Всем доброго времени суток! Сегодня буду рассказывать про счётчики, но не электрические или газовые, а про цифровые микросхемы счётчики. Счётчики являются, как и регистры, производными от триггеров, но в отличие от микросхем регистров, в микросхемах счётчиках связи между триггерами значительно сложнее и в результате функционал их больше, чем регистров.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Из самого названия данного типа цифровых микросхем понятно, что они занимаются подсчётом импульсов пришедших на их входы. То есть каждый пришедший импульс на вход счётчика увеличивает или уменьшает двоичный код на его выходах. Счётчики могут работать в различных режимах, которые определяется связями внутренних триггеров. Режим, в котором идёт увеличение выходного кода, называют режимом прямого счёта, а если идёт уменьшение выходного кода, то это режим обратного или инверсного счёта. Счётчики предназначены также для преобразования из двоичной системы счисления в десятичную систему, но существуют и другие типы счётчиков, например счётчики-делители, у которых на выходе частота импульсов в некоторое количество раз меньше частоты входных импульсов. Для микросхем счётчиков в стандартных сериях существует специальный суффикс ИЕ, например К555ИЕ19, К155ИЕ2.

Все типы счётчиков можно разделить на три основные группы, которые различаются быстродействием:

• асинхронные (или последовательные) счётчики;
• синхронные счётчики с асинхронным переносом (или параллельные счётчики с последовательным переносом);
• синхронные (или параллельные) счётчики.

Асинхронные счётчики

Данные типы счётчиков состоят из цепочёк JK-триггеров, которые работают в счётном режиме, когда выход предыдущего триггера служит входом для следующего. В такой схеме триггеры включаются последовательно, а, следовательно, и выходы счётчика также переключаются последовательно, один за другим (отсюда второе название асинхронных счётчиков – последовательные счётчики). Так как переключение разрядов происходит с некоторой задержкой, поэтому и сигналы на выходах счётчика появляются не одновременно с входным сигналом и между собой, то есть асинхронно.

Микросхемы асинхронных счётчиков применяются не очень часто, в качестве примера можно привести микросхемы типа ИЕ2 (четырёхразрядный двоично-десятичный счётчик), ИЕ5 (четырёх разрядный двоичный счётчик) и ИЕ19 (сдвоенный четырёхразрядный счётчик).

Асинхронные счётчики: слева направо ИЕ2, ИЕ5, ИЕ19.

Данные типы счётчиков имеют входы сброса в нуль (вход R), вход установки в 9 (вход S у ИЕ2), счётный или тактовый вход (вход С) и выходы, которые могут обозначаться как номера разрядов (0, 1, 2, 4) или как вес каждого разряда (1, 2, 4, 8).

Микросхема К555ИЕ2 относится к двоично-десятичным счётчикам, то есть счёт у неё идет от 1 до 9, а потом выводы обнуляются и счёт идёт сначала. Внутренне данный счётчик состоит из четырёх триггеров, которые разделены на две группы: один триггер (вход С1, выход 1) и три триггера (вход С2, выходы 2, 4, 8). Такая внутренняя организация позволяет значительно расширить применение данного типа микросхемы, например данную микросхему можно использовать в качестве делителя на 2, на 5 или на 10. Счётчик ИЕ2 имеет два входа для сброса в нуль объединенных по И, а так же два входа для установки в 9 тоже объединённых по И.

Для реализации счёта необходимо сбросить счётчик подачей на входы R высокого логического уровня, а на один из входов S сигнал низкого уровня. В таком режиме счётчик будет «обнулён» и последовательный счёт заблокирован. Чтобы восстановить функцию счета необходимо установить на входы R низкий уровень сигнала.

Для организации делителя на 2 необходимо подавать сигнал на С1, а снимать с выхода 1; делитель на 5 подавать сигнал на С2, а снимать с выхода 8; делитель на 10 выход 8 соединяют с С1, сигнал подают на С2, а снимают с выхода 1.

Микросхема К555ИЕ5 представляет собой двоичный счётчик, в отличие от ИЕ2 считает до 16 и сбрасывается в нуль. Также как и ИЕ2 состоит из двух групп триггеров со входами С1 и С2, а выходы 1 и 2,4,8. В отличии от ИЕ2 имеет только два входа сброса в нуль, а входов установки нет.

Микросхема К555ИЕ19 практически идентична двум микросхемам К555ИЕ5 и представляет собой два чётырёхразрядных двоичных счётчика, каждый счётчик имеет свой счётный вход С и вход сброса R. Если объединить выход 8 первого счётчика и вход С второго счётчика, то можно получить восьмиразрядный двоичный счётчик.

