§3.10. Счетчики с недвоичным кодированием

Наибольшее практическое значение среди счетчиков с недвоичным кодиро­ванием состояний имеют счетчики с кодом Грея, счетчики Джонсона и счетчики с кодом ^«1 из N".

Счетчики в коде Грея

Код Грея известен с 70-х годов XIX века, однако оказался связанным с име­нем Ф. Грея только в 50-х годах XX века, когда Ф. Грей применил его для

214 Глава 3

построения преобразователя угловых перемещений в цифровой код,, обла­дающего явными преимуществами перед преобразователем с двоичным кодом. Код Грея относится к таким, в которых при переходе от любой кодо­вой комбинации к следующей изменяется только один разряд. В схемотех­нике счетчиков это свойство устраняет одновременное переключение мно­гих разрядов, характерное для двоичных счетчиков при некоторых переходах. Одновременное переключение многих элементов создает такие токовые импульсы в цепях питания схем, которые могут вызывать сбои в работе схемы (см. § 1.4). В ряде БИС/СБИС применение двоичных счетчи­ков большой разрядности не разрешается, и они заменяются счетчиками с кодом Грея и последующим преобразованием кода Грея в двоичный.

Сложность счетчика с кодом Грея ненамного больше, чем сложность двоич­ного счетчика, преобразователь кодов также относительно прост. Нетрудно построить счетчик с кодом Грея формальным способом (см. пример построе­ния автомата в § 3.5), исходя из таблицы переходов счетчика. Последова­тельность кодовых комбинаций для кода Грея можно получить по соотно­шению gj ^e bi Ф bi+], где gj — значение разряда кода Грея; b1 — значение разряда двоичного кода, преобразуемого в код Грея. Разряд левее старшего для двоичного кода считается нулевым.

Схемы преобразователя кода Грея в двоичный приведены, в частности, в работе [36].

Счетчики в коде "1 из N"

Счетчики в коде ^«1 из N” находят применение в системах синхронизации, управления и других ЦУ. На их основе получают импульсные последова­тельности с заданными временными диаграммами. Для этого можно вначале разбить период временной диаграммы на части ("кванты"), соответствующие минимальному интервалу временной диаграммы, применив задающий гене­ратор с частотой, равной m/Т, где m — число "квантов" в периоде диаграм­мы Т. Выходные импульсы задающего генератора затем распределяются во времени и пространстве так, что каждый "квант" появляется в свое время и в своем пространственном канале.

Счетчик в коде "1 из N" имеет один вход, на который подаются импульсы задающего генератора, и N выходов, причем первый импульс генератора передается на первый выход счетчика (канал), второй импульс во второй канал и т. д. Структура такого счетчика, называемого также распредели­телем тактов РТ, и временные диаграммы его работы показаны на рис. 3.S6, а, б, в, причем временная диаграмма на рис. 3.56, б соответствует режиму распределения уровней (РУ) (паузы между активными состояниями каналов отсутствуют), а диаграмма на рис. 3.56, в — режиму распределения импульсов (РИ). Распределители импульсов не имеют самостоятельной схе­мотехники, они реализуются на основе распределителей уровней путем

Функциональные узлы последовательностного типа (автоматы с памятью) 215

включения в их выходные цепи конъюнкторов, на вторые входы которых подаются импульсы задающего генератора.

Рис. 3.56. Структура распределителя тактовых сигналов (а) и временные диаграммы распределения уровней (б) и импульсов (в)

Имея распределенные во времени и пространстве "кванты", можно по схеме ИЛИ собирать из них импульсные последовательности с необходимыми временными диаграммами. Часто нужны именно те последовательности, которые вырабатываются непосредственно распределителями тактов.

Счетчики в коде "1 из N" на основе кольцевых регистров

Распределителем тактов (РТ) является сдвигающий регистр, замкнутый в кольцо, если записанное в регистр слово содержит всего одну единицу. При сдвигах единица перемещается с одного выхода на другой, циркулируя в кольце. Число выходов РТ равно разрядности регистра. Недостаток схемы — потеря правильного функционирования при сбое. Если в силу каких-либо причин слово в регистре исказится, то возникшая ошибка станет постоян­ной. Схема не обладает свойством самозапуска.