Короткі теоретичні відомості

Лічильником називають послідовний цифровий пристрій, який призначений для підрахунку імпульсів, що поступають на його вхід. Лічильники застосовуються в схемах управління для підрахунку кількості циклів роботи ЕОМ і для організації визначеної послідовності виконуючих операцій.

В залежності від систем числення, які використовуються в лічильниках вони можуть бути двійковими, десятковими, шістнадцятковими та ін. Найбільш розповсюджені двійкові лічильники. Лічильники виконуються на різних запам'ятовуючих елементах.

Найбільше розповсюдження в обчислювальних машинах отримали лічильники, які побудовані на тригерах так, як тригер являється найпростішим лічильником імпульсів по модулю (). Ряд послідовно з'єднаних тригерів представляє собою багаторозрядний двійковий лічильник. В залежності від функціональної схеми тригера лічильник має різне виконання. Найбільш розповсюдженими являються лічильники побудовані на тригерах з рахунковим входом.

В залежності від способу реалізації рахунку лічильники поділяються на додавальні (прямої лічби), віднімаючі (зворотної лічби) і реверсивні.

У додавальному лічильнику код при надходженні кожного вхідного сигналу збільшується на одиницю, а в віднімаючих - навпаки. В реверсивному лічильнику рахунок може здійснюватись, як в режимі додавання так і в режимі віднімання.

Особливу групу складають лічильники, які працюють по принципу циклічного регістра зсуву (кільцевого лічильника). По способу побудови ланцюга сигналів переносу розрізняють лічильники з послідовним, наскрізним та груповим переносом. Основними характеристиками лічильників являються: модуль рахунку, або коефіцієнт перерахунку і швидкодія.

Модуль рахунку характеризує число стійких станів лічильника, тобто максимальне число вхідних сигналів, які можуть бути пораховані лічильником. Наприклад при лічильник буде мати стійких станів. При цьому кожний 16-й вхідний сигнал встановлює лічильник в початковий стан.

Швидкодія лічильника характеризується частотою рахунку і часом установки лічильника . Чим більша гранична частота підрахунку сигналів тим більша швидкодія лічильника.

Додавальні двійкові лічильники. В додавальному двійковому - розрядному лічильнику, який складається із тригерів, реалізується рахункова послідовність чисел. Ця послідовність начинається з 0. Наступне число в цій послідовності отримується прибавленням одиниці до попереднього числа. Після того, як послідовність підходів до максимального числа , вона знов проходить через 0 і повторюється. В лічильнику з тригерами число можливих станів рівне , модуль рахунку також рівний . Кожному стану лічильника відповідає число в рахунковій послідовності від 0 до . Розглянемо будову двійкового трирозрядного додавального лічильника. В такому лічильнику можливо реалізувати рахункову послідовність від 0 до . Послідовність чисел може бути задана сукупністю 3-розрядних двійкових чисел : 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111.

Поставимо в відповідності кожному розряду числа вихід тригера . В 3-розрядному лічильнику з виходами буде реалізуватись рахункова послідовність від 0 до 7. Лічильник може бути реалізований з використанням двохступінчатих тригерах з рахунковим входом. Схема двійкового трирозрядного сумуючого лічильника представлена на рис.13.1.

Рис.13.1. Схема двійкового трирозрядного додавального лічильника

В цій схемі вихідний стан лічильника встановлюється подачею сигналу по шині «Вст.0». Тригери змінюють свій стан з закінченням вхідного сигналу, тобто після переходу від рівня 1 до 0. Вхідний сигнал по шині подається на рахунковий вхід тригера 1. Робота лічильника може бути описана за допомогою часової діаграми рис.13.2.

До початку приходу першого сигналу лічильник находиться в нульовому стані. Цей відповідає наявності рівня 0 на виходах З надходженням по шині вхідних сигналів на рахунковий вхід першого тригера розпочинається робота лічильника. З приходом сигнала тригер 1 переходить в стан 1 і на його виході встановлюється рівень

Рис.13.2. Часова діаграма двійкового трирозрядного

додавального лічильника

Оскільки на рахункових входах тригерів 2 і 3 не відбувається зміни рівня з 1 на 0, ці тригери зберігають стан З приходом другого сигналу тригер 1 переходить в стан 0. В момент зміни рівня на його виході з на рівень тригер 2 переходить в стан 1 і на його виході встановлюється рівень

Стан тригера 3 залишається незмінним. Тригер 3 перейде в стан 1 лише при надходженні на рахунковий вхід тригера 1 четвертого по рахунку сигналу. При цьому тригер 1 перейде із стану 1 в стан 0. Перехід від стану 1 до стану 0 визве зміну рівнів від 1 до 0 на рахунковому вході 2. В результаті тригер 2 також перейде із стану 1 в стан. Такий перехід призведе до зміни рівня від 1 до 0 на рахунковому вході 3.

В результаті на виході тригера 3 встановлюється рівень 1. При цьому на виходах і тригерів 1 і 2 будуть рівні 0. Відповідно в лічильнику буде зафіксовано число 4 в двійковому представленні. Це відповідає фіксації моменту надходження четвертого сигналу.

До моменту приходу восьмого по рахунку сигналу на виходах тригерів буде встановлюватись рівень 1.

Надходження восьмого сигналу на рахунковий вхід тригера 1 визве зміну його стану з 1 на 0. В свою чергу, зміна стану тригера 1 викличе зміну стану тригера 2, а зміна стану тригера 2 призводить до зміни стану тригера 3. В результаті всі тригери лічильника перейдуть в стан 0. Лічильник буде підготовлений до рахунку нової послідовності із восьми сигналів.

У віднімальних лічильниках з приходом чергового рахункового сигналу попередній результат зменшується на одиницю, тобто - розрядному лічильнику реалізується рахункова послідовність чисел, начинаючи з і закінчуючи 0 (рис. 13.3).

Рис.13.3. Схема віднімального лічильника з послідовною

передачею переносів

Чергове число в цій послідовності отримують відніманням одиниці із попереднього числа. Після отримання значення 0 послідовність повторюється. Порядок зміни стану віднімального лічильника може бути описаний табл.13.1.

Таблиця 13.1