Реверсивний лічильник

3. Реверсивний лічильник.

Для перетворення схеми реверсивного лічильника у схему додаючого або віднімаючого лічильника, у міжрозрядні кола переносу необхідно додати логічні елементи, що дозволяють робити переключення запуску кожного наступного тригера з прямого або з інверсного виходу попереднього тригера. На рис. 4 зображена схема реверсивного лічильника з керуючим RS-тригером.

При встановленні керуючого RS-тригера у стан 1 (подачею імпульсу на вхід «+») відкриваються елементи ТА, через які до входів наступних тригерів підключаються прямі виходи попередніх. При цьому лічильник буде працювати як додаючий. Встановлення вихідного стану 000 в цьому випадку здійснюється подачею відповідного імпульсу на вхід S.

Рис.4. Схема двійкового реверсивного лічильника.

При встановленні керуючого RS-тригера у стан 1 (подачею імпульсу на вхід «+») відкриваються елементи ТА, через які до входів наступних тригерів підключаються прямі виходи попередніх. При цьому лічильник буде працювати як додаючий. Встановлення вихідного стана 000 здійснюється подачею відповідного імпульсу на вхід S схеми.

При встановленні RS-тригера у стан 0 (подачею імпульсу на вхід «-») відкриваються елементи ТА, через які до входів наступних тригерів підключаються інверсні виходи попередніх. Лічильник перейде до режиму «Віднімання». Встановлення вихідного стана 111 здійснюється подачею імпульсу встановлення на вхід R схеми. Елементи АБО в схемі реверсивного лічильника необхідні для розв'язки виходів комутуючих елементів ТА.

Більшість лічильників, що випускаються час промисловістю, є саме реверсивними.

Крім розглянутих двійкових лічильників існують лічильники з модулем рахування Кс ¹2n. З них частіше усього застосовуються лічильники, що рахують у десятковому коді або у двійково-десятковому (так звані декади). Найбільше поширеним кодом у цих лічильниках є двійковий код з ваговими коефіцієнтами 8421. Знаходять також застосування на практиці лічильники з програмованим модулем рахування.

4. Дільники частоти слідування імпульсів.

Дільник частоти – це пристрій, який при надходженні на його вхід періодичної імпульсної послідовності формує на виході таку ж послідовність, але з частотою повторення імпульсів, яка у визначене число разів К_д менша, ніж частота повторення імпульсів вхідної послідовності.

Як було розглянуто раніше, двійкові лічильники можуть бути використані у якості дільників частоти слідування імпульсів на 2ⁿ. На практиці часто потрібні дільники частоти імпульсів на числа, що не дорівнюють 2ⁿ. Можливі різні варіанти побудови таких дільників. Наприклад, аналізуючи роботу кільцевого регістра, розглянутого раніше, можна помітити, що частота появи імпульсів на будь-якому з його виходів, порівняно з частотою вхідних імпульсів, зменшується в ціле число разів m, що дорівнює кількості замкнутих у кільце тригерів регістра (F_вих1 = F_вх / m). Це означає, що кільцевий регістр є дільником частоти імпульсів з коефіцієнтом ділення К_д = m.

Спосіб побудови дільників частоти у вигляді кільцевого регістра зручний тим, що можна легко отримати будь-який потрібний коефіцієнт ділення, але для великих значень К_д він є дуже неекономічним. Наприклад, для отримання К_д = 28 потрібен двадцятивосьмирозрядний кільцевий регістр, тобто 28 тригерів, з'єднаних у кільце.

Для зменшення числа тригерів можна використовувати схеми дільників частоти слідування імпульсів у вигляді послідовного (каскадного) з'єднання двох або більше кільцевих регістрів (за умови, що необхідний К_д не є простим числом і може бути поданий у вигляді К_д1*К_д2*… К_дn). Наприклад, дільник на 28 може бути реалізований у вигляді послідовного з'єднання двох дільників, один із яких має m₁ = 4 тригери (К_д1 = 4), інший має m₂ = 7 тригерів (К_д2 = 7). Загальний коефіцієнт ділення у цьому випадку К_д = К_д1 * К_д2 = 28, а число тригерів у схемі m = m₁ + m₂ = 11.

На практиці найбільш часто використовуються дільники, реалізовані на основі лічильників з ЛЗЗ. Необхідне число тригерів у них визначається як мінімальне n, що задовольняє нерівності 2ⁿ >= К_д (для отримання К_д = 28, наприклад, потрібно лише n = 5 тригерів). Очевидно, що лічильник в цьому випадку має 2ⁿ - К_д = L «надлишкових» станів, що не використовуються. Відповідно, їх необхідно виключити.

Для будь-якого К_д в загальному випадку можна запропонувати безліч реалізацій лічильника – в залежності від того, які стани виключаються. Всі вони можуть бути отримані одним з двох основних методів: модифікації міжрозрядних зв’язків або управління скиданням.

