Недвоичные счётчики с предварительной записью

В счётчиках с обратной связью исключаются последние состояния двоичного счётчика. Можно поступить по-другому. Начать с последнего состояния счётчика и, воспользовавшись вычитающим счётчиком, определять нулевое состояние счётчика. Это состояние очень просто можно определить при помощи логического элемента "И". В данной схеме начинать счёт необходимо с числа, которое будет определять коэффициент деления делителя, построенного на таком счётчике.

При построении счётчика по таким принципам необходимо иметь возможность предварительной записи в счётчик. То есть счётчик при предварительной записи должен вести себя как параллельный регистр. Опять нам требуется, как и при построении универсального регистра, коммутатор логических сигналов.

Напомню, что в качестве коммутатора вполне успешно используется логический элемент “2И-2ИЛИ”. Главное обеспечить подачу на элементы “И” противофазных сигналов. Это условие нам обеспечит инвертор.

Одна из схем счётчика, с возможностью параллельной записи двоичных кодов во внутренние триггеры счётчика, приведена на рисунке 1. В этой схеме вход C предназначен для подачи тактовых импульсов. Его ещё называют "-1", так как при подаче на этот вход импульсов, содержимое счётчика уменьшается на единицу. Входы D0 ... D3 предназначены для записи произвольного двоичного числа в счётчик. Запись производится по сигналу, подаваемому на вход параллельной записи PE.

Рисунок 1. Схема счётчика с возможностью параллельной записи

На первый взгляд схема достаточно сложна. Однако если приглядеться, то она состоит из одинаковых узлов. Информационные входы D триггеров могут быть подключены либо к входу параллельной записи, либо к инверсному выходу триггера. Так как в схеме применено четыре триггера, то для коммутации входов требуется четыре мультиплексора.

Точно так же переключаются источники сигналов и на тактовых входах триггеров. Входы триггеров либо подключены к выходу предыдущего триггера, либо к цепи синхронизации. Условно-графическое обозначение двоичного счётчика с возможностью параллельной записи приведено на рисунке 2.

Рисунок 2. Условно-графическое обозначение счётчика с возможностью параллельной записи

Синхронные счётчики

В рассмотренных схемах делителей частоты быстродействие всей схемы определяется временем распространения сигнала от входа до выхода самого старшего разряда. При этом получается, что чем больше требуемый коэффициент деления, тем больше двоичных разрядов счётчика требуется для реализации этого делителя. Тем большее время требуется для распространения сигнала от входа синхронизации счётчика, до его выхода, и тем меньше будет предельная частота, которую можно подавать на вход этого делителя.

Можно ли обойти такую неприятную особенность недвоичных счётчиков? Да можно! Нужно, чтобы счётчик подготавливал своё новое состояние в промежутках между тактовыми импульсами и только записывал его по приходу нового импульса.

Первая схема, которую мы рассмотрим — это схема кольцевого счётчика. Такой счётчик можно построить на основе сдвигового регистра. Схема кольцевого счётчика приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема кольцевого счетчика

Рассмотрим работу этой схемы. Пусть первоначально в счетчике записано число 00₂. После первого же тактового импульса состояние счётчика станет равным 10₂, после второго - 11₂. Временные диаграммы этой схемы приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Временные диаграммы кольцевого счётчика

В результате анализа временных диаграмм можно определить, что коэффициент деления схемы кольцевого счётчика будет равен:

К_д = 2×n.

В качестве преимущества схемы кольцевого счётчика можно отметить то, что её быстродействие зависит только от времени задержки одного триггера. Это означает, что на кольцевых счётчиках можно реализовывать самые быстродействующие делители частоты.