Рис.2. Временная диаграмма последовательного суммирующего счетчика.

 Триггеры  данного счетчика срабатывают по заднему фронту. Для реализации операции вычитания счетный вход старшего разряда подключается к инверсному выходу соседнего младшего разряда. Предварительно триггеры устанавливают в состояние лог.1 (111). Работу данного счетчика показывает временная диаграмма на рис. 4. 

 Рис. 1 Последовательный вычитающий счетчик 

 Рис. 4 Временная диаграмма последовательного вычитающего счетчика 

    Для реализации реверсивного счетчика необходимо объединить функции суммирующего счетчика и функции вычитающего счетчика. Схема данного счетчика приведена  на рис. 5. Для управления режимом  счета служат сигналы «сумма»  и «разность». Для режима суммирования «сумма»=лог.1, «0»-кратковременный лог.0; «разность»=лог.0, «1»-кратковременный лог.0. При этом элементы DD4.1 и DD4.3 разрешают подачу на тактовые входы триггеров DD1.2, DD2.1 через элементы DD5.1 и DD5.2 сигналов с прямых выходов триггеров DD1.1, DD1.2 соответственно. При этом элементы DD4.2 и DD4.4 закрыты, на их выходах присутствует лог.0, поэтому действие инверсных выходов никак не отражается на счетных входах триггеров DD1.2, DD2.1. Таким образом, реализуется операция суммирования. Для реализации операции вычитания на вход «сумма» подается лог.0, на вход «разность» лог.1. При этом элементы DD4.2, DD4.4 разрешают подачу на входы элементов DD5.1, DD5.2, а соответственно и на счетные входы триггеров DD1.2, DD2.1 сигналов с инверсных выходов триггеров DD1.1, DD1.2. При этом элементы DD4.1, DD4.3 закрыты и сигналы с прямых выходов триггеров DD1.1, DD1.2 никак не воздействуют на счетные входы триггеров DD1.2, DD2.1. Таким образом, реализуется операция вычитания. 
 

 Рис. 5 Последовательный реверсивный 3-х разрядный счетчик

 Для реализации данных счетчиков также  можно использовать триггеры, срабатывающие  по переднему фронту счетных импульсов. Тогда при суммировании на счетный вход старшего разряда надо подавать сигнал с инверсного выхода соседнего младшего разряда, а при вычитании наоборот – соединять счетный вход с прямым выходом.

 Недостаток  последовательного счетчика – при  увеличении разрядности пропорционально  увеличивается время установки (tуст) данного счетчика. Достоинством является простота реализации.

 Рис. 6 - Реверсивный счетчик

    Для счетных импульсов предусмотрены  два входа: "+1" - на увеличение, "-1" - на уменьшение. Соответствующий  вход (+1 или -1) подключается ко входу С. Это можно сделать схемой ИЛИ, если влепить ее перед первым триггером (выход элемента ко входу первого триггера, входы - к шинам +1 и -1). Непонятная фигня между триггерами (DD2 и DD4) называется элементом И-ИЛИ. Этот элемент составлен из двух элементов И и одного элемента ИЛИ, объединенных в одном корпусе.

    Сначала входные сигналы на этом элементе логически перемножаются, потом результат логически складывается.

    Число входов элемента И-ИЛИ соответствует  номеру разряда, т. е. если третий разряд, то три входа, четвертый - четыре и  т. д. Логическая схема является двухпозиционным переключателем, управляемым прямым или инверсным выходом предыдущего триггера. При лог. 1 на прямом выходе счетчик отсчитывает импульсы с шины "+1" (если они, конечно, поступает), при лог. 1 на инверсном выходе - с шины "-1". Элементы И (DD6.1 и DD6.2) формируют сигналы переноса. На выходе >7 сигнал формируется при коде 111 (число 7) и наличии тактового импульса на шине +1, на выходе <0 сигнал формируется при коде 000 и наличии тактового импульса на шине -1.Все это, конечно, интересно, но красивей смотрится в микросхемном исполнении:

    Рис. 4 Четырехразрядный двоичный счетчик

    Вот типичный счетчик с предустановкой. СТ2 означает, что счетчик двоичный, если он десятичный, то ставится СТ10, если двоично-десятичный - СТ2/10. Входы D0 - D3 называются информационными входами и служат для записи в счетчик какого-либо двоичного состояния. Это состояние отобразится на его выходах и от него будет производится начало отсчета. Другими словами, это входы предварительной установки или просто предустановки. Вход V служит для разрешения записи кода по входам D0 - D3, или, как говорят, разрешения предустановки.  
 

