Счетчики

Счетчиком называется автомат, изменяющий последовательно свои состояния с приходом каждого импульса тактового сигнала. В зависимости от способа организации счета делятся на асинхронные импульсные и синхронные; по способу кодирования внутренних состояний различают двоичные, двоично-десятичные счетчики, счетчики по модулю 6 (часовые) и т.д. Помимо этого различают счетчики суммирующего типа, реверсивные и проч.

Асинхронные в простейшем случае выполняются в виде последовательного соединения Т-триггеров:

Работу счетчика можно пояснить с помощью временной диаграммы.

К ак видно, задержка от изменения состояния тактового сигнала до изменения соответствующего выхода (разряда) растет по мере удаления этого выхода от входа счетчика. Этим и обусловлено название «асинхронный». После накопления максимального для конкретного счетчика значения счет вновь начинается с нуля.

Примером счетчиков этого типа может быть ИС 155ИЕ5. Он фактически состоит из одноразрядного счетчика со входом С1 и выходом Q0, а также трехразрядного счетчика со входом С1. Оба счетчика имеют совместные входы обнуления 2 и 3. Обнуление выполняется при подаче высокого уровня обоих сигналов R. Установка нуля имеет больший приоритет по сравнению с тактовым сигналом.

Аналогичный асинхронный двоично-десятичный счетчик 155ИЕ2 изменяет состояние от нуля до девяти.

Синхронные счетчики используют комбинационные схемы для подготовки входов в JK- или D-триггеры. Как правило, эти счетчики позволяют помимо установки нуля заносить произвольный код на внутренние триггеры, могут выполнять как накопление, так и уменьшение содержания триггеров, т. е. осуществлять реверсирование изменения состояния. Примером такого счетчика может быть ИС 155, 555ИЕ7 с раздельным тактовым вход ом увеличения (U –up) и уменьшения (D – down) содержимого триггеров. Для каскадирования счетчиков используются выходы переноса тактовых сигналов PU, PD. Занесение информации со входов D в триггеры осуществляется низким уровнем сигнала L, обнуление – высоким уровнем R.

Аналогичный двоично-десятичный счетчик – 555ИЕ6.

Лекция 13

Цифровые запоминающие устройства (ЗУ)

Предназначены для записи, хранения и воспроизведения информации представленной в двоичном коде.

Различают ЗУ:

- полупроводниковые в виде ИС и на специализированных носителях иного типа (магнитные, оптические и пр.) (в дальнейшем будем рассматривать только полупроводниковые ЗУ, причем, термином ЗУ определяем элементы памяти (отдельные ИС));

- ЗУ с последовательным доступом к информации и произвольным;

- ЗУ с адресацией по местоположению и по содержанию (ассоциативные ЗУ); в последнем случае считывается адрес ячейки, в которой хранится информация, совпадающая со входной;

- ЗУ энергозависимые и энергонезависимые (информация сохраняется только при наличии напряжения питания или оно необязательно для сохранения в течение длительного срока);

- энергонезависимые ЗУ могут быть однократно программируемыми или многократно (перепрограммируемые)

- ЗУ с побитовой и пословной организацией (адресуется каждый бит или целиком слово).

Объемом ЗУ называют максимальное количество информации в байтах, которое может хранить ЗУ. В зависимости от разрядности слов, хранимых в ЗУ, различаются одноразрядные или многоразрядные элементы.

Энергозависимые ЗУ

Зачастую их называют оперативными ЗУ (ОЗУ) или RAM – random access memory, память с произвольной выборкой или доступом (ЗУПВ). Различают статические и динамические ОЗУ. Статические ОЗУ построены на простейших триггерах, динамические используют в качестве элемента хранения информации микроконденсатор и транзистор для повышения уровня сигнала и передачи на выход. ОЗУ первого типа как правило имеют меньший объем из-за сложности схемы, но динамические ЗУ требуют постоянного подновления или регенерации заряда конденсатора из-за наличия токов утечки.

С хема элемента статического ЗУ на КМОП транзисторах приведена ниже. Она представляет собой RS-триггер, выполненный на инверторах VT2, VT3 и VT4, VT5.

Шины данных обеспечивают как передачу прямого и инверсного одноразрядных кодов с выводов ИС через усилитель записи к элементу памяти, так и обратную передачу от элемента памяти на выход ИС через усилитель считывания. Транзисторы VT1, VT2 работают как двунаправленные. Открываются эти транзисторы высоким уровнем сигнала «Разрешение операции», формируемым дешифратором управления выбора элементов в зависимости от адреса и сигнала разрешения выбора ИС.

Несколько сложнее базовый элемент памяти для ИС ОЗУ ТТЛ, что вызвано необходимостью разделения шин передачи и приема данных.

Количество параллельно записываемых и считываемых разрядов в статических ИС RAM может быть 1, 4, 8, емкость – от 64 бит для 155РУ2 (16х4) до 16 К бит – для 537РУ10 (2Кх8). ИС с небольшой разрядностью слова имеют, как правило, разделенные входы и выходы, ИС с большой разрядностью – с совмещенными входами и выходами.

Статические ИС ЗУ имеются как в общих сериях логических элементов (155, 531, 561), так и в специализированных сериях 541 (ТТЛШ), 537 (КМОП)

Пример ЗУПВ КМОП 537РУ13, емкостью 1Кх4 с совмещенными входами/выходами; направление передачи данных определяется сигналом WE (разрешение записи). Если WE=0 и CS=0 (разрешение выбора ИС) – выполняется операция записи и данные поступают с выводов ИС к внутренним ее элементам памяти. При WE=1 и CS=0 осуществляется считывание информации с внутренних ячеек памяти и передачу их на выходы ИС. Если CS=1, выходы ИС находятся в состоянии высокого импеданса.