поступивших на

рис 8.53

вход счетчика импульсов непосредственно в десятичной системе счисления.

Кольцевой счетчик обеспечивает высокую скорость работы. Это связано с тем, что единица из одного триггера в другой передается непосредственно (без использования в цепи передачи логических элементов) путем подключения входов J и К каждого триггера соответственно к прямому и инверсному выходам предыдущего триггера.

После подачи N - 1 импульсов в состоянии 1 окажется триггер Тг_N-1 а с приходом N-го импульса единица из триггера Тг_N-1 перепишется в триггер Тг₀ и счет импульсов начнется сначала. Таким образом, период цикла кольцевого счетчика равен числу использованных в нем триггеров. Например, для построения декады десятичного счетчика по принципу кольцевого счетчика потребуется 10 триггеров (вместо четырех триггеров в двоичном счетчике). Таким образом, возможность получения из счетчика чисел непосредственно в десятичной системе счисления достигается существенным увеличением числа используемых в схеме счетчика элементов.