Двоичные вычитающие асинхронные счетчики

Счетчики могут не только увеличивать свое значение на единицу при поступлении на счетный вход импульсов, но и уменьшать его. Такие счетчики получили название вычитающих счетчиков. Для реализации вычитающего счетчика достаточно чтобы T-триггер изменял свое состояние по переднему фронту входного сигнала.

Изменить рабочий фронт входного сигнала можно инвертированием этого сигнала. В схеме, приведенной на рис. 8.39, для реализации вычитающего счетчика сигнал на входы последующих триггеров подаются с инверсных выходов предыдущих триггеров. Для инвертирования сигнала на входе всей схемы применен отдельный инвертор.

Рис.8.39. Схема четырехразрядного двоичного вычитающего счетчика

Временные диаграммы сигналов на входе и выходах вычитающего счетчика приведены на рис. 8.40. Исходное состояние триггеров счетчика, как и в предыдущем случае, нулевое. По этим диаграммам видно, что при поступлении на вход счетчика первого же импульса на выходах появляется максимально возможное для четырехразрядного счетчика число 15₁₀.

Рис.8.40. Временные диаграммы четырехразрядного вычитающего счетчика

Это вызвано тем, что при поступлении переднего фронта тактового импульса первый триггер переходит в единичное состояние. В результате на его выходе тоже формируется передний фронт. Он поступает на вход второго триггера, что приводит к записи единицы и в этот триггер. Точно такая же ситуация складывается со всеми триггерами счетчика, то есть все триггеры перейдут в единичное состояние. Для четырехразрядного счетчика это и будет число 15₁₀. Запишем новое состояние вычитающего счетчика во вторую строку табл. 8.9.

Следующий тактовый импульс приведет к изменению состояния только первого триггера, так как при этом на его выходе сформируется задний фронт сигнала. Запишем это состояние в третью строку табл. 8.9. Обратите внимание, что при поступлении каждого последующего импульса содержимое счетчика, построенного по анализируемой схеме, уменьшается на единицу. Этот процесс продолжается до тех пор, пока состояние счетчика не станет вновь равно 0. При поступлении следующих тактовых импульсов процесс повторяется снова.

Все возможные состояния логических сигналов на выходах вычитающего счетчика, при поступлении на счетный вход схемы тактовых импульсов приведены в табл. 8.9. Табл. 8.9 фактически повторяет временные диаграммы, приведенные на рис. 8.35, однако она более наглядно показывает физику работы счетчика, т.к. мы при работе с числами привыкли иметь дело с цифрами, а не с напряжениями, тем более в зависимости от времени.

Таблица 8.9. Изменение уровней на выходе вычитающего счетчика при поступлении на его вход импульсов

номер входного импульса	Q3	Q2	Q1	Q0	Состояние счетчика

 

Для тех, кто привык работать с реально выпускаемыми микросхемами, следует обратить внимание, что в примере были использованы D-триггеры, работающие по заднему фронту. Микросхемы, выпускаемые промышленностью, например, 1533ТМ2 (два D-триггера в одном корпусе) работают по переднему фронту, поэтому схемы суммирующего и вычитающего счетчика, реализованные на этих микросхемах, поменяются местами.