Синхронные счётчики с асинхронным переносом

Синхронные счётчики в отличие от асинхронных переключение разрядов идёт без задержки, то есть параллельно. Эта параллельность достигается за счёт более сложной внутренней связи между триггерами. Но также это привело к тому, что управлять данными счётчиками несколько сложнее, чем асинхронными. Зато возможностей у синхронных счётчиков значительно больше. Для увеличения разрядности синхронных счётчиков в данных типах счётчиков используется специальные выходы. От принципа формирования сигнала на этих выходах синхронные счётчики делятся на счётчики с асинхронным (последовательным) переносом и счётчики с синхронным (параллельным) переносом.

Основная суть работы синхронных счётчиков с асинхронным переносом заключается в следующем: переключение разрядов осуществляется одновременно, а сигнал переноса вырабатывается с некоторой задержкой. Быстродействие данных счётчиков выше, чем асинхронных, но ниже чем чисто синхронных. Типичными представителями синхронных счётчиков с асинхронным переносом являются микросхемы К555ИЕ6 и К555ИЕ7.

Синхронные счётчики с асинхронным переносом: слева направо ИЕ6, ИЕ7.

Микросхемы ИЕ6 и ИЕ7 полностью одинаковы различие заключается в том, что ИЕ6 является двоично-десятичным счётчиком, а ИЕ7 – полностью двоичным. Данные счётчики являются реверсивными, то есть могут работать как на увеличения числа, так и на уменьшение, для этого они имеют счётные входы: +1 (увеличение по положительному фронту) и -1 (уменьшение по положительному фронту). Для выхода сигнала переноса при прямом счёте используется выход CR, а при обратном счёте вывод BR. Вход R является входом обнуления счётчика. Также есть возможность предварительной установки выходного кода параллельным переносом с входов D1, D2, D4, D8 при низком логическом уровне на входе WR.

После сброса счётчик начинает считать с нуля, либо с числа, которое установлено параллельным переносом. Двоично-десятичный счётчик считает до десяти, потом обнуляется и вырабатывает сигнал переноса на выходе CR или BR при обратном счёте. Двоичный счётчик же считает до 15 и происходит обнуление.

Синхронные счётчики с асинхронным переносом нашли более широкое применение, чем асинхронные счётчики: делители частоты, подсчёт импульсов, измерение интервалов времени, формировать последовательности импульсов и другое.

Синхронные счётчики

Данные типы счётчиков являются наиболее быстродействующими, однако это обуславливает самое сложное управление среди всех типов счётчиков. Одной из особенностей синхронных счётчиков является то, что сигнал переноса вырабатывается тогда, когда все выходы счётчика устанавливаются в единицу (при прямом счёте) или в нуль (при обратном). Также при включении нескольких счётчиков для увеличения разрядности, тактовые входы С объединяются, а сигнал переноса подается на вход разрешения счёта каждого последующего счётчика.

В серии микросхем входят несколько типов синхронных счётчиков, которые различаются способом счёта (двоичные или двоично-десятичные, реверсивные или нереверсивные) и управляющими сигналами (отсутствие или наличие сигнала сброса). Все счётчики данного типа имеют входы переноса и каскадирования.

Синхронные счётчики: слева направо ИЕ9(ИЕ10) и ИЕ12(ИЕ13).

Микросхемы К555ИЕ9 (ИЕ10) микросхемы различаются способом счёта ИЕ9 – двоично-десятичная, а ИЕ10 – двоичная. Данные микросхемы имеют счётный вход С, вход сброса R в нуль выходных выводов. Имеется возможность предварительной установки при нулевом уровне напряжения на входе разрешения предварительной установи EWR, вход Е0 – разрешение переноса и вход Е1 – разрешения счёта. Сигнал на выходе CR (сигнал переноса) вырабатывается при достижении максимального счёта и высоком уровне на входе Е0. Для работы счётчика должны быть высокие логические уровни на входах EWR, Е0 и Е1.

Микросхемы К555ИЕ12 (ИЕ13) также имеют одинаковое схемотехническое устройство и различаются способом счёта ИЕ12 – двоично-десятичный счётчик, а ИЕ13 – десятичный. Данные типы счётчиков реверсивные и допускают как прямой счёт, установкой нулевого уровня на входе Е0, так и обратный счёт, установкой высокого логического уровня на Е0, в остальном же входные и выходные выводы идентичны ИЕ9 и ИЕ10.

Синхронные счётчики нашли самое широкое применение в цифровых устройствах, так они могут полностью заменить функционал асинхронных и синхронных с асинхронным переносом счётчиков и к тому же имеют самое высокое быстродействие среди счётчиков.