Liczniki

Licznikiem nazywamy sekwencyjny układ cyfrowy, służący do zliczania i pamiętania liczby impulsów podawanych na jego wejście zliczające. Liczniki dodające (zliczające w przód, w górę) po każdym impulsie wejściowym zwiększają pamiętaną liczbę w liczniku o jeden. Liczniki odejmujące ( zliczające w tył, w dół) zmniejszają o jeden zawartość licznika. Liczniki zliczające w obydwu kierunkach, nazywamy licznikami rewersyjnymi.

Licznik posiada : wejście impulsów zliczanych wyjścia wejście ustawiające Podstawowym elementem liczników jest przerzutnik synchroniczny. Licznik budowany jest tak , że wyście przerzutnika Q jest jednocześnie wyjściem licznika. Liczba wyjść licznika jest równa liczbie przerzutników i określana jest mianem długości licznika. Ustawienie wszystkich przerzutników, z których zbudowany jest licznik, w stan 0 nazywa się zerowaniem licznika.

Jeżeli licznik przechodzi przez wszystkie stany cykliczne (tzn Jeżeli licznik przechodzi przez wszystkie stany cykliczne (tzn. po przejściu N stanów cykl jest powtarzany), to licznik taki nazywamy licznikiem modulo N ( w skrócie mod N) Jeżeli licznik przechodzi przez wszystkie stany jednokrotnie ( i po osiągnięciu ostatniego pozostaje w nim), to taki licznik nazywamy licznikiem do N. Ponowne użycie takiego licznika wymaga ustawienia go w stan początkowy (wyzerowania).

Liczniki budowane są jako: liczniki szeregowe (asynchroniczne) – wyjście jednego przerzutnika jest źródłem sygnału zegarowego (wejściowego) dla następnego przerzutnika. Zliczane impulsy są podawane na wejście pierwszego przerzutnika. liczniki równoległe (synchroniczne). W liczniku równoległym sygnał zliczany jest doprowadzany jednocześnie do wszystkich przerzutników.

Licznik asynchroniczny Najprostszym układem asynchronicznego licznika binarnego jest układ będący szeregowym połączeniem liczników typu T (przełączników lub inaczej dwójek liczących). Licznik typu T możemy uzyskać przez odpowiednie połączenie licznika JK. Licznik asynchroniczny modulo 8: a )schemat połączeń b) przebiegi czasowe c) tablica stanów

Licznik synchroniczny Liczniki synchroniczne są to liczniki , w których przerzutniki zmieniają swój stan jednocześnie z taktem zegarowym. Licznik synchroniczny posiada sieć logiczną, która steruje odpowiednio wejściami przerzutników na podstawie stanów ich wyjść. Sygnał zegarowy doprowadzany jest do każdego przerzutnika, zatem zmiana stanów odbywa się wg napływających taktów zegarowych.

Zwiększanie pojemności licznika Odbywa się ono poprzez odpowiednie łączenie ze sobą liczników. Pojemność połączonych liczników jest równa N=N1*N2 (N1-pojemność licznika 1, N2- -pojemność licznika 2) : łączenie szeregowe – polega na połączeniu ostatniego wyjścia pierwszego licznika z wejściem zliczającym drugiego licznika.

łączenie równoległe- polega na tym, że sygnał zliczany doprowadzamy do pierwszego licznika i jednocześnie do bramki AND, której wyjście podłączone jest do wejścia drugiego licznika. Do bramki doprowadzamy też impulsy z odpowiednich wyjść pierwszego licznika w taki sposób, że po podaniu na wejście pierwszego licznika N+1 impulsów (gdzie N to pojemność licznika), pierwszy licznik się wyzeruje a drugi zliczy sygnał zegarowy.

Zmniejszanie pojemności licznika Tworzenie liczników o pojemności mniejszej niż wynikająca z jego budowy odbywa się za pomocą sprzężenia zwrotnego. Sygnały z odpowiednich wyjść podajemy na bramkę AND (NAND jeśli licznik jest zerowany sygnałem 0) a wyjście bramki podłączamy do wejść zerujących.

