9. Регистр сдвига

Регистром сдвига называют цифровую схему, состоящую из n последовательно включенных триггеров, содержимое которых можно сдвигать па один разряд влево или вправо подачей тактовых импульсов.

На рис. 20 приведена схема регистра сдвига на D – триггерах с импульсными входами.

Работу схемы при подаче на вход С синхроимпульсов и при SI=1 поясняют временные диаграммы (Рис. 21).

По переднему фронту первого синхроимпульса произойдет запись входного сигнала регистра SI в первый триггер (старший разряд). В соответствии со значением SI=1 установится Q2=1. Однако, изменение Q2 произойдет с задержкой во времени относительно переднего фронта сигнала С. Несмотря на то, что сигнал С подается параллельно на все триггеры, смены состояния в остальных триггерах не произойдет. На входах всех триггеров, кроме первого к моменту поступления переднего фронта первого импульса С присутствует логический сигнал, равный нулю.

К моменту появления фронта второго импульса входные сигналы первого и второго триггеров равны единице. Первый триггер останется в состоянии 1, а второй – установится в 1. Если изменить значение входного сигнала и подать SI=0, то аналогично изменят состояние триггеры регистра.

Рассмотренное свойство регистра сдвига на D-триггерах используется в схемах однофазной синхронизации. Кроме того, регистр сдвига позволяет записать число, представленное последовательным кодом.

Рассмотрим действие регистра при записи: и него числа 011, начиная с правого — младшего — разряда.

До записи числа все триггеры устанавливают в нулевое состояние. Затем па вход схемы подается серия импульсов, соответствующая записываемому числу, а на вход С подаются тактовые импульсы. Сначала на вход поступает импульс, соответствующий младшему из записываемых разрядов. В конце тактового импульса он дает Q2=1 на выходе левого триггера. В конце следующего тактового импульса информационный импульс продвигается на выход следующего триггера .. Одновременно продвигаются вправо и другие цифры записываемого числа. После прихода трех тактовых импульсов все число оказывается записанным в трех триггерах, причем старший разряд числа записи в левом триггере, а младший — в правом. Чтобы записанная информация сохранилась, дальнейший сдвиг прекращается. Это осуществляется прекращением подачи тактовых импульсов.

Описанный регистр называется регистром сдвига с последовательным приемом информации. Выдача информации у него может быть как параллельной, так и последовательной. При параллельной выдаче информация снимается одновременно с выходов всех триггеров. Последовательная выдача осуществляется с выхода Q_N при последующих тактовых импульсах.

10. Счетчики.

Классификация

Счётчики классифицируют:

• по числу устойчивых состояний триггеров

  • на двоичных триггерах

  • на троичных триггерах

  • на n-ичных триггерах

• по модулю счёта:

  • двоично-десятичные;

  • двоичные;

  • с произвольным постоянным модулем счёта;

  • с переменным модулем счёта;

• по направлению счёта:

  • суммирующие;

  • вычитающие;

  • реверсивные;

• по способу формирования внутренних связей:

  • с последовательным переносом;

  • с ускоренным переносом;

    • с параллельным ускоренным переносом;

    • со сквозным ускоренным переносом;

  • с комбинированным переносом;

  • кольцевые;

• по способу переключения триггера:

  • синхронные;

  • асинхронные;

• Счётчик Джонсона

Счетчик – устройство для подсчета числа импульсов, поданных на его вход. Из таблицы двоичных чисел, расположенных в порядке возрастания, или убывания, следует, что младший разряд двоичных кодов переключается от каждого входного импульса, а частота переключения каждого последующего уменьшается вдвое. Следовательно, счетчик – цепочка последовательно включенных счетных триггеров, каждый из которых делит частоту повторения входных импульсов на два. Если каждый триггер в цепочке переключается спадом импульса (при переходе из 1 в 0), то получим счетчик прямого счета, а если переключается фронтом – то получим счетчик обратного счета. Реверсивные счетчики изменяют направление счета под воздействием управляющего сигнала или при смене точки подачи входных сигналов. Для построения реверсивных счетчиков используется способ переключения межразрядных связей.

Счетчики с последовательным переносом имеют низкое быстродействие. Максимальное время установления возникает при переключениях всех разрядов от кода 11…1 к коду 00…0. Это время пропорционально разрядности счетчика и времени переключения триггеров. Быстродействие увеличивается в счетчиках со сквозным переносом. Рассматривая пример суммирования двоичных чисел 0011₂+1=0100₂ , можно сделать вывод, что для получения результата можно проинвертировать все младшие разряды, установленные в единицу, и первый разряд, содержащий нуль.

Максимальную емкость счетчика определяет модуль М. Для n-разрядного счетчика модуль M=2ⁿ. Для построения счетчика с произвольным модулем К, не выражаемым целой степенью числа 2 используется способ исключения лишних состояний. Исключение в качестве лишних некоторого числа первых состояний приводит к ненулевому начальному состоянию счетчика и регистрации в счетчике кода с избытком. В счетчиках с исключением последних состояний счет ведется до достижения кода К-1, далее производится сброс счетчика в нулевое состояние.

Действие трехразрядного двоичного счетчика на JK -триггерах (рис. 22) поясняют временные диаграммы (рис. 14.47, б), из которых следует, что до прихода первого импульса все триггеры находились в нулевом состоянии. Срез первого импульса переключает нулевой триггер в единичное состояние. Затем срез второго импульса переключает его в нулевое состояние и т. д. Триггер под номером 1 переключается срезом импульса с выхода триггера 0 и т. д. Из временных диаграмм видно, что частота следования импульсов каждым триггером делится на 2.

После прихода восьми импульсов все четыре триггера находятся в таком же состоянии, как и до прихода первого импульса. Наблюдая состояние выходов Q₀, Q₁, Q₂ можно судить о том, сколько пришло импульсов.

Описанный счетчик называется асинхронным или последовательным. В нем каждый последующий каскад считает после предыдущего.

Десятичный счетчик. Десятичный счетчик состоит из декадных счетчиков, причем число декадных счетчиков равно максимальному разряду десятичных чисел, которые счетчик может считать. Каждый декадный счетчик является двоично-десятичным. Он считает в двоично-десятичном коде от 0 до 10. При поступлении на вход декадного счетчика десятого импульса все его выходы устанавливаются в нулевое состояние.