Для двоичного счётчика, т.е. счётчика с Ксч=2m, зная номера триггеров и состояния выходов Q, можно определить записанное в счётчик двоичное число

M = Qm*2m-1 + Qm-1*2m-2 +... + Q1*20, где m – номер триггера.

Двоичный асинхронный счётчик может состоять из Т-триггеров, соединённых последовательно так, что выход последнего триггера соединён с тактовым входом последующего.

Рис.2.1 Двоичный асинхронный счётчик.

Асинхронным счётчик называют потому, что в тех случаях, когда с приходом очередного счётного импульса срабатывают сразу несколько триггеров, опрокидываются они не одновременно, а с некоторой задержкой относительно друг друга. Если, например, все четыре триггера в счётчике находятся в единице, то очередной входной импульс опрокинет первый триггер, изменение потенциала на выходе приведет к опрокидыванию второго триггера, затем опрокинется третий и уже после этого четвёртый. Это вызывает не только задержку в установлении соответствующего кода после прихода счётного импульса, но и появление коротких ложных импульсов. Так как переход 1111–0000 осуществляется через кратковременные промежуточные состояния 1110–1100–1000.

При поступлении счётных импульсов триггеры счётчика проходят состояния, состояния описываемые последовательно возрастающими двоичными числами:

Таблица 2.1

Состояние триггеров счетчика при поступлении счетных импульсов.

Как было показано выше, Т-триггер может быть образован из любых других триггеров по описанным правилам коммутаций, которые при изложении работы счётчиков будем опускать для упрощения анализа схемных решений.

Двоичный синхронный счётчик (с параллельным переносом)

В этих счётчиках счётные импульсы подаются одновременно на тактовые выходы всех триггеров счётчика, при этом схема построена так, что каждому импульсу соответствует срабатывание только определённых триггеров. Из-за этого обеспечивается большее быстродействие.

Рис.2.2 Двоичный синхронный счётчик.

В таких счётчиках используют JK - и D-триггеры, часто со встроенными логическими элементами.

В схемном отношении эти счётчики сложнее асинхронных счётчиков, так как требуют применения кроме триггеров и логических элементов.

Счётчики с недвоичным коэффициентом пересчёта

Введением дополнительных логических связей – обратных и прямых – двоичные счётчики могут быть обращены в недвоичные, для которых Ксч ¹ 2m.

Синтез счётчиков с заданным коэффициентом счёта сводится к нахождению логических функций, которым должны соответствовать сигналы, присутствующие на управляющих входах триггеров.

Синтез синхронного счётчика

Порядок синтеза рассмотрим на примере двоично-десятичного счётчика, работающего в коде 8-4-2-1.

Сначала синтезируют таблицу кодовых комбинаций соответствующих различным состояниям этого счётчика. Переход от одного состояния к другому осуществляется под воздействием счётных импульсов n, поступающих одновременно на тактовые входы всех четырёх триггеров.

К приходу очередного счётного импульса на управляющих входах триггеров должны существовать сигналы, обеспечивающие срабатывание только тех триггеров, которые должны изменить своё состояние при переходе к следующей кодовой комбинации.

Таким образом, для каждой кодовой группы, характеризующей состояние счётчика, необходимо найти сигналы на управляющих входах триггеров, обеспечивающих переход к следующей кодовой группе.

Пусть, этот счётчик требуется построить на JK-триггерах, которые работают так, что:

Если такой триггер должен перейти из нуля в единицу, то к приходу счётного импульса на тактовый вход нужно обеспечить J=1, сигнал на входе К не влияет при этом на поведение триггера и может быть либо 0, либо 1, т.е. К=Х;

Если триггер должен опрокинуться из единицы в ноль, следует к приходу счётного импульса установить К=1, J=Х (сигнал на входе J не влияет при этом на поведение триггера);

Если же требуется сохранить состояние триггера “единица”, то необходимо к приходу счётного импульса установить К=0, J=X;

Если триггер должен остаться в состоянии ноль, то нужно обеспечить J=0, K=X.

В таблице указывают значения сигналов, которые должны быть поданы на управляющие JK-входы триггеров, для того чтобы обеспечить переход от данного состояния счётчика к последующему.

Таблица 2.2

Кодовые комбинации

Из анализа кодовых комбинаций для первого триггера видно, что он работает в режиме простого деления на два. Такой режим работы обеспечивается при J1=1, K1=1.

Данные из таблицы переносят на карты Карно с тем, чтобы провести минимизацию функции, определяющей каждый из управляющих сигналов триггеров, и затем составит логическую цепь, реализующую полученную функцию.

В этих картах по шесть клеток не заполнены: эти клетки соответствуют неиспользованным кодовым комбинациям. Совокупность четырех триггеров может находиться в одном из шестнадцати состояний (24=16), из которых в счётчике используются десять.

Карты Карно для управляющих сигналов:

K2: J2:

Q2Q1 Q4Q3	00	01	11	10		Q2Q1 Q4Q3	00	01	11	10
00	X	X	1	0		00	0	1	X	X
01	X	X	1	0		01	0	1	X	X
11						11
10	X	X				10	0	1

K2 = Q1 J2 = Q1 4

K3: J3:

Q2Q1 Q4Q3	00	01	11	10		Q2Q1 Q4Q3	00	01	11	10
00	X	X	X	0		00	0	0	1	0
01	0	0	1	0		01	X	X	X	X
11						11
10	X	X				10	0	0

K3 = Q1Q2 J3 = Q1Q2

K4: J4:

Q2Q1 Q4Q3	00	01	11	10		Q2Q1 Q4Q3	00	01	11	10
00	X	X	X	0		00	0	0	0	0
01	X	X	X	X		01	0	0	1	0
11						11
10	0	0				10	0	0

K4 = 0 J4 = Q1Q2Q3

Рис 2.3 Карты Карно для управляющих сигналов.

Часть клеток 1 таблице заполнена символом Х, что означает, что минимизируемая функция может при данном наборе аргументов Q1–Q4, принимать любое значение – 0 или 1. Определённые значения функции в таблице заменены 0 или 1.

Особенностью минимизации логических функций, значение которых при определённых наборах аргументов не играет роли (не заполненные клетки и клетки с символом Х), является то, что при проведении в картах контуров, охватывающих единицы, можно включать в эти контуры также и клетки, в которых функция не определена.

Рис.2.4 Функциональная схема двоично-десятичного счётчика.

Для указанных в таблице контуров:

K2 = Q1J2 = Q1 4

K3 = Q1Q2J3 = Q1Q2

K4 = 0J4 = Q1Q2Q3

Функциональная схема счётчика синтезируется в соответствии с полученными логическими функциями.

Аналогичным образом проводят синтез счётчиков на других типах триггеров тактируемых фронтом импульса и с другими коэффициентами пересчёта. Различие будет заключаться в сигналах, обеспечивающих нужные переходы или сохранение состояний триггеров.