Двоичные асинхронные счетчики

Простейший вид счетчика — двоичный может быть построен на основе T‑триггера. Для реализации T-триггера в двоичном счетчике воспользуемся универсальным D‑триггером с обратной связью, как это показано на рис. 8.35.

Рис.8.35. Реализация счетного T-триггера на универсальном D-триггере

Так как эта схема, как мы уже рассматривали ранее, при поступлении на вход импульсов меняет свое состояние на противоположное, то ее можно рассматривать как счетчик, считающий до двух.

Обычно требуется подсчитать большее количество импульсов. В этом случае можно использовать выходной сигнал первого счетного триггера как входной сигнал для следующего триггера, то есть соединить простейшие двоичные счетчики последовательно. Так можно построить любой счетчик, считающий до максимального числа, кратного степени два.

Схема счетчика, позволяющего посчитать любое количество импульсов, меньшее шестнадцати, приведена на рис. 8.36. Количество поступивших на вход импульсов можно узнать, подключившись к выходам счетчика Q0 … Q3. Это число будет представлено в двоичном коде.

Рис.8.36. Схема четырехразрядного счетчика, построенного на универсальных D-триггерах

Для иллюстрации работы двоичного счетчика, воспользуемся временными диаграммами сигналов на входе и выходах этой схемы, приведенными на рис. 8.37.

Рис.8.37. Временная диаграмма четырехразрядного счетчика

Пусть первоначальное состояние всех триггеров счетчика будет нулевым. Это состояние видно в начальной области временных диаграмм. Запишем его в нулевую строку табл. 8.8. После поступления на вход счетчика тактового импульса (который воспринимается по заднему фронту) первый триггер изменяет свое состояние на противоположное, то есть теперь в этом триггере записана единица.

Запишем новое состояние выходов счетчика во вторую строку той же самой таблицы. Так как по приходу первого импульса изменилось состояние первого триггера, то этот триггер содержит младший разряд двоичного числа (единицы). В таблице поставим его значение на самом правом месте, как это принято при записи любых многоразрядных чисел. Здесь мы впервые сталкиваемся с противоречием правил записи чисел и правил распространения сигналов на принципиальных схемах.

Подадим на вход счетчика еще один тактовый импульс. Значение первого триггера снова изменится на прямо противоположное. На этот раз на выходе первого триггера, а значит и на входе второго триггера сформируется задний фронт. Это означает, что второй триггер тоже изменит свое состояние на противоположное. Это отчетливо видно на временных диаграммах, приведенных на рис. 8.32. Запишем новое состояние выходов счетчика в третью строку табл. 8.8. В этой строке таблицы образовалось двоичное число 2. Оно совпадает с номером входного импульса.

Продолжая анализировать временную диаграмму, можно определить, что на выходах приведенной схемы счетчика последовательно появляются цифры от 0 до 15. Эти цифры записаны в двоичном виде. При поступлении на счетный вход счетчика очередного импульса, содержимое его триггеров увеличивается на 1. Поэтому такие счетчики получили название суммирующих двоичных счетчиков.

Таблица 8.8. Изменение уровней на выходе суммирующего двоичного счетчика при поступлении на его вход импульсов

номер входного импульса	Q3	Q2	Q1	Q0

 

Условно-графическое обозначение суммирующего двоичного счетчика на принципиальных схемах приведено на рис. 8.38. В двоичных счетчиках для обнуления микросхемы обычно предусматривают вход R, который позволяет записать во все триггеры счетчика нулевое значение. Это состояние называют исходным состоянием счетчика.

Рис.8.38. Четырехразрядный двоичный счетчик

Промышленностью выпускаются микросхемы асинхронных двоичных счетчиков. Классическим примером такого счетчика является микросхема 555ИЕ5. Подобные схемы существуют и внутри САПР программируемых логических интегральных схем.