|
|
Таблиц а 10.5 |
J |
K |
Состояние триггера |
|
|
|
0 |
0 |
Режим хранения |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
1 |
1 |
Переключение |
|
|
|
Рис. 10.23. УниверсальныйJK-триггер(а), использованиееговкачестведвухступенчатого D-триггера (б) и двухступенчатого синхронного Т-триггера (в)
10.6. Счётчики
Счетчик — это последовательное устройство, предназначенное длясчетавходныхимпульсовификсацииихчиславдвоичномкоде.
Счетчики строятся на основе N однотипных связанных между собой разрядных схем, каждая из которых в общем случае состоит изтриггераинекоторойкомбинационнойсхемы, предназначенной для формирования сигналов управления триггером.
В цифровых схемах счетчики могут выполнять следующие микрооперации над кодовыми словами:
—установка в исходное состояние (запись нулевого кода);
—запись входной информации в параллельной форме;
—хранение информации;
—выдача хранимой информации в параллельной форме;
—инкремент — увеличение хранящегося кодового слова на еди-
ницу;
—декремент— уменьшениехранящегосякодовогослованаеди-
ницу.
Основные параметры и классификация счетчиков
Счетчики могут классифицироваться по многим параметрам. Рассмотрим основные из них.
269
По направлению счета счетчики подразделяют на: суммирующие, выполняющие микрооперацию инкремента над
хранящимся кодовым словом; вычитающие, выполняющиемикрооперациюдекрементанадхра-
нящимся кодовым словом; реверсивные, выполняющие в зависимости от значения управля-
ющего сигнала над хранящимся кодовым словом либо микрооперацию декремента, либо инкремента.
По способу организации межразрядных связей счетчики делятся на:
счетчики с последовательным переносом, в которых переключе-
ние триггеров разрядных схем осуществляется последовательно один за другим;
счетчикиспараллельнымпереносом, вкоторыхпереключениевсех триггеров разрядных схем осуществляется одновременно по сигналу синхронизации;
счетчики с комбинированным последовательно-параллельным пе-
реносом, при котором используются различные комбинации способов переноса.
Наибольшее распространение получили двоичные счётчики, состоящие из последовательно соединённых друг сдругом триггеров, работающих в счётном режиме. Простейшим одноразрядным счётчиком является Т-триггер, меняющий своё состояние под действием каждого входного сигнала так, что частота выходных сигналов вдвое меньше частоты поступающих импульсов. Если теперь вы- ходтакогоТ-триггерасоединитьсовходомдругоготакогожетриг- гера, частота выходных сигналов вновь уменьшится вдвое и общий коэффициент деления будет равен четырём. Максимально возможный код числа по модулю, который может быть зафиксирован при последовательном соединении n триггеров составит:
N = 2n – 1.
Все триггеры счётчика окажутся в единичном состоянии после подачи 2n – 1 входных импульсов.
Рассмотрим, как работает четырёхразрядный счётчик с последовательнымипереносами, собранныйнаJK-триггерах(рис. 10.24). В первом триггере фиксируется младший разряд кода числа. Другими словами, в этом триггере осуществляется подсчёт импульсов
270
Рис. 10.24. Четырёхразрядный двоичный счётчик с последовательным пе- |
реносом (а) и его обозначение (б) |
по модулю 21 = 2, во втором 22 = 4, в третьем 23 = 8, в четвёртом — |
по24 = 16. Примаксимальномзаполнениисчётчикаединицамихра- |
нимое в нём число N = 24 — 1, т. е. (1111)2 = (15)10. Допустим, что во |
всех разрядах счётчика были записаны нули (установочные входы |
R- и S-триггеров на рис. 10.24 не показаны). Тогда, как видно из |
временной диаграммы, в первом такте (или под действием первого |
импульса хсч) произойдёт изменение состояния вспомогательного |
триггера 1, а затем в паузе между сигналами 1 и 2 изменит своё со- |
стояние и основной триггер, на выходе Q1 которого появится еди- |
ничный уровень. Под действием второго сигнала xсч первый триг- |
гер сбросится в нулевое состояние, а в паузе между сигналами 2 и 3 |
будет установлен в единичное состояние основной триггер второго |
разряда. В связи с конечным временем срабатывания триггеров на |
каждом шаге передачи единицы от разряда к разряду будет проис- |
ходить задержка переключения триггеров и с увеличением числа |
разрядов она будет возрастать ( ∆t1 < ∆t2 < ∆t3 < ∆t4). В наихудшем |
случае, когда перенос должен распространяться по всем разрядам |
счётчика (от младшего к старшему) полное время переключения |
счётчика составит T = n∆t3, где t3 — время задержки переключения |
271 |
Рис. 10.25. Счётчик со сквозным переносом на JK-триггерах |
одного триггера. Из временной диаграммы видно, что на после- |
днем (четвёртом) триггере время его переключения будет зафикси- |
ровано не в паузе между восьмым и девятым сигналами, а в момент |
действия по входу хсч девятого сигнала. Описанная ситуация мо- |
жет привести к искажению информации. Эта временная задержка, |
обусловленная переходными процессами в триггере, задаёт пере- |
дел увеличения частоты входных импульсов. |
Одним из способов повышения чёткости работы триггера явля- |
ется использование сквозного переноса, идея которого состоит в |
том, что переключение любого триггера осуществляется только |
послетого, какзавершилисьпереходныепроцессывтриггерахпред- |
шествующихмладшихразрядовивсетриггерынаходятсявединич- |
ном состоянии. На рис. 10.25 показана схема счётчика со сквозным |
переносом на JK-триггерах. Рассмотрим распространение перено- |
са при переходе счётчика из состояния 0111 в состояние 1000 (триг- |
гер 4 фиксирует старший разряд). |
Сигналы на входах J и К, разрешающие переключение любого |
триггера, могут быть сформированы в паузе между синхросигнала- |
ми. Сэтойцельюобразованацепьизпоследовательно включённых |
схем И (1 и 2). Так, триггер 3 может переключаться в новое состоя- |
ние при единичном состоянии триггеров 1 и 2, триггер 4 при еди- |
ничных состояниях триггеров 1, 2 и 3 и т. д. Следовательно, при |
поступлении на вход схемы сигнала хсч триггер 4 сразу переключа- |
ется в единичное состояние и фиксирует это состояние. Все осталь- |
ные триггеры 1—3 сбрасываются в нулевое состояние. |
272 |
В схемах счётчиков со сквозным переносом полное время переключения
T = m∆tз.и + ∆tз.т, |
(10.4) |
где m — число схем совпадения в цепях переноса; ∆tз.и — задержка временираспространенияпереносаводнойсхеме; ∆tз.т — задержка времени переключения одного триггера.
Недостаток таких схем состоит в возможности появления ложных сигналов (помех) в целях переноса из-за разброса характеристик триггеров. Более эффективными являются счётчики, в которых цепираспространенияпереносовимеютминимальноечислоэлементовзадержки(схемсовпадения, инверторов), как, например, всчётчике с параллельным переносом. Здесь выходы триггеров всех предыдущих разрядов подаются на схемы совпадения, устанавливаемые на входах J и К последующих триггеров. Тогда время переходного процесса равно времени переключения одного разряда. Практические схемыJK-триггеровимеютвстроенныенавходах J и К схемы совпадения. Однако, так как число входов у этих схем мало (два–три) и, кроме того, нагрузочная способность каждого триггера ограничена, разрядность счётчика с параллельным переносомнепревышает, какправило, четырёх. Дляувеличенияразрядности счётчик разбивают на группы по четыре разряда, в каждой группе организуют параллельный перенос, а между группами — сквозной. Такие счётчики называют групповыми.
Рассмотренные счётчики являются суммирующими. Часто возникает необходимость вести счёт в обратном порядке — уменьшения чисел. Для этого счётчик строится таким образом, чтобы переключение триггера следующего разряда происходило не при смене значения предыдущего разряда с единицы на нуль, а наоборот, с нуля на единицу. Это можно обеспечить следующим образом. Если в схеме соединить входы триггеров не с прямым, а с инверсными выходами предыдущих триггеров, то получится вычитающий асинхронный счётчик. Используя дополнительные схемы совпадения и управляющие сигналы, можно построить счётчик, реализующий как сложение, так и вычитание. Такой счётчик будет реверсивным. Кроме двоичных счётчиков используются счётчики, работающие в других системах счисления (например шестнадцатеричные, десятичные, восьмеричные).
273