Публикации Реверсивные и двоично-десятичные счётчики

Всероссийский сборник статей и публикаций института развития образования, повышения квалификации и переподготовки.

Язык издания: русский
Периодичность: ежедневно
Вид издания: сборник
Версия издания: электронное сетевое
Публикация: Реверсивные и двоично-десятичные счётчики
Автор: Аникашин Дмитрий Иванович

Реверсивные и двоично-десятичные счётчикиСчётчики являются одними из ключевых узлов цифровой схемотехники. Они используются для подсчёта импульсов, формирования временных интервалов, адресации памяти, управления последовательностями и во многих других приложениях. В зависимости от функциональных особенностей счётчики делятся на суммирующие, вычитающие, реверсивные, а по способу кодирования — на двоичные, двоично-десятичные (BCD) и другие. В данной статье рассматриваются реверсивные и двоично-десятичные счётчики, их принципы работы, схемотехническая реализация и области применения.1. Реверсивные счётчики1.1. Определение и принцип работыРеверсивный счётчик — это цифровое устройство, способное работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания, в зависимости от управляющего сигнала. Такие счётчики обладают гибкостью и широко применяются в системах, где требуется изменение направления счёта без переконфигурации схемы.Основные входы реверсивного счётчика:

CLK — тактовый вход (сигнал синхронизации);

UP/DOWN — управляющий вход, определяющий направление счёта (например, «1» — счёт вперёд, «0» — счёт назад);

RESET — сброс счётчика в нулевое состояние;

LOAD — возможность параллельной загрузки начального значения (в современных счётчиках).

1.2. Схемотехническая реализацияПростейший реверсивный счётчик можно построить на основе JK- или D-триггеров с дополнительной логикой, переключающей соединения между разрядами в зависимости от сигнала UP/DOWN. В суммирующем режиме триггеры соединяются по принципу передачи переноса (carry), а в вычитающем — по принципу заёма (borrow).В интегральных схемах реверсивные счётчики реализованы, например, в микросхемах:

К155ИЕ6 (4-разрядный реверсивный счётчик);

74HC190 (4-разрядный синхронный реверсивный BCD-счётчик);

74HC191 (4-разрядный синхронный реверсивный двоичный счётчик).

1.3. ПрименениеРеверсивные счётчики используются:

в измерительных приборах (например, для управления направлением вращения энкодера);

в ЧПУ-станках (для отслеживания положения инструмента);

в цифровых осциллографах и генераторах сигналов;

в микроконтроллерных системах для реализации программных таймеров с обратным отсчётом.

2. Двоично-десятичные (BCD) счётчики2.1. Понятие и назначениеДвоично-десятичный счётчик (BCD-счётчик) — это счётчик, который считает в десятичной системе счисления, но каждый десятичный разряд кодируется четырьмя двоичными битами (BCD-код: Binary-Coded Decimal). Такой подход облегчает отображение чисел на семисегментных индикаторах и упрощает взаимодействие с человеком.Например:

Десятичное число 7 → BCD: 0111

Десятичное число 15 → BCD: 0001 0101

BCD-счётчик сбрасывается в ноль после счёта до 9, а не до 15, как обычный 4-битный двоичный счётчик.2.2. РеализацияBCD-счётчики часто строятся на основе стандартных двоичных счётчиков с добавлением логики сброса при достижении значения 1010₂ (10₁₀). Сброс может быть:

асинхронным (немедленным при достижении 10);

синхронным (сброс происходит по следующему тактовому импульсу).

Примеры микросхем:

К155ИЕ2 — двоично-десятичный счётчик (делитель частоты на 10);

74HC160 — синхронный BCD-счётчик с возможностью параллельной загрузки;

74HC4017 — декадный счётчик с дешифратором (выдаёт единичный сигнал на одном из 10 выходов).

2.3. Многоразрядные BCD-счётчикиДля счёта чисел больше 9 BCD-счётчики соединяются каскадно: выход переноса младшего разряда подключается ко входу тактового сигнала старшего. При этом каждый разряд остаётся независимым и всегда отображает цифру от 0 до 9.3. Сравнение реверсивных и BCD-счётчиковСовременные микросхемы могут сочетать обе функции: например, 74HC190 — это реверсивный BCD-счётчик, объединяющий гибкость направления счёта и удобство десятичного отображения.4. Практические примерыПример 1: Цифровые часыВ часах минуты и секунды отсчитываются от 0 до 59. Для этого используются два BCD-счётчика на каждый разряд (единицы и десятки). При достижении значения 6 в старшем разряде секунд генерируется сигнал сброса.Пример 2: Электронный замок с кодомРеверсивный счётчик может применяться в схеме управления шаговым двигателем замка: вперёд — открытие, назад — закрытие. Количество шагов контролируется счётчиком.ЗаключениеРеверсивные и двоично-десятичные счётчики — это важные компоненты цифровых систем, решающие разные, но взаимодополняющие задачи. Реверсивные счётчики обеспечивают гибкость в управлении направлением счёта, тогда как BCD-счётчики значительно упрощают интерфейс «машина–человек» за счёт естественного десятичного представления данных. Современные интегральные схемы позволяют комбинировать эти функции, обеспечивая высокую производительность и удобство проектирования цифровых устройств.Понимание принципов работы этих счётчиков необходимо как для инженеров-схемотехников, так и для разработчиков встраиваемых систем, поскольку подобные узлы остаются востребованными даже в эпоху мощных микроконтроллеров и FPGA.