Счетчики. 
Автоматизированные системы управления технологическими процессами на тэс

Счетчики предназначены для регистрации (счета) поступивших на их входы импульсов. Простейшими счетчиками являются триггеры, работающие в счетном режиме, но они могут считать только до 2. Если соединить соответствующим образом несколько триггеров, то можно получить многоразрядные счетчики.

Важнейшей характеристикой счетчика является его коэффициент пересчета, который называют емкостью счетчика. Например, пробег автомобиля определяется счетчиком его спидометра. Емкость счетчика спидометра составляет 100 000. После появления цифры 99 999, следующий пройденный километр пробега переводит счетчик в состояние 00 000. Рассмотренный счетчик является суммирующим (накапливающим). Существуют и вычитающие счетчики, например, при старте ракеты идет отсчет: 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, старт (0). Существуют также счетчики, которые могут считать в двух направлениях. Их называют реверсивными. Подразделяют счетчики на асинхронные и синхронные.

В асинхронных счетчиках входные импульсы подаются только на вход триггера младшего разряда. Управляющим сигналом для следующего триггера служит потенциальный уровень информационного выхода предыдущего триггера. Триггеры асинхронного счетчика переключаются последовательно.

В синхронных счетчиках входные импульсы подаются одновременно на все триггеры счетчика. Каждый триггер имеет цепь для считывания состояния счетчика. При подаче входного сигнала переключаются только те триггеры, которым предшествуют триггеры с состоянием 1 (т. е. триггеры переключаются тогда, когда приходит входной импульс и триггер более младшего разряда находится в состоянии 1). Переключение происходит практически одновременно. В простейшем случае между триггерами счетчика производится последовательный перенос информационного состояния. Для ускорения переноса и установления состояния счетчика вводят дополнительные цепи для последовательного, параллельного и других видов переноса.

На рис. 3.57 представлена схема четырехразрядного суммирующего счетчика, составленного из D-триггеров, и временная диаграмма его работы. Для того чтобы D-триггер работал в счетном режиме, необходимо соединить накоротко его D-вход с Q -выходом. Это двоичный счетчик с коэффициентом пересчета К = 2⁴ = 16.

Содержание счетчика изменяется в зависимости от числа входных импульсов (табл. 3.14).

Рис. 3.57. Четырехразрядный суммирующий двоичный счетчик

Схема вычитающего трехразрядного счетчика на D-триггерах приведена на рис. 3.58.

Рис. 3.58. Трехразрядный вычитающий двоичный счетчик

Таблица работы вычитающего трехразрядного счетчика на D-триггерах и диаграмма его работы:

На рис. 3.59 представлена схема реверсивного асинхронного счетчика на Ж-триггсрах. Для работы Ж-триггера в счетном режиме необходимо на входы J и К подать 1. В схеме введено дополнительное управление направлением счета. Если сигнал V имеет низкий уровень, то счет производится в прямом направлении. Элементы между выходами одного триггера и входами следующего осуществляют логическую функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Временная диаграмма работы счетчика приведена на рис. 3.60.

От состояния 000 счетчик начинает счет в прямом направлении и после шестого входного импульса имеет состояние 110. Между шестым и седьмым входными импульсами изменяется состояние управляющего сигнала И, и с этого момента времени разрешается работа нижних (на схеме рис. 3.59) элементов И. Счетчик начинает счет в обратном направлении, и его содержание начинает уменьшаться: 101, 100, 011 ит. д.

Рис. 3.59. Реверсивный асинхронный счетчик

Счетчики могут использоваться в качестве делителей частоты.

Рис. 3.60. Временная диаграмма реверсивного асинхронного счетчика

Если частота следования входных импульсов равна f а коэффициент пересчета (деления) равен А, то частота выходных импульсов равна//А:.

Ранее рассмотренные двоичные счетчики имеют коэффициент пересчета, равный степени числа 2.

Существует общий подход к построению счетчиков с коэффициентом пересчета 2k +1 (рис. 3.61). Внутренний счетчик, составленный из Ж-триггеров, имеет коэффициент пересчета к. Два крайних УА'-триггера осуществляют управление всем счетчиком таким образом, чтобы общий коэффициент был равен 2к +1. Выходной сигнал получается на 0-выходе последнего триггера внутреннего счетчика. Например, для получения коэффициента деления 2к +1 = 9 необходимо, чтобы к был равен 4, а внутренний делитель должен состоять из триггеров Т₁ и Г₃ (рис. 3.62). На временной диаграмме работы счетчика видно, что на выходе Q триггера Г₃ высокий уровень образуется через каждые девять импульсов (третий, двенадцатый, двадцать первый и т. д.).

Рис. 3.61. Общий подход к построению счетчиков с коэффициентом пересчета 2k+ 1

Рис. 3.62. Схема счетчика с коэффициентом деления 9 и временная диаграмма его работы

Возможно построение на триггерах счетчиков с произвольным коэффициентом деления. В этом случае необходимо определить количество триггеров, из которых будет состоять желаемый счетчик. Во всяком случае, число, на которое нужно делить частоту, должно быть меньше коэффициента деления данного двоичного счетчика. Например, если счетчик должен делить на 10, то для этого необходимы четыре триггера, т. к. 10 <2⁴ =16. Шестнадцатеричный счетчик затем можно превратить в десятичный. Для этого необходимо по достижении состояния 10 подать импульс установки нуля, после чего счетчик начнет счет сначала. Десятичное число 10 в двоичной системе выражается как 1010. Это означает, что триггеры счетчика (^-выходы) должны иметь следующие состояния: Q_Ta =1; Q_T^ =0; Q_Ti =1; Q_T] =0.

Простейшим способом установки нуля счетчика является объединение сигналов с выходов 0_Та и Q_Ti с помощью схемы И-НЕ, т. к. активным уровнем нулевых входов R триггеров является низкий уровень. На рис. 3.63 представлена схема двоично-десятичного счетчика, построенного согласно рассмотренному способу с обратной связью от Г₄ и Г₂ ко входам R. Вход R триггера Г, не обязательно должен быть связан с выходом элемента И-НЕ, т. к. в момент сброса триггер Г, находится в состоянии 0 (это относится к любому триггерному счетчику, построенному по этому принципу, который имеет четный коэффициент деления).

Рис. 3.63. Суммирующий асинхронный десятичный счетчик

На временной диаграмме рис. 3.64 видно, что установка счетчика в нулевое состояние происходит после достижения состояния триггеров 1010.

Рис. 3.64. Временная диаграмма работы счетчика.