Специальные счетчики и делители

Особенность этих устройств состоит в том, что для выходного сигнала они имеют единственный вывод (хотя могут иметь и дополнительные выходы для каскадирования и т.п.). Основной функцией специальных счетчиков является выделение нужного числа импульсов из серии постоянной длины. Среди микросхем семейства ТТЛ в законченном виде выпускался только счетчик К155ИЕ8 (К импульсов из 64). В нем установка двоичного кода количества импульсов производится в режиме загрузки, имеются выходы и входы для каскадирования. Подробно функционирование ИЕ8 описано в /5/.

Делители предназначены для деления числа входных импульсов или частоты их следования на заданный коэффициент. Среди микросхем семейства ТТЛ в законченном виде выпускаются К555ПЦ1 (в 2^N раз, где N = 2…31) /6, 9/. В семействе КМОП есть программируемые делители на счетчиках Джонсона К561ИЕ19 и 564ИЕ19 с К_дел от 3 до 21327 /10/. Однако в большинстве случаев делители строят на основе двоичных счетчиков: полных или специальных.

Рассмотрим реализацию делителей на полных счетчиках. Коэффициент деления К_дел может иметь постоянное или переменное, т.­е. программируемое, значение. Делители с переменным К_дел управляются от внешних устройств, задающих коэффициент деления, а делителям с постоянным коэффициентам он задается путем соответствующей коммутации входов и выходов. Делители на полных счетчиках могут быть построены по различным схемотехническим вариантам, например, с предварительной установкой исходного состояния, от которого счет ведется (вверх или вниз) до переполнения счетчика, либо с установкой заданного конечного состояния, до которого, начиная с нулевого, ведется счет входных импульсов, после чего результат сбрасывается и начинается новый счетный цикл. Последняя схема может использоваться не только в делителях, но и в узлах счета импульсов по основанию К_дел, тогда как счетчик с предустановкой исходного состояния выдает в ходе счета коды, не соответствующие количеству поступивших импульсов, а, следовательно, для счета использоваться не может. В счетчиках с предустановкой исходного состояния результирующий сигнал снимается с выхода переполнения, а в счетчиках со сбросом – с выхода дешифратора (компаратора) состояний – дополнительной схемы, выявляющей граничное состояние счетчика. Некоторые микросхемы счетчиков имеют для выполнения функции начальной установки встроенные элементы И (например, К555ИЕ5), что позволяет строить делители со сбросом без дополнительных элементов только с помощью обратных связей /10/. Делители с переменным К_дел и установкой заданного конечного состояния включают в себя, помимо счетчика, компаратор кодов, на входы которого подают выходной код счетчика и опорный код А= К_дел, а выход подключают к R-входу счетчика. При достижении счетчиком состояния, код которого равен опорному, компаратор выдает сигнал, возвращающий счетчик в нулевое состояние. Следует отметить, что пребывание счетчика в заданном состоянии оказывается кратковременным (на временной диаграмме виден только так называемый "клык"), так что счетчик последовательно проходит состояния от 0 до К_дел–1 (всего К_дел состояний). Если схема используется в качестве счетчика импульсов по основанию К_дел, наличие "клыков" может быть недопустимым и в схему потребуется вводить дополнительные элементы. Рассмотрим функционирование счетчика К555ИЕ7 и различные схемы делителей, выполненные на его основе.

Микросхема ИЕ7

Микросхема представляет собой загружаемый синхронный четырехразрядный двоичный реверсивный счетчик с асинхронной установкой в 0. Его условное обозначение изображено на рис. 6.2, функциональная схема и временная диаграмма функционирования приведены в /6, 7, 9/. Структурно счетчик состоит из четырех соединенных каскадно схем тактируемых RS-триг­геров с комбинационной логикой на входах. Эта логика обеспечивает замыкание обратных связей, переводящее триггеры в счетный режим, параллельный перенос между разрядами, загрузку произвольного кода и установку триггеров в "0". При этом реализуется приоритет функции загрузки перед функцией счета, а функции начальной установки – перед ними обеими, так что одновременная подача нескольких управляющих воздействий ведет к выполнению наиболее приоритетной функции. Вход CU (count up, обозначается также С1 или "+1") предназначен для подачи подсчитываемых импульсов в режиме прямого счета, а вход CD (count down, C2, "-1") – в режиме обратного счета. Входы CU и CD являются динамическими, причем сигналы на этих входах воспринимаются схемой счетчика тогда, когда они изменяют свое состояние с "0" на "1". При прямом счете на входе CD должно быть напряжение лог.1, при обратном счете напряжение лог.1 должно быть на входе CU. Для записи в счетчик параллельного кода предназначены входы D0-D3, при этом на вход L (load) должен быть подан сигнал логического нуля (иногда этот вход обозначают V или C). Установка счетчика в нулевое состояние (сброс) осуществляется подачей лог.1 на вход R и отрабатывается независимо от значений сигналов на остальных входах. Выходы PU, PD (propagation carry up/down) предназначены для передачи сигнала переноса в соседнюю (старшую) микросхему. На выходе PU (обозначается также "≥15", P) сигнал лог.0 появляется только в том случае, когда все триггеры счетчика находятся в единичном состоянии и поступил очередной импульс на вход CU. На выходе PD ("≤0", B) сигнал лог.0 появляется в том случае, когда все триггеры счетчика находятся в нулевом состоянии и поступил очередной импульс на вход CD. При последовательном соединении нескольких микросхем К555ИЕ7 (то есть при увеличении разрядности счетчиков) выход РU предыдущей микросхемы соединяется со входом CU последующей, а выход РD предыдущей микросхемы со входом CD последующей.