книги из ГПНТБ / Гутников, В. С. Интегральная электроника в измерительных приборах

в нуле, и с 1 на 0, если предыдущий триггер стоит в единице. Изменение же потенциала на счетном входе триггера с 1 на О приведет к его опрокидыванию, т. е. к изменению числа, записан­ ного в счетчике.

Синхронные реверсивные двоичные счетчики лишены ука­ занного недостатка. Поскольку на тактовых (счетных) входах всех триггеров синхронного счетчика в отсутствие входных им­ пульсов сигнал равен нулю, то реверсирование в промежутке между этими импульсами не изменит состояния счетчика. Один из вариантов синхронного двоичного реверсивного счетчика по­ казан на рис. 44, б.

S)

Рис. 44. Асинхронный (а) и синхронный (б) двоичные реверсив­ ные счетчики

Как уже упоминалось раньше, сигналы на выходах некото­ рых инверторов, входящих в состав D- и //(-триггеров, повто­ ряют по форме входной сигнал или его инверсию, но появ­ ляются в два раза реже (это относится к триггерам типа «хо­ зяин— раб» и к симметричным шестиинверторным триггерам). Если обозначить входной сигнал триггера буквой k, то сигналы на выходе этих инверторов описываются конъюнкциями kQ и

kQ или kQ и kQ. Это обстоятельство иногда используют в ревер­ сивных счетчиках со сквозным переносом. Действительно, для переноса в следующий разряд в этом случае можно использо­

вать не выходные сигналы триггера Q и Q, а сигналы с выходов упомянутых инверторов (производя их логическое умножение на

N и N ) .

Десятичные реверсивные счетчики чаще всего строят, вводя дополнительные логические связи в двоичные реверсивные счетчики. При этом следует обращать внимание на то, чтобы при суммировании и при вычитании одним и тем же числам в счетчике соответствовали одинаковые кодовые группы.

89

На рис. 45, а показана схема двоично-десятичного синхрон­ ного реверсивного счетчика, работающего в коде 8—4—2—1-. Кроме двоичных реверсивных межтриггерных связей, в счет­ чике рис. 45, а существуют дополнительные цепи, обеспечиваю­ щие недвоичный переход от кода 1001 к коду 0000 при сумми­ ровании и обратный переход при вычитании.

Найдем выражения для сигналов на управляющих входах триггеров, входящих в счетчик рис. 45, а. Вначале запишем ло­ гические функции для тех входов, па которых сигналы такие

Рис. 45. Реверсивные двоично-десятичные синхронные счетчики, работаю­ щие в коде 8—4—2—1 (а) и самодополняющемся коде 4—2—2—1 (б)

же, как и в двоичном реверсивном счетчике (индексы у обозна­ чений входов соответствуют номерам триггеров):

J-i=r-Ki = P i-i; К2 = Pi-i(QLN + Qx N)\

Д'з = Pi-i (QiQ2n + QhQ^v;k

J 4 = P,_i (QtQsQiN + Q,Q3Qi N).

для сигнала переноса Pi на выходе данного разряда:

P* = Pi-i +

Сигналы, отличные от сигналов двоичного счетчика, возни­ кают на входах / 2, / з и Ki. Найдем их:

J2 — Р[Р i~\(QiN - pQiN) — Pi_i (QiNQ4 + Qi 1VQ2 Q3 Q4) ;

J3 = P,P,_, (QiQ2N + Qi Q2 N) = Pi-i + Qi Q2N Щ ') ;

Kt = Kt = Pi_, (QiA^+ Qi N).

Полученные формулы показывают, что второй триггер при сложении (N = 1) устанавливается в единицу (/2=1) только при условии, что четвертый триггер находится в нуле, а при вычита­

90

нии (iV = 0) — только при условии, что второй, третий и четвер­ тый триггеры не находятся одновременно в нуле. Третий триггер также может при сложении опрокинуться в единицу только при условии, что четвертый триггер находится в нуле, а при вычита­ нии — при условии, что третий и четвертый триггеры не нахо­ дятся одновременно в нуле. Установка в нуль четвертого триг­ гера может происходить каждый раз тогда, когда есть разре­ шающий сигнал на входе К второго триггера.

Все эти условия нужны как раз для того, чтобы обеспечить

всчетчике рис. 45, а недвоичный переход 1001—0000 при сложе­ нии и переход 0000—1001 при вычитании.

