5.1.3. Последовательный регистр

Последовательные регистры строят на базе сдвигающих, взаимно связывая триггеры последовательно слева на право или наоборот.

Для ввода n цифр кода разряд за разрядом в последовательный регистр требуется n тактов работы. При непрерывном поступлении тактовых синхроимпульсов (ТИ) код непрерывно сдвигается, а регистр называют бегущим.

Для сохранения информации в бегущем регистре его выход и вход замыкают кольцом обратной связи через схему управления. Такой последовательный регистр называется кольцевым.

5.2. Счетчики

Счетчиком называется цифровой автомат для счета, регистрации числа импульсов (единиц информации), поступивших на его информационный вход.

Схема счетчика содержит n связанных между собой триггеров, расположенных по возрастанию их разрядного веса 2⁰, 2¹,…, 2^n-1 так, что вход младшего триггера служит информационным входом счетчика.

Номер состояния счетчика, как и регистра, определяется совокупностью значений Q_i на выходах триггеров, образующих двоичный код числа

, где .

Счетчики можно классифицировать по нескольким признакам. В зависимости от направления счета различают: суммирующие (с прямым счетом), вычитающие (с обратным счетом) и реверсивные (с прямым и обратным счетом). Если с каждым входным импульсом записанное в счетчике число увеличивается, то такой счетчик является суммирующим, если же оно уменьшается, то – вычитающим. Счетчик, работающий как на сложения, так и на вычитание, называют реверсивным. По способу организации схемы переноса различают счетчики с последовательным, сквозным, параллельным и комбинированным переносом единицы от разряда к разряду. В зависимости от наличия синхронизации (различают синхронные и асинхронные счетчики).

К основным параметрам счетчиков относятся модуль (коэффициент) пересчета К_С и быстродействие. Модуль пересчета К_С равен числу устойчивых состояний, которое может принимать данный счетчик.

Счетчик, содержащий n двоичных разрядов, может находиться в состояниях 0,1,2,…, 2-1. При поступлении на вход суммирующего счетчика 2-й единицы он переходит из состояния 2^n-1 в состояние 0. Таким образом, n-разрядный суммирующий счетчик имеет модуль пересчета .

Быстродействие счетчика определяется его разрешающим временем t_разр., равным тому минимальному отрезку времени между двумя поступающими на вход импульсами, при котором эти сигналы воспринимаются счетчиком как раздельные. Минимальный период повторения входных импульсов T_min не должен быть меньше разрешающего времени . Быстродействие удобно характеризовать также максимально возможной частотой поступления входных сигналов, наименьшей длительности , при которой счетчик реагирует на каждый входной импульс:

.

Счетчики реализуются на Т-, Д-, JК – триггерах.

5.2.1. Суммирующий счетчик

Суммирующий асинхронный счетчик с последовательным переносом

В суммирующих счетчиках записанное число при каждом входном импульсе, увеличивается на 1. Поэтому их строят с учетом правила увеличения двоичного кода на 1: «Двоичный код числа А+1 получается из двоичного кода числа А путем инвертирования младшего из нулей и старших правее него единиц».

Например,

Из этого правила можно сделать следующие выводы:

- триггер младшего (нулевого) разряда должен переключаться при воздействии каждого единичного сигнала;

- при очередном входном единичном сигнале 1-й триггер счетчика переключается независимо от исходного состояния, если все триггеры предыдущих младших разрядов переключаются из состояния Q=1 в состояние Q=0;

- переключение i-го триггера вызывается отрицательным перепадом на входе 1/0.

На основании этих выводов заключаем, что при построении суммирующего счетчика на асинхронных Т-триггерах инверсные Т-входы триггеров следует соединять с прямыми выходами предыдущих триггеров, а при прямых Т-входах их надо соединять с инверсными выходами предыдущих триггеров. Рассмотрим трехразрядный суммирующий счетчик на асинхронных Т-триггерах с инверсными Т-входами (см. рис. 5.8.).

Рис. 5.8.

В начале работы все триггеры счетчика установлены в нулевое состояние. Затем в каждом такте на счетный вход младшего триггера ТТ₀ поступает очередной импульс (n+1), окончание которого вызывает переход в единичное состояние только триггера ТТ₀. Его вход является счетным входом следующего триггера ТТ₁ и т.д. Из временных диаграмм и соответствующих двоичных обозначений состояний триггеров следует, что в промежутках между входными сигналами состояние счетчика представляет собой двоичный код числа поступивших сигналов.

Когда все n триггеров заполнены единицами, то в счетчике записано наибольшее число . Очередной 2ⁿ-й импульс обнуляет счетчик, и далее ведется новый цикл счета от 0 до . Каждый триггер счетчика является делителем частоты поступивших на его вход импульсов на два. Общий коэффициент деления счетчика равен К_С=2.

Запуск каждого последующего триггера счетчика происходит только после срабатывания предыдущего, т.е. с некоторой задержкой (рис. 5.8). Это снижает быстродействие счетчика: его разрешающее время будет возрастать пропорционально количеству разрядов , где t_{уд.р.ср.т.}- среднее время задержки распространения сигнала при срабатывании одного триггера. Отсюда с учетом длительности входного импульса in максимальная частота работы счетчика с последовательным переносом и соответственно минимальный период повторения входных импульсов определяются по формулам:

; Т_н=1/Fn.

Помимо суммирующих, существуют вычитающие и реверсивные счетчики с последовательностным переносом. Принцип их построения аналогичен вышеописанному, т.е. перенос (переключение триггеров) осуществляется последовательно (последующий триггер переключается только после переключения предыдущего).