Синхронные двоичные счетчики

Как мы уже упоминалось ранее, основным недостатком делителей, построенных на кольцевых счетчиках, является малый коэффициент деления. Двоичные счетчики в этом смысле более эффективны. Попробуем разработать синхронный счетчик, работающий по двоичному закону. Для этого обратим внимание, что переключение следующего разряда счетчика происходит только тогда, когда состояние всех предыдущих его разрядов равно единицам. Это состояние может быть легко определено при помощи логического элемента "И". Принципиальная схема одного из вариантов реализации четырехразрядного синхронного двоичного счетчика приведена на рис. 8.52.

Рис. 8.52. Принципиальная схема четырехразрядного синхронного двоичного счетчика

В этой схеме счетные триггеры реализованы на основе JK‑триггеров. В ней все триггеры переключаются одновременно, так как входной тактовый сигнал счетчика подается на вход синхронизации сразу всех триггеров. Разрешение переключения счетного триггера формируется схемами "И", включенными между триггерами.

При использовании нескольких микросхем для формирования переноса, предназначенного для последующих разрядов двоичного счетчика, в приведенной схеме синхронного счетчика формируется сигнал TC. В следующих микросхемах этот сигнал подается на входы CEP или CET. Переключение триггеров в схеме возможно только при подаче на оба этих входа логической единицы.

В качестве примера условно-графического обозначения синхронного двоичного счетчика приведем обозначение микросхемы К1533ИЕ10.

Рис. 8.53. Условно-графическое обозначение синхронного счетчика с возможностью параллельной записи

Рассмотрим в качестве примера реализацию 32-х разрядного двоичного счетчика. Для этого используем четыре микросхемы К1533ИЕ10. Получившаяся принципиальная схема синхронного 32-х разрядного двоичного счетчика приведена на рис. 8.54. При необходимости этот счетчик может быть легко превращен в любой недвоичный счетчик, как при помощи обратных связей, так и используя предварительную запись исходного состояния счетчика.

Рис. 8.54. Принципиальная схема 32-х разрядного синхронного двоичного счетчика

Будет ли счетчик находиться в режиме счета или в режиме параллельной записи определяется потенциалом на входах микросхем PE. При нулевом потенциале на этом входе PE производится запись информации с входов данных D во внутренние триггеры счетчиков. Именно поэтому на входы PE всех микросхем подан высокий потенциал (они подключены к источнику питания).

В схеме, приведенной на рис. 8.54, не используются входы параллельной записи, однако мы знаем, что входы цифровых микросхем нельзя "бросать"в воздухе, поэтому их следует присоединить либо к источнику питания, либо к общему проводу схемы. В данной схеме эти входы присоединены к источнику питания. Так как в принципиальной схеме, приведенной на рис. 8.54, применены микросхемы синхронных счетчиков, то все входы синхронизации должны быть соединены параллельно. Только в этом случае запись нового состояния счетчика во внутренние триггеры будет производиться одновременно.

Микросхема младших разрядов двоичного счетчика D1 должна работать всегда, пока на ее вход синхронизации поступают тактовые импульсы, поэтому входы разрешения счета CEP и CET в этой микросхеме присоединены к источнику питания.

Следующая микросхема D2 должна переключиться только тогда, когда во всех триггерах микросхемы D1 будет записана логическая единица. Для этого вход разрешения счета CEP соединен с выходом TC микросхемы младших разрядов D1. Второй вход разрешения счета остается подключенным к питанию схемы.

Следующая микросхема D3 подключается так же. Однако если не принять дополнительных мер, то время распространения сигнала разрешения счета при увеличении количества микросхем, использованных в счетчике, будет увеличиваться пропорционально количеству микросхем. Для того чтобы избежать этой ситуации, в схеме использован вспомогательный вход разрешения счета CEP. Сигнал с выхода TC микросхемы D1 подается на входы CEP всех последующих разрядов.

 

Глава 9. Индикаторы

Индикаторы предназначены для отображения различных видов информации для человека. Простейший вид информации — это двоичная информация. Например: исправен предохранитель или вышел из строя, включено питание или нет, задействован режим передачи или нет.

Особым видом двоичной информации можно считать пиктограммы, то есть небольшие картинки. Примером таких картинок можно назвать батарейку или антенну, вертикальные линии, отображающие уровень заряда этой батарейки или уровень принимаемого сигнала, колокольчик, будильник или замочек. Пример изображения пиктограмм приведен на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Пример пиктограмм

Часто требуется отображать информацию в десятичном коде. В этом случае используется десятиразрядный бинарный код. Каждому разряду ставится в соответствие изображение символа десятичной цифры. В этом смысле десятичный код практически не отличается от пиктограммы. Пример десятичного индикатора приведен на рис. 9.2. В каждый момент времени может отображаться только один символ.

Рис. 9.2. Пример десятичного индикатора

С целью экономии количества разрядов и упрощения конструкции индикаторов для отображения цифровой информации были разработаны семисегментные индикаторы. В них данные отображаются при помощи семи сегментов. Изображение такого индикатора приведено на рис. 9.3.

Рис. 9.3. Изображение семисегментного индикатора

Использование семисегментных индикаторов позволяет сформировать все десятичные цифры и часть букв алфавита, однако такие индикаторы отображают не все символы. Для отображения всех букв алфавита в настоящее время используются матричные индикаторы. Наиболее распространены матричные индикаторы 5´7. Пример изображения на таком индикаторе буквы S приведен на рис. 9.4.

Рис. 9.4. Пример изображения буквы S на матричном индикаторе

Для отображения перечисленных видов информации можно воспользоваться различными индикаторами, такими как малогабаритные лампочки накаливания, газоразрядные индикаторные лампы, жидкокристаллические или светодиодные индикаторы. Рассмотрим подробнее преимущества и недостатки каждого из этих видов индикаторов.