Licznik scalony ‘90 Schemat logiczny licznika oraz jego symbol graficzny przedstawiono na poniższym rysunku:

Układ ten zawiera cztery przerzutniki, z których pierwszy (A) jest jednobitowym licznikiem mod 2, a trzy pozostałe (D, C, B) tworzą licznik mod 5. Trzy przerzutniki (A, B, C) są przerzutnikami typu JK, a czwarty przerzutnik (D) jest przerzutnikiem RS. Układ scalony ‘90 ma dwa wejścia zliczające CPA i CPB cztery wejścia sterujące R0(1), R0(2), R9(1), R9(2) oraz cztery wyjścia QA, QB, QC, QD. Układ może być wykorzystywany jako licznik mod 2. Wówczas wejściem zliczającym będzie wejście CPA, a wyjściem tego licznika wyjście QA Wykorzystanie licznika jako zliczającego mod 5 wymaga doprowadzenia przebiegu impulsów zliczanych do wejścia CPB, a wyjściami takiego licznika są wyjścia QB, QC i QD

licznik mod 10 zliczający w naturalnym kodzie BCD Poprzez odpowiednie połączenie liczników mod 2 i mod 5 zawratych w układzie ’90 otrzymamy: licznik mod 10 zliczający w naturalnym kodzie BCD Tabela prawdy: Przebiegi czasowe:

licznik mod 10 zliczający w kodzie BCD 5421 i z wypełnieniem 0. 5 licznik mod 10 zliczający w kodzie BCD 5421 i z wypełnieniem 0.5 . Jest to dzielnik częstotliwości przez 10 Tabela prawdy: Przebiegi czasowe:

Tabela określająca stany wejść ustawiających licznika’90

Licznik scalony ‘92 Schemat logiczny licznika oraz jego symbol graficzny przedstawiono na poniższym rysunku:

Scalony licznik ’92 jest licznikiem asynchronicznym zbudowanym z czterech przerzutników typy JK-MS. Jeden przerzutnik (A) jest licznikiem mod2, a trzy pozostałe (B,C,D) stanowią licznik mod6. Oba liczniki mogą być wykorzystywane niezależnie. Wszystkie cztery przerzutniki są zerowane tym samym sygnałem, pochodzącym z wyjścia bramki NAND. Doprowadzenie do obu wyjść tej bramki (R01, R02) sygnałów o poziomie „H” zeruje licznik. Zliczanie jest możliwe, jeśli co najmniej na jednym z tych wejść jest poziom niski „L”. Połączenie szeregowe licznika mod2 z licznikiem mod6 (wyjście Qa z wejściem CPb) stanowi licznik mod12, zliczający w kodzie naturalnym. Połączenie w odwrotnej kolejności (wyjście Qd z wejściem CPa) jest także licznikiem mod12, ale przeznaczeniem takiej konfiguracji połączeń jest praca układu jako dzielnika częstotliwości przez 12. Przebieg wyjściowy (wyjście Qa) ma wówczas współczynnik wypełnienia równy 0,5.

Licznik scalony ‘93 Schemat logiczny licznika oraz jego symbol graficzny przedstawiono na poniższym rysunku:

Układ scalony ’93 zawiera cztery przerzutniki JK-MS Układ scalony ’93 zawiera cztery przerzutniki JK-MS. Trzy przerzutniki (D,C,B) są połączone szeregowo, tworząc licznik mod8, a czwarty przerzutnik (A) jest dwójką liczącą, która może być wykorzystana dwojako: wspólnie z licznikiem mod8 tworząc licznik mod16, albo oddzielnie jako licznik mod2. Łącząc wyjście Qa pierwszego przerzutnika z wejściem licznika 3 – bitowego (CPb), uzyskujemy licznik mod16 zliczający w kodzie naturalnym dwójkowym, przy czym wyjściami licznika są wyprowadzenia Qa, Qb, Qc, Qd, gdzie Qa – LSB i Qd – MSB. Łącząc wyjście czwartego przerzutnika (Qd) z wejściem pierwszego przerzutnika (CPa) uzyskujemy także licznik mod16 zliczający w naturalnym kodzie dwójkowym, przy czym wyjściami licznika są wyprowadzenia Qb, Qc, Qd, Qa, gdzie Qb – LSB i Qa – MSB. W obu tych przypadkach przebieg czasowy na wyjściu MSB ma częstotliwość 16 – krotnie mniejszą niż przebieg zliczany oraz współczynnik wypełnienia równy 0,5. Dzieje się tak dlatego, że wszystkie przerzutniki w tym liczniku pracują w układzie dwójek liczących i kolejność ich połączeń nie ma znaczenia. Zerowanie licznika ’93 odbywa się identycznie, jak opisanego wyżej licznika ’92.