Рассмотрим теперь процесс синтеза двоично-десятичных ре­ версивных счетчиков на примере синтеза счетчика, работающего

впредложенном автором самодополняющемся коде 4—2—2—1 (табл. 22). Из табл. 22 видно, что как при суммировании, так и

при вычитании недвоичные переходы происходят только во вто­ ром триггере. Поэтому в данном случае достаточно найти струк­ туру логических цепей, обеспечивающих получение нужных сиг­ налов на входах / и К второго триггера, а на входах остальных триггеров логические цепи будут такими же, как и в двоичном счетчике.

Составляем табл. 25 с указанием потенциалов / 2 и Кг, необ­ ходимых для того, чтобы обеспечить требуемую последователь­ ность кодовых групп при сложении и при вычитании. Прочерки в таблице, как было принято раньше, означают, что потенциал на входе может быть любым, 0 или 1.

Как при сложении, так и при вычитании поведение триггера определяется тем, какие потенциалы присутствуют на его уп­ равляющих входах к моменту прихода разрешающего фронта на тактовый вход. Поэтому, заполняя табл. 25, против данной кодовой комбинации нужно записывать такие входные потен­ циалы /2 и Кг, которые обеспечат переход к последующей кодо­

ных пополам по диагонали в диаграммах табл. 26, говорят о том, что для данного набора аргументов функция должна принимать разные значения в зависимости от того, какой режим установ­ лен в счетчике, суммирование (верхние цифры) или вычитание (нижние цифры). Незаполненные клетки диаграмм указывают кодовые группы, которые не используются в данном двоично­ десятичном коде.

Теперь, исходя из диаграмм табл. 26, составим логические функции так, чтобы при суммировании (iV=l) и при вычитании

(iV = 1) получить требуемые значения сигналов /2 и Кг-

/ 2 = WQi-f- N Qi + Q3 + Qt Кг = NQx-\- N Qi ~\- Q3-\- Q4.

91

Таблица 25

Таблица 26

92

Таким образом, кроме сигнала, характерного для двоичного

счетчика (NQi + NQi), на входы / 2 и Кг нужно с помощью ячеек «ИЛИ» подать соответствующие сигналы с выходов третьего и четвертого триггеров. Именно так и выполнена логическая цепь, обеспечивающая подачу сигналов на входы / и К второго триг­ гера, в счетчике, показанном на рис. 45, б.

Очевидно, минимизированные логические выражения / 2 и Кг можно было бы найти, исходя из диаграмм Вейча для пяти переменных: Qu Q2, Q3, Q4 и N. Однако в данном случае, впи­ сывая в некоторые клетки диаграмм для четырех переменных сразу по две цифры, нам удалось довольно просто обойти труд­ ности, связанные с применением диаграмм Вейча функций пяти переменных.

В заключение отметим, что структура счетчика рис. 45,6 не сложнее структуры счетчика рис. 45, а, поэтому его применение предпочтительнее в тех случаях, когда характерный для него самодополняющийся код обеспечивает упрощение цепей после­ дующей обработки кодовой информации.

Глава седьмая

ДЕШИФРАТОРЫ И ЦЕПИ ИНДИКАЦИИ СОСТОЯНИЙ СЧЕТЧИКОВ

19. Дешифраторы

Дешифраторы — это логические цепи со многими выходами, предназначенные для перевода двоичного (двоично-десятичного- и т. п.) когда в единичный позиционный код. На каждом из вы­ ходов сигнал равен единице (или нулю) только при определен­ ном сочетании входных сигналов. В общем случае полный де­ шифратор имеет п входов и 2п выходов.

Одноступенчатый, или линейный, дешифратор представляет собой набор цепей «И», входы и выходы которых являются со­ ответственно входами и выходами дешифратора.

Двухступенчатые дешифраторы состоят из дешифраторов первой ступени, воспринимающих непосредственно входные сиг­ налы, и дешифраторов второй ступени, на входы которых по­

на 3 входа и 8 выходов. Первая ступень в нем состоит из одного дешифратора, воспринимающего сигналы В я С. На входы де­ шифратора второй ступени поданы как выходные сигналы де­ шифратора первой ступени, так и входной сигнал А.

Двухступенчатый дешифратор 4 входных переменных це­ лесообразно выполнять с двумя дешифраторами первой ступени,

93

один из которых воспринимает т входных сигналов, а второй я—т входных сигналов, причем яг^я/2. В этом случае деши­ фратор второй ступени представляет собой набор из 2™двухвхо­ довых ячеек «И».

В общем случае дешифраторы могут иметь и больше двух ступеней. Наибольшее возможное количество ступеней я-входо-

пени, состоит из схем «И», имеющих следующее суммарное ко­ личество входов:

Л/'2 = яг• 2m -f (я —яг) • 2п~т+ 2 • 2Л.

В этом соотношении предполагается, что /я> 1 и (я — яг)>1. Если же один из двух дешифраторов первой ступени отсутст­ вует (т = 1 или я — т = 1), то соответствующий член полученного соотношения опускается.

Для пирамидального дешифратора, содержащего я — 1 ли­ нейных дешифраторов, построенных на основе двухвходовых ячеек «И», общее количество входов N всех ячеек «И» можно определить по следующей формуле:

N n ~ \ = 2 ■2*+ 2 • 23+ 2 • 24+ . . . + 2 -2л = 2"+2— 23.

Ниже приведена табл. 27, в которой показано количество входов цепей «И», необходимых для построения линейных, двух-

94

ступенчатых и пирамидальных дешифраторов различной слож­ ности.,

Из таблицы видно, что при количестве входов 2—3 целесо­ образно строить линейный дешифратор, а при 4 и более входах более экономичным является двухступенчатый дешифратор.

Световая индикация выходных сигналов дешифраторов мо­ жет производиться с помощью миниатюрных лампочек накали­ вания (например типа НСМ-6,3-20) или светодиодов, которые хорошо согласуются по номинальным напряжениям с выход­ ными напряжениями логических интегральных схем. В табл. 28

приведены характеристики некоторых типов светодиодов [47]. Светодиоды в зависимости от соотношения номинальных токов и допустимых выходных токов логических цепей подключаются

95

непосредственно или через промежуточные усилители к выходам дешифратора и позволяют визуально контролировать его выход­ ные сигналы.

20. Статическая индикация состояний десятичных счетчиков

Для индикации состояний счетчиков применяют различные виды индикаторов: лампы накаливания, неоновые лампы, циф­ ровые газо-разрядные лампы, электролюминесцентные панели

этого в соответствующие клетки диаграммы Вейча вписываются номера выходных сигналов .дешифратора. Некоторые клетки диаграммы вследствие неполноты дешифратора остаются пу­ стыми. Затем проводятся прямоугольные контуры так, чтобы

вкаждый контур вошел только один номер выходного сигнала

имаксимальное количество пустых клеток. При проведении кон­ туров необходимо принимать во внимание, что количество кле­ ток в них должно быть целой степенью числа 2 и что одни и те же пустые клетки могут входить в несколько контуров. Контур, охватывающий данный номер, показывает, какое логическое про­ изведение нужно реализовать для получения соответствующего выходного сигнала.

(рис. 38, б, табл. 21).

Б данном случае для индикации цифр 0 и 9 требуется кон­ тролировать состояния всего двух триггеров. Для индикации ос­ тальных восьми цифр нужно получать конъюнкции трех пере­ менных. Всего, таким образом, для построения дешифратора требуется десять ячеек «И» с общим количеством входов, рав­ ным двадцати восьми. В этом смысле этот и другие рассмотрен­ ные ранее самодополняющиеся коды имеют небольшое преиму­ щество перед остальными двоично-десятичными кодами, опи­ санными в предыдущей главе, которые требуют при построении

96

дешифраторов десяти ячеек «И» с общим количеством входов, равным тридцати.

Двоичные символы, подчеркнутые в табл. 13, 15—22, пока­ зывают состояния триггеров, которые необходимо контролиро­ вать в счетчике для выявления соответствующего десятичного числа.

Пример дешифратора двоично-десятичного кода приведен на рис. 47. Отличительной особенностью этого дешифратора яв­ ляется возможность использования его со счетчиками, работаю­ щими как в коде 8—4-

ное появление сигналов на двух выходах. При любых комбина­ циях входных сигналов, в том числе и при тех, которые не ис­ пользуются в соответствующих счетчиках (табл. 13 и 15), сиг­ нал единица будет только на одном выходе дешифратора.

Цепи индикации с цифровыми газоразрядными лампами ха­ рактеризуются наличием усилительных каскадов, позволяющих получить перепады напряжений порядка 40—100 в, необходимые для управления этими лампами.

На рис. 48, а показана схема цепи индикации состояний счет­ чика, работающего в коде 8—4—2—1, в которой напряжения на катоды лампы ИН-12 (ИН-1, ИН-8) подаются с выходов усили­ телей, выполненных на транзисторах КТ315И. Эмиттеры этих транзисторов присоединены к двум шинам, потенциалы на кото­ рые поданы непосредственно с выходов первого триггера счет­ чика. Базы усилительных транзисторов через смещающие диоды Д2 соединены с выходами ячеек «И», включающих в себя диоды

97