Синхронные счетчики

Возьмем для примера микросхемы ИЕ17.

Когда объединяются два счетчика (рисунок 4), то это не вызывает никаких проблем: выход -CR счетчика с меньшим разрядом соединяется со входом-ECT счетчика со старшим разрядом. На входах -ECR обоих счетчиков устанавливается нулевой уровень. Критерий правильной работы прост и легко выполним: период тактового сигнала С должен быть больше или равен времени задержки выработки сигнала переноса CR.

Рисунок 4. Объединение двух счетчиков ИЕ17

Когда объединены три счетчика, то ситуация несколько усложняется (рисунок 5). Сигнал с -CR первого счетчика подается наECT второго и третьего счетчиков. Сигнал с -CR второго счетчика подается наECR третьего счетчика. Поэтому третий счетчик запустится на счет только тогда, когда перенос работает одновременно и у первого, и у второго счетчика.

Рисунок 5. Объединение трех счетчиков ИЕ17

Критерий правильной работы схемы повторяет критерий, справедливый для двух счетчиков: период тактового сигнала С должен быть больше или равен времени задержки выработки сигнала переноса CR.

Если объединить четыре (и более) счетчиков, то неизбежно возникнет проблема, связанная с тем, что у старших счетчиков не хватает свободных управляющих входов для того чтобы собрать все сигналы переноса от младших счетчиков. Поэтому приходится использовать способность сигнала -ECR запрещать сигналCR (рисунок 6). На четвертый, пятый, шестой и последующие счетчики подаются сигналыCR не со всех предшествующих счетчиков, а только с первого и непосредственно предшествующего.

Рисунок 6. Объединение четырех счетчиков ИЕ17

На рисунках 5 и 6 с целью упрощения схем не показаны ряд входов и выходов, непосредственно не участвующих в работе каскадов.

При таком включении неизбежно накапливается задержка сигналов -CR Максимальной она будет для сигнала -CR второго счетчика. Критерий правильной работы всех счетчиков будет следующий: период тактового сигнала С должен быть больше или равен времени задержки сигналов переноса -CR до входа последнего счетчика. Если объединить четыре счетчика, то в эту максимальную задержку входят:

1) Задержка сигнала -CR микросхемы относительно фронта сигнала С;

2) Задержка сигнала -CR относительно сигнала -ECR.

Если же объединять пять счетчиков, то добавится еще одна задержка сигнала -CR относительно сигнала -ECR и т. д. Таким образом, с увеличением количества объединяемых счетчиков неизбежно снижается допустимая тактовая частота.

В случае, когда необходимо объединить большое количество счетчиков можно избежать накопления задержки. Это достигается путем включения на входах старших счетчиковECT логических элементы ИЛИ с нужным числом входов. Эти элементы собирают все сигналыCR с более младших счетчиков, таким образом на их выходах нуль бывает тогда, когда сигналыCR всех предыдущих счетчиков нулевые. Недостатком этого метода является то, что в суммарное время задержки войдут задержки элементов ИЛИ.

Тем не менее, при выполнении критерия правильной работы счетчиков схема будет работать подобно идеальному счетчику, а все разряды каскада будут переключаться одновременно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Возможности применения синхронных счетчиков являются очень широкими. Они способны заменить во всех схемах как асинхронные последовательные счетчики, так и синхронные счетчики с асинхронным последовательным переносом. В случаях, когда необходимо достижение максимального быстродействия, они обладают рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с другими видами счетчиков. Выходной код синхронных счетчиков устанавливается одновременно при любом количестве разрядов без применения дополнительных выходных регистров, которые потребовались бы в случае использования асинхронных счетчиков и/или синхронных счетчиков с асинхронным переносом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Зубчук В.И. и др. Справочник по цифровой схемотехнике, К. Тэхника, 1990 — 408 с.

Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, М. Мир, 1998 — 359 с.

Опадчий Ю.Ф., Глудкин О. П., Гуров А. И. Аналоговая и цифровая электроника, М. Наука, 2000.

Фрике К. Вводный курс цифровой электроники, М. Наука, 2003.

Букреев И.Н., Горячев В. И., Мансуров Б. М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств, М., 2009.

Бойт К. Цифровая электроника, М., 2007.