При використанні способу управління скиданням після встановлення в лічильнику числа К_д - 1 потрібно у наступному такті роботи забезпечити скидання лічильника у нульовий (вихідний) стан, після чого починається новий цикл функціонування. Забезпечення такого скидання і є основною функцією ЛЗЗ. Загальний вигляд схеми ЛЗЗ поданий на рис. 5. Вона містить в собі кон’юнктор з n входами, що формує сигнал скидання для тригерів всіх розрядів лічильника. На його входи подаються вихідні сигнали тригерів або їх інверсії – в залежності від значень розрядів К_д-1-го стану лічильника.

Рис. 5. Загальний вигляд схеми ЛЗЗ

Використання розглянутого способу дозволяє отримувати дуже прості схеми дільників частоти з можливістю зміни К_д. Але такі дільники мають суттєвий недолік – перед скиданням у них можливе короткочасне встановлення виключеного стану, що для деяких схем неприпустимо.

При побудові дільника частоти способом модифікації міжрозрядних зв’язків надлишкові стани виключаються безпосередньо з таблиці функціонування лічильника. У результаті отримують схему з нестандартними зв’язками між тригерами, що і пояснює назву методу. При синтезі схеми таким способом необхідно пам'ятати наступне. У лічильнику кожна комбінація станів тригерів визначає у деякій системі числення кількість імпульсів, що надійшли на вхід до даного моменту часу. У дільнику частоти послідовність станів може бути довільною, важливо лише забезпечити заданий коефіцієнт ділення К_д. Тому послідовність станів вибирають за умови забезпечення при заданому К_д найбільшої простоти міжтригерних зв'язків з метою більш економічної схемотехнічної реалізації дільника.

Приклад. необхідно синтезувати дільник частоти з К_д = 3 (лічильник із періодом 3). Число тригерів у такому лічильнику n = 2. При n = 2 число можливих станів лічильника дорівнює 4 (00, 01, 10, 11). Щоб одержати дільник, необхідно забезпечити перехід лічильника зі стану 10 відразу у вихідний стан 00, минаючи стан 11. Виключення стану 11 досягається введенням до схеми лічильника зворотного зв'язку, що з'єднує інверсний вихід тригера Т2 із входом J тригера Т1, як показано на рис. 6.

Початковий стан лічильника 00 забезпечується подачею сигналу «скидання» на вхід R схеми. На входи К обох тригерів постійно подається логічна одиниця. При подачі на вхід С першого вхідного імпульсу, другий тригер залишається у нульовому стані (K = 1, J = 0). Перший тригер переходить до стану 1, бо на його вхід J надходить з інверсного виходу другого тригера по колу зворотного зв'язку логічна 1 (J = K = 1).

При подачі на вхід С другого вхідного імпульсу обидва тригери змінюють свій стан на протилежний (J = K = 1). При надходженні на вхід С третього вхідного імпульсу, лічильник знаходиться у початковому стані 00 (тому що для обох тригерів K = 1, J = 0). Після цього робочий цикл лічильника повторюється.

Рис. 6. Дільник частоти слідування імпульсів з К_д =3 на JK-тригерах

Алгоритм функціонування такого дільника поданий таблицею станів (табл.1).

Дільники частоти слідування імпульсів застосовуються у схемах синхронізації та у синтезаторах частоти.

Таблиця 1.

Номер вхідного імпульсу	Стани тригерів
	Поточний		Наступний
	Q2	Q1	Q2	Q1
1	0	0	0	1
2	0	1	1	0
3	1	0	0	0
4	0	0	0	1
…	…	…	…	…

В И С Н О В О К

Лічильником називають послідовностний цифровий автомат, що забезпечує збереження кодового слова і виконання над ним операції рахування. Операція рахування полягає у зміні значення числа С у лічильнику на задану константу.

Лічильник, що реалізує мікрооперацію С:=С+1 називають додаючим, а той, що виконує мікрооперацію С:=С-1 - віднімаючим. Лічильник називають реверсивним, якщо він реалізує обидві названі операції рахування (додавання і віднімання).

Основним параметром лічильника є модуль рахунку КС, тобто максимальне число одиничних сигналів (імпульсів), що може бути полічене лічильником.

Лічильники застосовуються у пристроях фазової корекції, вимірювальних приладах цифрового типу, у перетворювачах циклів і інших вузлах засобів зв'язку.

Дільник частоти - це пристрій, який при надходженні на його вхід періодичної імпульсної послідовності формує на виході таку ж послідовність, але з частотою повторення імпульсів, яка у визначене число разів менша, ніж частота повторення імпульсів вхідної послідовності.

Найбільш часто використовують дільники, реалізовані на основі лічильників з логічними зворотними зв'язками. У військовій техніці зв'язку дільники частоти проходження імпульсів застосовують у синтезаторах частоти.