Цифровые устройства (стр. 3 из 4)
В приведенной схеме JK – триггеры дважды превращены в D – триггеры. Одно превращение осуществлено для организации записи с использованием вспомогательных инверсных входов S и R и, добавлением двух элементов И –НЕ. Этот способ построения триггера показан на рис 1.14.5. Запись числа в регистр в параллельном коде происходит при подаче числа на входы х1, х2, х3 и сигнала «1» на вход «зап». Для считывания информации из регистр в последовательном коде JK – триггеры второй раз превращены в D – триггеры у которых выходы каждого триггера соединены со входом D следующего, как это делается в последовательном регистре. Во втором случае JK – триггеры превращены в D – триггеры способом показанном на рис 1.14.8, но вместо дополнительного инвертора используется инверсный выход предыдущего триггера. Исключение составляет первый триггер, у которого входы J и K объединены и соединены с основным входом этого же триггера. Благодаря такой схеме после подачи импульсов считывания первый триггер оказывается в состоянии «0».
4. Последовательно – параллельный регистр.
Для построения последовательно – параллельного регистра достаточно в последовательном регистре организовать параллельное считывание используя дополнительные элементы И – НЕ, как это показано на рис 1.14.12.
 |
Рис. 1.14.12
При подаче сигнала «1» на вход «счит» значение разрядов числа с инверсных выходов триггеров поступают на выходы У1, У2, У3 через элементы И – НЕ.
1.14.6 Счетчики импульсов.
Счетчиком называется устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поступающих на его вход, и фиксации этого числа в виде кода, хранящегося в триггерах. Счетчик относится к последовательным логическим устройствам. Число разрядов счетчика определяется наибольшим числом подсчитываемых импульсов. В счетчиках имеется один вход и n выходов по числу разрядов. Для установки начального состояния счетчика (сброс в ноль) обычно предусматривается вход сброса.
По назначению счетчики могут быть суммирующими, вычитающими и реверсивными.
Суммирующие счетчики производят сложение чисел поступающих на вход импульсов с тем числом, которое хранилось в нем.
Вычитающие счетчики производят вычитание числа поступающего импульса из начального числа, записанного в нем заранее.
Реверсивные счетчики могут производить как сложение, так и вычитание поступающих на вход импульсов в зависимости от управляющих сигналов, меняющих режим работы счетчика.
По способу переноса сигнала в старший разряд счетчики могут быть с последовательным, параллельным и сквозным переносом.
Счетчики отличаются друг от друга кодом, в котором они работают. Код всегда бывает двоичным, но может иметь различные веса разрядов, например вес 8421 или 5211 и т.п., двоично-десятичным, когда значение каждого разряда десятичного числа кодируется двоичным кодом.
Счетчики бывают синхронными, когда счетные импульсы подаются счетные входы всех триггеров, и асинхронными, когда сигнал на счетный вход какого-либо триггера подается с выхода одного из триггеров младших разрядов.
Счетчики строятся на Т – триггерах или на универсальных JK – триггерах.
Максимальное число, которое может быть записано в счетчике, равно числу его состояний и называется модулем счета Ксч . Счетчик , не имеющий дополнительных связей , имеет модуль счета Ксч = 2n . Счетчики, имеющие модуль счета 2n , называются двоичными. Если Ксч ¹ 2n, то счетчик называется не двоичным. Одним из недвоичных является двоично-десятичный счетчик.
1. Суммирующий двоичный асинхронный счетчик с последовательным переносом.
 |
Схема двоичного счетчика с последовательным переносом на JK – триггерах, работающего в коде 8421, показана на рис 1.14.13. Здесь JK – триггеры превращены в Т – триггеры путем подачи «1» на вход J и K .
Рис. 1.14.13
Поскольку триггеры имеют инверсный динамический вход, то каждый последующий триггер будет переключаться при сбросе в «0» предыдущего триггера. Важным параметром счетчика является его максимальное время установления кода, т.е. время, необходимое для установления кода после подачи счетного импульса. В схемах счетчиков с последовательным переносом максимальное время установления Туст определяется суммой времени задержки переключения всех триггеров. Время установления Туст определяет быстродействие счетчика. Счетчики с последовательным переносом обладают сравнительно плохим быстродействием.
