Схемота / DgCxT_konspekt_lektsiy_1-14

предыдущих триггеров. Поэтому состояние триггера меняется в ответ на измене-

ние состояния предыдущего триггера.

Рисунок 56 – Внутренняя структура и тактовая диаграмма двоичного асинхронного суммирующего счетчика

Как видно из тактовой диаграммы на каждом такте цифровой код на выходе счетчика увеличивается на 1. Дойдя до максимального значения (111 – цифра 7)

счетчик обнуляется.

Поскольку в асинхронном счетчике каждый следующий триггер получает тактирование от предыдущего, а в каждом триггере имеется задержка переключе-

ния, то моменты переключения триггеров не совпадают и каждый следующий триггер переключается позже предыдущего.

7.2 Асинхронный двоичный вычитающий счетчик

На рисунке приведена схема асинхронного трехразрядного двоичного вычи-

тающего счетчика, построенного на базе Т-триггеров.

Рисунок 57 – Внутренняя структура двоичного асинхронного вычитающего счетчика

Отметим, что условия для изменения состояний триггеров вычитающих счет-

чиков аналогичны условиям для суммирующих счетчиков с той лишь разницей,

что они должны “опираться” на значения инверсных, а не прямых выходов триг-

геров. Следовательно, рассмотренный выше счетчик можно превратить в вычита-

ющий, просто переключив входы “С” триггеров с выходов Q на выходы . Когда в качестве разрядных триггеров используются Т-триггеры, синхронизируемые пе-

редним фронтом синхроимпульсов, для получения вычитающего счетчика (асин-

хронного) входы “Т” последующих триггеров соединяются с прямыми выходами предыдущих, также как в счетчике прямого счета.

Работа вычитающего счетчика на Т-триггерах наглядно иллюстрирована на рисунке.

Рисунок 58 – Тактовая диаграмма двоичного асинхронного вычитающего счетчика

Из рисунка следует, что после нулевого состояния всех триггеров, с прихо-

дом первого синхроимпульса они устанавливаются в состояние “1”. Поступление второго синхроимпульса приводит к уменьшению этого числа на одну единицу и т.д. После поступления восьмого импульса, снова, все триггеры обнуляются и цикл счета повторяется, что соответствует модулю М=8.

7.3 Асинхронный двоичный универсальный (суммирующий и вычитающий) счетчик

В некоторых случаях необходимо, чтобы счетчик мог работать как в пря-

мом, так и в обратном направлении счета. Такие счетчики называются реверсив-

ными (универсальными). Реверсивные счетчики могут быть как асинхронного,

так и синхронного типа. Они строятся путем применения логических коммутато-

ров (мультиплексоров) в цепях связи между триггерами. Так, например, асин-

хронный реверсивный двоичный счетчик можно построить, если обеспечить по-

дачу сигналов с прямого (при суммировании) или с инверсного (при вычитании)

выхода предыдущего Т-триггера на счетный вход последующего.

Импульсы, поступающие для счета, попадают на вход 1-го триггер а, а вы-

ходят с него по двум каналам: при прямом счете с прямого выхода, а при обратном

– с инверсного. Для того, чтобы управлять путями движения, служат элементу И-

НЕ. Такие ячейки ставятся после каждого триггера. Управляющим сигналом для прямого и обратного счета являются логические нули на входах элементов ЛЭ1 и

ЛЭ2.

Рисунок 59 – Внутренняя структура универсального счетчика

Например, при 1 на входе +1 и 0 на входе -1 происходит движение импульса при прямом счете, а при 1 на входе -1 и 0 на входе +1 при обратном счете.

Рисунок 60 – Двоичный четырехразрядный реверсный счетчик К155ИЕ7

Среди большого многообразия МС счетчиков можно выделить К155ИЕ7 –

двоичный четырехразрядный реверсный счетчик.

7.4 Счетчики с обратными связями и модулем счета не кратным 2

Все рассмотренные ранее счетчики имеют модуль счета или коэффици-

ент пересчета 2n, где n – количество триггеров в счетчике. На практике часто используются счетчики как делители частоты с коэффициентом отличным от

2n. Наиболее часто используются счетчики с модулем счета 10, т.е. двоично-

десятичные счетчики. При построении таких счетчиков в основном использу-

ется метод управляемого сброса. При этом методе принудительно формируется сигнал сброса триггеров счетчика при появлении на его выходе кода, совпада-

ющего с требуемым модулем счета.

