9.5. Последовательностные логические цепи

9.5.1. Классификация последовательностных логических цепей

Последовательностными называются логические цепи (ПЛЦ), выходной сигнал которых зависит как от входных сигналов, действующих в данный момент времени, так и от предыдущего состояния этой цепи. В структуре ПЛЦ обязательно имеется элемент памяти, характерным признаком которого является наличие положительной обратной связи с выхода на вход. По функциональному назначению ПЛЦ можно разделить на следующие 4 группы (рис. 9.7): 1) триггеры; 2) регистры; 3) счетчики; 4) делители частоты.

Рис. 9.7

Триггеры – это ПЛЦ, имеющие два устойчивых состояния. В каждом из этих состояний триггер (Тг) может находиться неограниченно долго (пока приложено напряжение питания и отсутствуют информационные сигналы, переводящие Тг из одного состояния в другое).

Основными типами Тг являются: RS-триггеры, D-триггеры, JK-триггеры и Т-триггеры, отличающиеся видом характеристического уравнения, определяющего логику работы. Различают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые) Тг. Асинхронные Тг переключаются из одного устойчивого состояния в другое сразу после изменения сигналов на его управляющих входах.

Переключение синхронных Тг происходит при наличии разрешающего тактового сигнала на его специальном, тактовом входе. Тактирование может осуществляться импульсом (потенциалом) или фронтом (перепадом потенциала).

В первом случае сигналы на управляющих входах оказывают влияние на состояние Тг только при разрешающем потенциале на тактовом входе.

Во втором случае воздействие управляющих сигналов проявляется только в момент перехода единица – ноль или ноль – единица на тактовом входе.

Рис. 9.8

Существуют также универсальные Тг, которые могут работать как в тактируемом, так и нетактируемом режимах. На рис. 9.8а,б показаны временные диаграммы, поясняющие работу RS-триггера соответственно при тактировании уровнем и при тактировании фронтом. Здесь символами S, R, C, Q обозначены соответственно вход установки в 1 (S), вход установки в 0 (R), тактовый вход (С) и прямой выход (Q) Тг. Стрелки на диаграмме С (рис. 9.8б) указывают, что переключение триггера происходит по переднему фронту тактового импульса, т.е. при перепаде из 0 в 1.

Регистры (Рг) – это ПЛЦ, имеющие несколько рабочих состояний и выполняющие функции хранения и преобразования цифровых кодов. В зависимости от назначения Рг можно разделить на регистры памяти (РгП), регистры сдвига (РгС), кольцевые регистры (РгК) и счетчики Джонсона. Основой построения Рг служат синхронные D- и JK-триггеры.

Счетчики (Сч) – это ПЛЦ, число рабочих состояний которых  2^k, предназначенные для подсчета количества импульсов, поданных на тактовый вход, и хранения полученного числа в заданном коде. В зависимости от способа тактирования Сч делятся на асинхронные и синхронные.

В синхронных Сч тактовые входы всех триггеров подключаются к одной точке, куда и подаются входные тактовые импульсы.

В асинхронном Сч тактовые входы триггеров подключаются к выходам триггеров более младших разрядов, в результате чего переход Сч из одного устойчивого состояния в другое происходит за более длительное, по сравнению с синхронным Сч, время. Однако асинхронные Сч имеют более простую схему управления.

Основным параметром Сч является коэффициент пересчета М (модуль счетчика), который показывает, сколько импульсов надо подать на тактовый вход, чтобы Сч, находясь в исходном состоянии, прошел все рабочие состояния и вернулся в исходное. По значению этого параметра Сч делятся на двоичные и недвоичные.

Двоичные Сч (ДВСч) имеют максимально возможное число рабочих состояний, равное 2^k. Коэффициент пересчета недвоичных Сч (НДВСч) определяется формулой М < 2^k. Наиболее часто на практике применяются НДВСч с коэффициентами пересчета 10 – десятичные Сч (ДСч) и 6 – шестиричные Сч. Сч могут работать не только в режиме суммирования количества импульсов, подаваемых на их тактовый вход, но и в режиме вычитания, при котором число, записанное в Сч, уменьшается на единицу при поступлении на тактовый вход одного импульса. Такие Сч называются вычитающими.

Существуют микросхемы Сч, которые могут работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания. Это так называемые реверсивные Сч (РСч).