§ 14.4. СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ
Электронные счетчики импульсов широко применяются в различных областях техники: в ЦВМ, в качестве счетчиков эле ментарных частиц, для подсчета больших партий мелких изде лий в различных областях промышленности и т. д. Счет обыч но производится в двоичной или десятичной системе счисления. В любой позиционной системе счисления после того, как в ре зультате счета наполняется один разряд, происходит перенос единицы в следующий высший разряд. При этом низший раз ряд опорожняется и счет продолжается.
Счетчики импульсов состоят из делителей частоты. Каж дый разряд представляет собой делитель с коэффициентом де ления /г, равным основанию системы счисления (рис. 14.16). Такие делители называют пересчетными ячейками.
Третий |
ß m o p o u |
П е р е с п и |
И р л е Ь о и |
р а з р я д |
р а з р я д |
р а з р я д |
р а з р я д |
// |
{ / |
// |
// и |
/ / к |
/я* |
/ и * |
/Я к |
|
|
Рис. 14.1C |
|
При построении счетчиков необходимо учитывать следую щие требования:
1. Период повторения подсчитываемых импульсов может изменяться. Часто эти импульсы вообще не являются периоди ческими. Кроме того, после подсчета счетчик должен в течение некоторого времени сохранять информацию. Поэтому в каче стве делителей частоты, как правило, используются триггеры, так как коэффициент деления триггера не зависит от частоты повторения импульсов и он обладает устойчивыми состояния ми равновесия.
2. В счетчиках каждое устойчивое состояние нересчетной ячейки соответствует определенному числу. Поэтому перед на чалом отсчета специальным импульсом счетчик должен уста навливаться в положение, которое соответствует начальному значению числа,
Регистрация результатов счета осуществляется обычно ин дикаторными устройствами на неоновых лампах, тиратронах с холодным катодом, электроннолучевых трубках и т. д.
Счетчики подразделяют на суммирующие, вычитающие и реверсивные. Будем рассматривать счетчики на транзистор ных триггерах, которые являются наиболее распространенны ми и перспективными.
Симмиртоише счетчики
Принципиальная схема двоичного счетчика показана на рис. 14.17,а. В триггерах применен управляемый счетный за пуск. В качестве индикатора состояний применена неоновая лампочка. Правый триггер составляет нулевой разряд двоич
ной системы (2 °), |
следующий триггер — первый |
разряд (2 1) |
и т. д. Условимся |
считать состояние равновесия: |
транзистор |
77 открыт, Т2 заперт — записью «О»; противоположное состоя ние — записью «1». Функциональная схема счетчика изобра жена на рис. 14.17, б.
Перед началом счета на вход правых транзисторов всех триггеров одновременно подается положительный импульс установки нуля, который запирает эти транзисторы и переводит все триггеры в положение «О». Первый входной импульс пере брасывает триггер нулевого разряда в состояние «1». При этом на выходе этого триггера образуется отрицательный пе
репад, который не вызывает опрокидывания триггера первого разряда. Таким образом, в счетчике оказалось записанным число 001. При подаче второго импульса триггер нулевого раз ряда перебрасывается в положение «0». При этом на выходе этого триггера образуется положительный перепад, который опрокидывает триггер первого разряда в положение «1 ».
В счетчике записано в двоичном коде число «2» (010). Мак симальное число, которое может быть записано в двоичном счетчике из m триггеров, равно 2 m — 1 .
Индикация осуществляется при помощи неоновой лампоч ки. Когда транзистор, к коллектору которого подсоединена лампочка, открыт, напряжение на лампочке равно Е и лампоч ка не светится. Когда транзистор запирается, напряжение на лампочке увеличивается (становится равным Е + Е к) и она зажигается. Таким образом, светящаяся лампочка свидетель ствует о том, что в данном разряде записана единица.
Работа схемы иллюстрируется следующей таблицей.