Рисунок 61 – Внутренняя структура счетчика с модулем пересчета 10

В представленном на рисунке счетчике имеется логический элемент И. На выходе такого элемента будет логический 0 если хотя бы один входной сигнал имеет уровень 0, что не позволит сбросить триггеры (уровень сброса по входам R

– лог. 1). Данное условие будет соблюдаться вплоть до числа 10. Двоичный код числа 10 – 1010 (старший разряд Q3 -1, следующий Q2 -0 и т.д.). На вход элемента И подается прямой сигнал Q3 (1), инверсный Q2 (1, поскольку прямой – 0), пря-

мой сигнал Q1 (1), инверсный Q0 (1, поскольку прямой – 0) что и дает в результате на выходе элемента И лог. 1. Данный логический уровень подается на входы

сброса триггеров, и они обнуляются при достижении числа 10, после чего счет начинается сначала.

Рисунок 62 – Тактовая диаграмма счетчика с модулем пересчета 10

Аналогичным образом можно построить счетчик на любой коэффициент пересчета не кратный 2n. Например, для коэффициента пересчета 13 (1101 в дво-

ичном виде) необходимо подключить на вход элемента И прямые выходы Q3, Q2

и Q0.

Неделя 8

8.1Кольцевой счетчик

Врассмотренных ранее счетчиках их выходной код соответствует числу импульсов, поступивших на вход. В ряде случаев необходимо чтобы каждому входному импульсу соответствовал сигнал на определенном выходе устройства.

Одним из способов решения этой задачи является применение кольцевых счетчи-

ков, представляющих собой сдвиговый регистр, выход последнего разряда кото-

рого подключается к входу первого разряда.

C

INIT

Рисунок 63 – Внутренняя структура кольцевого счетчика

Для того, чтобы кольцевой счетчик функционировал корректно, его необ-

ходимо перед началом использования установить в начальное состояние. Для этого используется сигнал INIT, который первый триггер устанавливает в состо-

яние лог. 1 (вход S), а два других триггера устанавливает в состояние лог. 0 (входы

R).

В этом счетчике по импульсу синхронизации (по фронту) логическая еди-

ница из первого триггера переписывается во второй, а в первый триггер из по-

следнего разряда записывается сигнал логического нуля. По следующему им-

пульсу синхронизации логическая единица переписывается из второго триггера в

третий, а во второй записывается логический ноль из первого триггера и т.д. Про-

цесс переключения триггеров показан на временной диаграмме.

Рисунок 64 – Тактовая диаграмма кольцевого счетчика

Модуль счета такого счетчика равен числу разрядов (триггеров), в данном случае М = 3 (на три тактовых входных импульса один выходной, причем на лю-

бом из триггеров). Для увеличения модуля счета необходимо увеличить количе-

ство триггеров в кольце до необходимого значения.

8.2 Счетчик Джонсона

На базе регистров сдвига можно построить кольцевые счетчики - счетчики Джонсона. Счетчик Джонсона имеет коэффициент пересчета, вдвое больший числа составляющих его триггеров. В частности, если счетчик состоит из трех триггеров (M=3), то он будет иметь шесть устойчивых состояний. Счетчик Джон-

сона используется в системах автоматики в качестве распределителей импульсов

и т.д. Количество разрядов счетчика определяется количеством триггеров. Рас-

смотрим схему трехразрядного счетчика Джонсона, выполненного на базе D-

триггеров (регистр сдвига реализован на D-триггерах). Для построения кольце-

вого счетчика достаточно соединить инверсный выход последнего триггера реги-

стра (последнего разряда) с входом “D” (с входом, предназначенным для ввода последовательной информации) первого триггера.

C

INIT

Рисунок 65 – Внутренняя структура счетчика Джонсона

Предположим, что вначале все триггеры находятся в состоянии “0”, т.е. Q0= Q1=Q2=0 (сигнал INIT сбрасывает все триггеры перед началом работы. При этом на входе “D” первого триггера присутствует уровень “1”, т.к =1. Первым син-

хроимпульсом в триггер запишется “1”, вторым - единица запишется в первый триггер, из первого - во второй и т.д. до тех пор, пока на всех выходах регистра не будет “1”. После заполнения регистра единицами, на инверсном выходе треть-

его триггера появится =0 и четвертым синхроимпульсом в первый триггер за-

пишется логический “0”.

Рисунок 66 – Тактовая диаграмма счетчика Джонсона

После поступления последующих трех синхроимпульсов регистр обнуля-

ется и на его вход “D” снова подается уровень “1”. Таким образом, цикл повторе-

ния состояния кольцевого счетчика состоит из шести тактов синхросигнала. Как видим, при работе в начале от первого триггера до последнего триггера распро-

страняется “волна единиц”, а затем “волна нулей”.

8.3 Синхронный счетчик

Все ранее рассмотренные типы счетчиков могут быть использованы в циф-

ровых устройствах невысокого быстродействия, когда частота следования син-

хроимпульсов не превышает критического значения, при котором время задержки установки триггеров последних (старших) разрядов счетчика становится соизме-

римым с длительностью периода входных тактовых импульсов. В связи с этим,

асинхронные счетчики строятся на относительно небольшое количество разря-