    Этот  вход может обозначаться и другими  буквами. Предварительная запись в  счетчик производится при подаче сигнала  разрешения записи в момент прихода импульса на вход С. Вход С тактовый. Сюда запихивают импульсы. Треугольник означает, что счетчик срабатывает по спаду импульса. Если треугольник повернут на 180 градусов, т. е. задницей к букве С, значит он срабатывает по фронту импульса. Вход R служит для обнуления счетчика, т. е. при подаче импульса на этот вход на всех выходах счетчика устанавливаются лог. 0. Вход PI называется входом переноса. Выход p называется выходом переноса. На этом выходе формируется сигнал при переполнении счетчика (когда на всех выходах устанавливаются лог. 1). Этот сигнал можно подать на вход переноса следующего счетчика. Тогда при переполнении первого счетчика второй будет переключаться в следующее состояние. Выходы 1, 2, 4, 8 просто выходы. На них формируется двоичный код, соответствующий числу поступивших на вход счетчика импульсов. Если выводы с кружочками, что бывает намного чаще, значит они инверсные, т. е. вместо лог. 1 подается лог. 0 и наоборот. Более подробно работа счетчиков совместно с другими устройствами будет рассматриваться в дальнейшем.

    Параллельные счётчики

    Принцип действия данного счетчика заключается  в том, что входной сигнал, содержащий счетные импульсы, подается одновременно на все разряды данного счетчика. А установкой счетчика в состояние лог.0 или лог.1 управляет схема управления. Схема данного счетчика показана на рис.6

 Рис. 2 Суммирующий счетчик параллельного действия 

   Разряды счетчика – триггеры DD1, DD2, DD3.

   Схема управления – элемент DD4.

   Достоинство данного счетчика – малое время  установки, не зависящее от разрядности счетчика.

   Недостаток  – сложность схемы при повышении  разрядности счетчика.

   Счетчики  с параллельным переносом

   Для повышения быстродействия применяют  способ одновременного формирования сигнала  переноса для всех разрядов. Достигается это введением элементов И, через которые тактовые импульсы поступают сразу на входы всех разрядов счетчика.

 Рис. 2 - Счетчик с параллельным переносом  и графики, поясняющие его работу

    С первым триггером все понятно. На вход второго триггера тактовый импульс пройдет только тогда, когда на выходе первого триггера будет лог. 1 (особенность схемы И), а на вход третьего - когда на выходах первых двух будет лог. 1 и т. д. Задержка срабатывания на третьем триггере такая же, как и на первом. Такой счетчик называется счетчиком с параллельным переносом. Как видно из схемы, с увеличением числа разрядов увеличивается число лог. элементов И, причем чем выше разряд, тем больше входов у элемента. Это является недостатком таких счетчиков.

    Разработка  принципиальной схемы

    Формирователь импульсов

    Формирователь импульсов – устройство, необходимое  для устранения дребезга контактов, возникающего при замыкании механических контактов, который может привести к неправильной работе схемы.

    На  рисунке 9 приведены схемы формирователей импульсов от механических контактов.

Рис. 9 Формирователи импульсов от механических контактов. 

 Блок  индикации

    Для отображения результата счёта необходимо использовать светодиоды. Чтобы осуществить такой вывод информации можно воспользоваться простейшей схемой. Схема блока индикации на светодиодах приведена на рисунке 10.

 рисунке 10. Схема  блока индикации на светодиодах

 Составление структурной схемы  счётчика

    Структурная схема – совокупность блоков счётчика, выполняющих какую-либо функцию и обеспечивающих нормальную работу счётчика. На рисунке 7 показана структурная схема счётчика.

    Рис. 7 Структурная схема счётчика

    Блок управления выполняет функцию подачи сигнала и управления триггерами.

    Блок  счёта предназначен для изменения  состояния счетчика и сохранения этого состояния.

    Блок  индикации выводит информацию для  зрительного восприятия.

 Составление функциональной схемы счётчика (Electronics Workbench )

 Таблица истинности, для счетчика до 3:

 Таблица истинности, для счетчика до 10: 

 Электрическая схема устройства, выполненная на микросхемах(Electronics Workbench )

 Рисунок 4 – Электрическая схема устройства, выполненная на микросхемах

 7490 (Decade Counter) – десятичный счетчик, русский аналог микросхемы К155ИЕ6. Считает до 10, для того чтобы изменить его счет (если необходим коэффициент счета К<10), добавим элемент “И”.

 Составные элементы устройства (Electronics Workbench ) 

    Генератор импульсов

    Генератор импульсов–предназначен для создание импульсов различной формы. Эти  импульсы мы и будем считать. Обозначение:

    Пробник

    Пробник предназначен для определения логического  уровня сигнала. Обозначение:

    Источник  питания «+Vcc»«+Vcc» является упрощенной моделью батареи, выдает напряжение 5V. Обозначение:

    Логический  элемент «И» Двоичное число на выходе элемента «И» является результатом логического умножения чисел на его входах. Обозначение: