55. Кольцевые счетчики

Кольцевые счетчики. Кольцевые счетчики представляют собой группу последовательно соединенных и замкнутых в кольцо триггеров (выход последнего подключен к входу первого). В таком счетчике единица, записанная во входной триггер на первом такте, с выходасчетчика снова попадает на его вход и далее весь цикл повторяется. Модуль счета такого кольцевого счетчика равен, где– число триггеров.

Разновидностью кольцевых счетчиков являются счетчики Джонсона. В этих счетчиках вход регистра соединен не с выходом, а с инверсным выходом. В результате, когда на вход счетчика поступают тактовые импульсы, то вначале разряды счетчика заполняются единицами, а затем – нулями. Схема четырехразрядного счетчика Джонсона приведена на рис. 3.27,а, а состояние его выходов показано в таблице 3.13.

Таблица 3.13

Номер сост-я
1	0	0	0	0	1	0	0	0
2	1	0	0	0	1	1	0	0
3	1	1	0	0	1	1	1	0
4	1	1	1	0	1	1	1	1
5	1	1	1	1	0	1	1	1
6	0	1	1	1	0	0	1	1
7	0	0	1	1	0	0	0	1
8	0	0	0	1	0	0	0	0

Модуль счета счетчика Джонсона в два раза больше модуля счета простого кольцевого счетчика, т.е. . Счетчики Джонсона широко используются в делителях частоты импульсов, генераторах случайных чисел, в устройствах памяти и др. На базе счетчика Джонсона можно легко реализовать счетчики с любым четным модулем счета. При необходимости иметь нечетное значение модуля счета можно на вход первого разряда подавать вместо сигналасигнал, как показано на рис. 3.27,б. При этом из набора выходных состояний счетчика Джонсона исключается одна кодовая комбинация, составленная из единиц.

Рис. 3.27. Схема четырехразрядного счетчика Джонсона с четным (а) и нечетным (б) модулем счета

56. Определение генераторов кодов. Синтез генераторов кодов на основе счетчиков

Последовательностные узлы этого типа называют также распределителями сигналов (импульсов), так как образуемая на их выходах последовательность двоичных чисел часто используется в цифровых системах как последовательность сигналов, управляющих работой других узлов. Число состояний генератора называется длиной последовательности чисел , которая определяется как число тактов машинного времени (периодов синхросигналов), после которого последовательность чисел на выходе генератора повторяется. По своей структуре генераторы чисел близки либо к счетчикам, либо к регистрам [1].

Генераторы на основе счетчиков. Любой счетчик можно рассматривать как генератор определенной последовательности чисел, имеющей [1, 9].

Пример 5.7. Спроектировать генератор последовательности чисел 0–2–1–3–5–7–6–4.

Решение. Данный генератор кодов представляет собой двоичный счетчик с и произвольным порядком счета, метод проектирования которого рассматривался выше.

Смена состояний счетчика и функции переходов приведены в табл. 5.12.

Таблица 5.12

Таблица состояний двоичного счетчика с произвольным порядком счета

№ сост.
0	0	0	0	0	1	0	00	01	00
2	0	1	0	0	0	1	00	10	01
1	0	0	1	0	1	1	00	01	11
3	0	1	1	1	0	1	01	10	11
5	1	0	1	1	1	1	11	01	11
7	1	1	1	1	1	0	11	11	10
6	1	1	0	1	0	0	11	10	00
4	1	0	0	0	0	0	10	00	00

Карты Карно для функций переходов и функций возбуждения JиKвходов показаны на рис. 5.22 и 5.23 соответственно.

Рис. 5.22. Карты Карно для функций переходов

После минимизации получаем следующие уравнения для информационных входов триггеров:

,,, (5.16)

,,.

Рис. 5.23. Карты Карно для функций входов JK-триггеров

Исходя из системы уравнений (5.16) строим схему двоичного счетчика с и произвольным порядком счета (рис. 5.24).

Рис. 5.24. Схема генератора кодов с

Если число двоичных разрядов в генерируемых числах , то для уменьшения числа используемых триггеров структура генераторов несколько изменяется. В этом случае генератор целесообразно строить в виде соединения счетчика с модулем счетаи подключенной к его выходам комбинационной схемы, реализующей требуемые значения двоичных чисел [1].

Пример 5.8. В качестве примера рассмотрим построение генератора чисел 3–2–12–8.

Решение. Так как , то в качестве основы генератора используем двухразрядный параллельный счетчик с модулем счета, на выходах,которого образуется последовательность чисел 0–1–2–3. Подключив к выходам счетчика выходную комбинационную схему, выполняющую преобразование кодов в соответствии с табл. 5.13, получим структуру генератора (рис. 5.25), образующего заданную последовательность чисел. Проектирование такого генератора с помощью словарного метода потребовало бы применения четырехJK-триггеров. В результате потребляемая генератором мощность и занимаемая на кристалле площадь возросли бы в 2 раза.

Таблица 5.13

0	0	0	0	1	1
0	1	0	0	1	0
1	0	1	1	0	0
1	1	1	0	0	0

Рис. 5.25. Логическая схема генератора кодов 3–2–12–8 (а) и его временные диаграммы (б)