Tablica działania licznika ‘93

Liczniki scalone ‘192 i ‘193 Liczniki scalone ‘192 i ‘193 są synchronicznymi licznikami rewersyjnymi, mającymi możliwość ustawienia dowolnego stanu początkowego. Obydwa maja takie same wejścia, wyjścia i konfiguracje wyprowadzeń. Licznik ‘192 jest licznikiem mod 10 ( dziesiętnym) a ‘193 licznikiem mod 16 (binarnym). Symbol graficzny licznika’192 (‘193)

Wejścia licznika ‘192 (‘193): -zliczające C+ i C- ; każdy impuls doprowadzony do wejścia C+(C-) powoduje zwiększenie (zmniejszenie) stanu licznika o 1; aktywnym zboczem jest zbocze dodatnie -zerujące R; doprowadzenie poziomu 1 powoduje wyzerowanie licznika; działa asynchronicznie -równoległe D, C, B, A; stan tych wejść jest przepisywany na wyjścia QD, QC, QB, QA po podaniu na wejście L stanu 0 - przepisujące L

Wyjścia licznika ‘192 (‘193): QD, QC, QB, QA na których występuje słowo wyjściowe; QA- bit najmłodszy (LSB), QD- bit najstarszy (MSB) przeniesienia P+; na wyjściu tym pojawia się poziom niski, gdy licznik znajdzie się w stanie 1001(1111) a gdy licznik przechodzi w stan 0000 pojawia się ponownie stan 1; wyjście to wykorzystywanie jest do zwiększenia pojemności licznika przy liczeniu w przód pożyczki P-; na wyjściu pojawia się poziom niski gdy licznik znajdzie się w stanie 0000. Poziom wysoki pojawia się gdy licznik znajdzie się w stanie 1001(1111),gdy licznik pracuje jako odejmujący; wyjście to wykorzystywane jest do zwiększenia pojemności licznika przy liczeniu w tył

Zwiększanie pojemności liczników rewersyjnych ‘192 (‘193)

Licznik scalony ‘029(CMOS) Licznika scalony ‘029 wykonany w technice CMOS, jest licznikiem synchronicznym rewersyjnym. Może on zliczać impulsy wejściowe w trybie mod 10 i mod 16. Licznik ten nie ma oddzielnego wejścia zerującego, więc zerowanie polega na przepisaniu słowa binarnego 0000 z wejść równoległych na wyjścia. Schemat graficzny licznika ‘029

Wejścia licznika ‘029: zegarowe CP; jest to wejście sygnałów impulsów zliczanych równoległe PID, PIC, PIB, PIA; stan tych wejść może by przepisany do licznika przepisujące PE; podanie 1 na to wejście powoduje przepisanie stanu wejść równoległych do licznika przeniesienia CIN; umożliwia równoległe łączenie ze sobą liczników ‘029; licznik zlicza impulsy z wejścia zegarowego gdy na tym wejściu jest poziom 0 sterujące B/D; pozwala ustawić tryb zliczania mod 10 (B/D=0) lub mod 16 (B/D=1) sterujące U/D; umożliwia wybór trybu pracy : U/D= 0 zliczanie w tył, U/D=1 zliczanie w przód Układ ma 5 wyjść: QD, QC, QB, QA – wyjścia licznika na których występuje słowo wyjściowe COUT; pojawia się na nim poziom 0 gdy licznik liczący w przód znajdzie się w stanie 1001(9) (albo 1111 (15) przy mod16) lub gdy licznik liczący w tył znajdzie się w stanie 0000. Służy do łączenia liczników .

Zwiększanie pojemności liczników Licznik 8-bitowy zbudowany z liczników ‘029 Tablica sterowania:

Koniec Prezentację przygotował: Piotr Śliwa kl. 4 T Źródła: Układy cyfrowe Wojciech Głocki