Асинхронные двоичные счётчики

По способу организации внутренних связей между разрядами (цепи переноса или займа) асинхронные счётчики относят к счётчикам с последовательным переносом. На рис. 10.13 (а) показан трёхразрядный асинхронный двоичный суммирующий счётчик числа импульсов, поступающих на его вход (Вх.Т). Счётчик построен на асинхронных Т - триггерах T ₁, T ₂ и Т₃ с прямым динамическим входом Т.

Счётные импульсы поступают на Т - вход первого триггера Т₁, который переключается положительным фронтом каждого вход­ного импульса. Переключение второго триггера Т₂ осуществляется положительным фронтом сигнала ₀, формируемого на инверсном выходе триггера T ₁ во время формирования отрицательного фронта (среза) сигнала Q ₀ на его прямом выходе. Соответственно третий триггер Т₃ переключается по положительному фронту сигнала ₁ триггера Т₂.

Временные диаграммы рис. 10.13 (б) иллюстрируют изменение состояний на выходах Q ₀, Q ₁, Q ₂ триггеров счётчика Т₁,Т₂,Т₃ во вре­мя поступления счётных импульсов. Указанная смена состояний триг­геров счётчика рис. 10.13 отображает последовательно возрастающие двоичные числа. В таблице 10.9 переведена последовательность со­стояний выходов триггеров данного счётчика.

Таблица 10.9

 

 

№ импульса	Выходы			Число N
	Q0	Q1	Q2
0	0	0	0	0
1	0	0	1	1
2	0	1	0	2
3	0	1	1	3
4	1	0	0	4
5	1	0	1	5
6	1	1	0	6
7	1	1	1	7
8	0	0	0	0
9	0	0	1	1
10	0	1	0	2
11	0	1	1	3
12	1	0	0	4
13	1	0	1	5

40

 

 

Анализ таблицы 10.9 показыает, что последовательность состояний счётчика представляет собой возрастающую в пределах данного цикла по­следовательность двоичных чисел от {000} до {111}. В общем случае число N, записанное в счётчике, определяется соотношением

(10.30)

N = N_BX - mK

где N _вх - число импульсов, поступивших на вход счётчику m =(0,1,2,3,...); m - целое число счетных циклов; К -модуль счёта.

Асинхронные счётчики легко наращиваются до любой разрядности подключением к выходу последнего (старшего) разряда нужного числа триггеров. Вместе с тем, с ростам числа разрядов уменьшается быстродействие счётчиков данного типа,так как в них триггеры переключаются последовательно друг за другом. Кроме того, из-за неодновременного так­тирования триггеров счётчика на его выходах формируются кратковре­менно неалгоритмические кодовое комбинации особенно заметшее пра работе на высоких частотах.

Временные диаграммы рис.10.14, построенные с учётом задержек в переключении триггеров счётчика, иллюстрируют процесс формирования алгоритмических и неалгоритмических состояний асинхронного сумми­рующего счётчика. В частности, из рис. 10.14 видно, что при поступлении второго счётного импульса вместо кода {010} кратковременно формирует­ся неалгоритмический код {000}, после чего счётчик переключается в ал­горитмическое состояние {010}. Четвёртый счётный импульс переводит счетчик в реализуемые одно за другим неалгоритмические состояния {010} и {000} с последующим переходом в алгоритмическое состояние {100}.

Рис.10.14

 

42
    Описанное выше явление формирования неалгоритмических кодо­вых комбинаций на выходе счётчика представляет собой явление генера­ции сбоев в его работе, которое может быть устранено только переходом от асинхронной к синхронной организации работы счётчика. Последнее приобретает наиболее важное значение для счётчиков с большим числом разрядов, в которых задержка в формировании алгоритмических кодов асинхронного счётчика может быть сопоставимой с периодом поступле­ния импульсов на его счётный вход (Вх.Т).

Из временных диаграмм рис.10.13 (б) и рис.10.14 видна еще одна особенность динамики работы счётчика: его триггеры работают с разной частотой. Наиболее высокую частоту имеет первый триггер, а частота пе­реключения каждого последующего триггера вдвое меньше. Поэтому бы­стродействие первого триггера в известной мере определяет быстродейст­вие счётчика в целом.

Для приведения счётчика рис. 10.13(a) в начальное состояние исполь­зуется сигнал сброса R (Уст"0"), поступающий одновременно на все R -входы триггеров.

Как видно из рис.10.13(a) суммирующий асинхронный счётчик со­стоит из однотипных асинхронных двоичных суммирующих ячеек Т - ти­па, построенных, к примеру, на D - триггерах (см. рис.10.13.в). При этом работа суммирующей ячейки, запускаемой положительным фронтом, опи­сывается уравнениями:

Q (t +1)= Q (t) ·dT                         (10.31)

P_cdP_c = Q (t)· · dT                                   (10.32)

где Р_с - сигнал переноса суммирования; Т - сигнал на счётном входе ячейки.

В дифференциальной форме данное уравнение имеет вид:

dQ (t)= (t)· dT                                        (10.33)

Тогда с учётом (10.31) и (10.32) для функции переноса суммирования Р_с имеем:

Pc - dP_c = Q (t)· dQ (t) = (t)· d (t)                        (10.34)

 

 

43

Анализ соотношения (10.34) показывает, что в качестве сигнала переноса Р_с можно использовать положительный фронт сигнала на инверсном выходе   асинхронного Т - триггера. С учётом этого в схеме асинхронного двоичного суммирующего счётчика рис. 10.13(a) выполнено непосредственное соединение инверсного выхода  каждого предыдущего триггера со счётным входом последующего триггера _jв результате чего реализуется равенство

P_{cj -1} = Q_{j -1}                                      (10.35)

Для перехода от построения суммирующего счётчика к построении вычитающего счётчика достаточно в схеме переноса заменить инвертирующий выход   прямым выходом Q, то есть реализовать соотношение

P_{e j -1} = Q_{j -1}                                    (10.36)

где Р_{в j -1} - сигнал переноса (займа) вычитания (j -1) - го триггера вычитающего счётчика.

Из изложенного следует, что с помощью логических схем, управ­ляющих направлением передачи сигналов переноса, можно легко перехо­дить от схем суммирующих счётчиков к схемам вычитающих счётчиков или наоборот, заменяя в цепях переноса направление передачи сигналов с инверсного (прямого) выхода на их передачу с прямого (инверсного) вы­хода триггера соответственно. Указанные логические схемы включают между выходами Q и   одной счётной ячейки и счётным входом Т дру­гой счётной ячейки, в результате чего счётчик приобретает возможность работать как в режиме прямого, так и в режиме обратного счёта, то есть становится реверсивным асинхронньм двоичным счётчиком. При этом как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания приёмником сиг­налов переноса являются прямые (инверсные) динамические Т - входы триггеров реверсивного счётчика, и их источником (передатчиком) - ин­версные   (прямые Q ) выходы его триггеров в режиме прямого счёта и прямые Q (инверсные ) их выходы в режиме обратного счёта.

44