Счётчиком называется устройство, подсчитывающее число импульсов и представляющее собой устройство с одним двоичным входом и определенным числом внутренних состояний, отождествляемых с некоторым числовым кодом. Значение этого числового кода является одновременно выходным словом счётчика, представляющим результат счёта. Возможна более широкая трактовка счётчика как генератора числовых кодов (например, в программных устройствах, в том числе в ЭВМ).
В устройствах цифровой обработки информации счётчики широко применяют как самостоятельные изделия в качестве компонентов более сложных функциональных устройств: в счётных схемах, схемах образования и измерения временных интервалов, распределителях импульсов и др.
Чтобы отображать все символы числового кода, каждый разряд счетчика должен иметь столько состояний, сколько цифр в используемой системе счисления. Состояние каждого разряда при двоичной системе счисления должно отображаться логической единицей или логическим нулём на соответствующем выходе. Выходы счётчика обозначают 0, 1, …, т – 1 (по степени числа 2) или по весу разряда (1, 2, 4, 8,…,2m-1) (рис. 4.1). Символом счётчиков на схемах служат буквы СТ, которые могут дополняться числом, характеризующим коэффициент (модуль) счёта.
Если число входных импульсов превышает коэффициент счёта, то счётчик переполняется и затем возвращается в исходное положение. Таким образом, коэффициент счёта характеризует число импульсов, доступных счёту за один цикл. После каждого цикла счёта на последнем выходе возникает перепад напряжения, чем объясняется второе функциональное назначение счётчиков: деление числа входных импульсов. Счётчики можно снабжать специальными входами предварительной установки и выходами, указывающими возникновение ситуации переполнения.
Счётчики делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные. В суммирующем счётчике каждый очередной импульс на входе увеличивает значение кода на единицу, а в вычитающем счётчике уменьшает на единицу. Реверсивный счётчик может работать как суммирующий или как вычитающий счётчик в зависимости от управляющих сигналов, определяющих направление счёта.
Структура связей между разрядами зависит от способа передачи (переноса) информации между разрядами и используемых в счётчике триггеров, которые могут иметь прямые или инверсные, статические или динамические входы. Применяют два способа передачи информации: последовательный – от низшего разряда к высшему и параллельный – одновременно во всех разрядах.
С помощью каскадного соединения нескольких счётных триггеров (выход Q каждого предыдущего триггера подключен к тактовому входу последующего) легко получить «делитель на 2, 4, 8, 16», или двоичный счётчик. На рис. 4.2, а, б показана схема четырёхразрядного асинхронного счётчика и даны его временные диаграммы. Схема, показанная на рисунке, представляет собой счётчик-делитель на 16 (Ксч=24=16): на выходе последнего триггера формируются прямоугольные импульсы, следующие с частотой, равной частоты входных импульсов. Информация, присутствующая на четырёх выходах Q*, может рассматриваться как 4-разрядное двоичное число, которое изменяется от 0 до 15, увеличиваясь на единицу с каждым входным импульсом. Этот факт отражает временная диаграмма на рис. 4.2, б, на которой СЗР означает «старший значащий разряд», МЗР — «младший значащий разряд».
Так, например (см. рис.4.2,б), до прихода 1-го перепада состояние выходов счётчика равно 0000, в момент прихода 1-го перепада
состояние выходов счётчика меняется на 0001, в момент прихода 2-го перепада
состояние выходов счётчика меняется на 0010 и так далее до 15-го перепада, когда состояние выходов счётчика станет 1111. Следующий после 15-го перепада обнулит счётчик, т. е. состояние выходов станет 0000.
Счётчики повышенного уровня интеграции имеются в составе многих серий микросхем, оформленные как самостоятельные изделия. Многие из них обладают универсальными свойствами и позволяют решать большинство практических задач, связанных с применением счётчиков. На рис.4.3 приведён универсальный счётчик с возможностью суммирования и вычитания, а также с возможностью предварительной установки двоичного числа. Его универсальность обеспечивается за счет использования предварительной записи информации. Для этого каждый из четырех разрядов счётчика (Q1 Q2 Q3 Q4) имеет вход предварительной установки (входы D1 D2 D3 D4) (рис.4.3). Желаемое состояние записывается по сигналу ввода информации (вход V1).
Счётчики имеют выход переноса
и выход заёма
. Наличие входов установки и выходов переноса позволяет применять их в качестве программируемых счётчиков делителей, если сигнал с выхода переноса подать на вход разрешения записи.
У реверсивных счётчиков предусматриваются два счётных входа: «+1» и «–1». В режиме суммирования последовательность входных импульсов подается на счётный вход «+1», а сигнал переноса формируется на выходе
во время перехода из последнего состояния (1111) в нулевое. В режиме вычитания используется счётный вход «–1» и сигнал переноса формируется на выходе
при изменении состояния 0000.