Liczniki to układy cyfrowe, które służą
do zliczania i pamiętania ilości impulsów podawanych na ich wejścia zliczające
(zliczanie to odbywa się w pewnym przedziale czasowym). Oprócz wejścia zliczającego
posiadają one również wejście zerujące, służące do ustawienia stanu początkowego
licznika tzn. do jego wyzerowania.Zerowanie polega na ustawieniu w stan 0 wszystkich
przerzutników z których zbudowany jest licznik.
Rys.1 Symbol graficzny licznika
Jest to n-stanowy układ sekwencyjny
n = 2k k - ilość przerzutników, n - ilość stanów
Pojemność licznika to ilość stanów jaką licznik może
przyjmować w jednym pełnym cyklu, zależy ona od liczby przerzutników i jest często
nazywana długością cyklu danego licznika. Podstawowymi elementami liczników są
przerzutniki synchroniczne, ich liczba jest liczbą wyjść licznika. Każde wyjście
przerzutnika Q jest jednocześnie wyjściem licznika. W postaci popularnych układów
4-bitowych są dostępne liczniki BCD (dzielące przez 10) i liczniki binarne lub
szesnastkowe, dzielące przez 16 (jeżeli licznik ma współpracować z wyświetlaczem,
konieczne jest użycie transkodera), oraz liczniki modulo n, umożliwiające
dzielenie częstotliwości wejściowej przez liczbę n, zadawaną jako słowo wejściowe.
Poniżej przedstawiono implementację 4-bitową zrealizowaną
za pomocą przerzutników D. Długości poszczególnych impulsów kolejnych wyjść są
równe liczbie impulsów zegara: Q0 zlicza do dwóch, Q1
zlicza do czterech, Q2 do ośmiu i Q3 do szesnastu impulsów.
Licznik ten może być traktowany jako dzielnik częstotliwości, kolejno przez dwa,
tak że na wyjściu Q3 mamy sygnał o czasie powtarzania szesnaście razy
dłuższym od czasu powtarzania impulsów zegara.
Licznik 4-ro bitowy z przerzutnikami D
Liczniki możemy podzielić ze względu na długość cyklu:
- o stałej długości cyklu,
- o zmiennej (nastawianej) długości cyklu.
oraz ze względu na kierunek zliczania:
- jednokierunkowe,
- dwukierunkowe czyli rewersyjne.
Rozróżnia się dwa sposoby łączenia liczników:
- szeregowe (licznik asynchroniczny),
- równoległe (licznik synchroniczny).
Charakterystyczną cechą połączenia szeregowego jest
opóźnienie czasowe ustalania się zawartości. Zmiana stanu każdego członu następuje
dopiero po zmianie stanu poprzedniego, a nie synchronicznie z sygnałem wejściowym.
Przy łączeniu równoległym sygnał wejściowy X jest
podawany równocześnie na wszystkie liczniki, przy czym dociera on do wejścia
liczącego i-tego licznika, gdy wszystkie poprzednie liczniki są w stanach końcowych.
Do łączenia równoległego liczników trzeba więc wytworzyć przeniesienie YR.
Zaletą tego sposobu łączenia jest większa szybkość pracy układu, gdyż zmiana
stanów wszystkich liczników następuje jednocześnie.
Jeśli wszystkie człony składowe mają pojemność równą 2,
to cały licznik jest nazywany dwójkowym, a jego pojemność P = 2N.
Liczniki dwójkowe równoległe (synchroniczne), w zależności od
sposobu realizacji układu sprzęgającego, można podzielić na:
- liczniki z przeniesieniem równoległym,
- liczniki z przeniesieniem szeregowym.
Realizacja licznika z przeniesieniem równoległym z
przerzutników typu D modulo 16 została przedstawiona poniżej. Sygnał wejściowy wchodzi tu
nie na wejścia zegarowe przerzutników, lecz na bramki sprzęgające.
Licznik z przeniesieniem równoległym z przerzutników typu D
Licznik dwójkowy równoległy z przeniesieniem szeregowym
modulo 8 przedstawiono poniżej.
Licznik z przeniesieniem szeregowym z przerzutników typu JK
Różni się on tym od licznika z przeniesieniem równoległym, że
iloczyny wielowejściowe, formujące sygnały przygotowujące JK przerzutników, zostały
rozbite na połączone kaskadowo iloczyny 2-wejściowe (element NAND i negator).
Umożliwia to budowę licznika o dowolnie dużej pojemności.
Przerzutniki licznika równoległego z przeniesieniem szeregowym
zmieniają swój stan bezpośrednia pod wpływem sygnału wejściowego X, a więc jednocześnie,
ale następny impuls wejściowy X może przyjść dopiero wówczas, gdy wywołane zmianą
stanu zmiany przeniesień Y dotrą do ostatniego przerzutnika.
Liczniki dziesiętne (dekady)
Licznik dziesiętny składa się z szeregu dekad liczących,
czyli liczników o okresie P = 10. Dekady, podobnie jak przerzutniki w liczniku
dwójkowym, mogą być łączone szeregowo lub równolegle. Stany poszczególnych dekad
odpowiadają liczbom dziesiętnym kodowanym dwójkowo. Najczęściej stosowanym kodem
jest kod 8421, w którym kolejne cyfry 0, 1,..., 9 są kodowane naturalnym kodem
dwójkowym.
Poniżej przedstawiono dekadę asynchroniczną, zbudowaną z
przerzutników typu D. Przerzutniki Q1 i Q3 są "odwrócone"
i wtedy elementy NAND pełnią funkcję iloczynów.
Dekada 8421 szeregowa z przerzutników typu D
Dekady asynchroniczne są zwykle łączone szeregowo, rolę sygnału
przeniesienia odgrywa wtedy sygnał Q3 z wyjścia ostatniego przerzutnika.