2. Суммирующий двоичный счетчик с последовательным переносом.
Наличие сигнала переноса в старший разряд определяется выражениями:
P12 = Q1×C1; P23 = Q1×Q2×C; P34 = Q1×Q2×Q3×C,
, где Р12 – сигнал переноса из первого разряда во второй; Р23 – сигнал переноса из второго разряда в третий и т.п.
Для любого разряда Pn(n+1) = Q1×Q2×Q3, …, Qn×C . В схеме счетчика с параллельным переносом сигналы переноса в каждый разряд формируются согласно приведенным формулам.
Схема счетчика с параллельным переносом показана на рис 1.1.4.14.
Рис. 1.14.14
Время установления кода при параллельной организации переноса определяется задержкой переключения одного триггера и временем задержки срабатывания схем И и существенно меньше, чем при последовательном переносе.
Недостатком параллельного переноса является то, что при большом числе разрядов требуются схемы И с большим числом входов.
2. Суммирующий счетчик со сквозным переносом.
 |
При сквозном переносе триггеры счётчика объединяются в группы, внутри каждой группы осуществляется параллельный перенос, а между группами – последовательный. На рис 1.14.15 представлена схема счетчика со сквозным переносом, каждая группа которого содержит по два триггера. При такой организации переноса все схемы умножения должны быть двухвходовыми. Время установления кода в счетчике со сквозным переносом определяется задержкой переключения триггера, задержка переключения схем И и инвертора в одной группе и количеством групп. Таким образом, быстродействие такого счетчика является промежуточным между быстродействиями счетчиков с последовательным и параллельным переносом.
4. Реверсивный счётчик.
 |
Для построения вычитающего счетчика достаточно подать сигнал переноса на триггер старшего разряда не с прямого выхода предыдущего триггера, а с инверсного.
Связи между триггерами реверсивного счётчика соответствуют как суммирующему, так и вычитающему счётчику, но работает только одна из связей, которая определяется командой «Реверс» и подается на элемент И–НЕ, включенные в цепи передачи сигнала переноса. Схема реверсивного счётчика показана на Рис 1.14.16.
Пример синтеза двоично-десятичного счетчика.
Пусть требуется синтезировать асинхронный счетчик, работающий в коде 5-2-1-1. В соответствии с заданным кодом заполняем левую часть табл. 1 функционирования счётчика (столбцы Q4, Q3, Q2, Q1, n).
Таблица 1
| .n | Q4 | Q3 | Q2 | Q1 | J1 | K1 | J2 | K2 | J3 | K3 | J4 | K4 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | - | 0 | - | - | - | - | - |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | - | 0 | 1 | - | - | - | - | - |
| 2 | 0 | 0 | 1 | 1 | - | 0 | - | 1 | 1 | - | - | - |
| 3 | 0 | 1 | 0 | 1 | - | 0 | 1 | - | - | - | - | - |
| 4 | 0 | 1 | 1 | 1 | - | 1 | - | 1 | - | 1 | 1 | - |
| 5 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | - | 0 | - | - | - | - | - |
| 6 | 1 | 0 | 0 | 1 | - | 0 | 1 | - | - | - | - | - |
| 7 | 1 | 0 | 1 | 1 | - | 0 | - | 1 | 1 | - | - | - |
| 8 | 1 | 1 | 0 | 1 | - | 0 | 0 | - | - | - | - | - |
| 9 | 1 | 1 | 1 | 1 | - | 1 | - | 1 | - | 1 | - | 1 |
В таблице n – номер состояния счетчика, меняющийся на единицу при подаче каждого счетного импульса; Q1, Q2, Q3 и Q4 – логические переменные на выходе четырех триггеров, первый триггер с выходом Q1 соответствует первому младшему разряду; J и K – значения соответствующих сигналов на соответствующих входах JK – триггеров.