Триггер |
|
Триггер |
Триггер |
|
|
|
Число |
пторого |
|
первого |
пулевого |
|
|
|
|
разряди |
|
разряда |
разряда |
|
двоичная |
десятичная |
77 |
Т2 |
77 |
Т2 |
77 |
Т2 |
система |
система |
|
|
|
|
О |
3 |
О |
3 |
о |
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
О |
3 |
О |
3 |
3 |
о |
0 |
0 |
1 |
1 |
О |
3 |
3 |
о |
о |
3 |
0 |
1 |
0 |
2 |
О |
3 |
3 |
о |
3 |
о |
0 |
1 |
1 |
3 |
3 |
о |
О |
3 |
о |
3 |
1 |
0 |
0 |
4 |
3 |
о |
О |
3 |
3 |
о |
1 |
0 |
1 |
5 |
3 |
о |
3 |
о |
о |
3 |
1 |
1 |
0 |
6 |
3 |
о |
3 |
о |
3 |
о |
1 |
1 |
1 |
7 |
П р и м е ч а н и е . |
В таблице |
приняты следующие |
обозначения: 3 — |
транзистор закрыт; О — транзистор открыв
Существенным недостатком рассмотренного счетчика явля ется малое быстродействие, так как при последовательной пе редаче единицы суммируется задержка в каждом триггере и общая задержка в установке состояния счетчика оказывается значительной (особенно в счетчиках с большим числом разря дов). Значительное увеличение быстродействия может быть получено при применении счетчиков с параллельной переда чей единиц.
Идея построения такого счетчика основана на свойстве сложения чисел в двоичной системе; при прибавлении едини цы первый нуль в низшем разряде заменяется единицей, а все
/ |
1010111 |
+ |
1 ч |
единицы до него — нулями (например, |
1()|[()0ц ). |
Схема Счетчика с параллельным переносом единиц изобра жена на рис. 14.18. Входные импульсы, подлежащие счету, по даются одновременно на все триггеры через элементы совпаде ния И.
Разрешающие потенциалы подаются на элементы И с от крытых транзисторов. Предположим, что в рассматриваемом счетчике записано число 1 0 1 1 и соответственно открыты эле менты И, подключенные к выходам триггеров нулевого и пер вого разрядов, и заперт элемент И, подключенный к выходу триггера второго разряда. Входной импульс проходит через открытые элементы И и вызывает одновременное опрокидыва-
fine триггеров нулевого, первого и второго разрядов и не вызы вает опрокидывания триггера третьего разряда. Новое состоя-
7 р * т и и |
В т о р о й |
П е р ё ш и |
H y/te ß o o |
р а з р я д . |
р а з р я д |
р а з р я д |
р а з р я д |
Рис. |
14.18 |
ние счетчика, таким образом, |
соответствует числу 1 1 0 0 , что |
соответствует прибавлению единицы
(1011 + 1 = 1100).
В схеме с параллельным перевесом быстродействие опреде ляется практически быстродействием одного триггера. Недо статком такого счетчика является наличие дополнительных элементов И.
Вычитающие счетчики
В вычитающих счетчиках происходит вычитание числа им пульсов из числа, записанного в счетчике. Вычитающий счет чик получается из суммирующего (см. рис. 14.17), если им пульс на следующий разряд подавать не с левого, а с правого транзистора, а перед началом счета устанавливать не нули, а единицы во всех разрядах.
На рис. 14.19 изображена схема вычитающего 4-разрядного счетчика. Начальным импульсом в счетчике устанавливается двоичное число Н И . При подаче первого импульса происходит опрокидывание триггера нулевого разряда. На выходе этого триггера образуется отрицательный перепад, который не вы зывает опрокидывания триггера первого разряда. Таким обра зом, в счетчике устанавливается двоичное число 1 1 1 0 , что соот ветствует вычитанию единицы из начального двоичного числа
1 1 1 1.
