4.6.3 Универсальные регистры

В сериях ИС и библиотеках БИС/СБИС программируемой логики имеется множество вариантов регистров (в схемотехнике ТТЛШ их около 30). Среди них есть многорежимные (многофункциональные) или универсальные, способные выполнять набор микроопераций. Многорежимность достигается композицией в одной и той же схеме частей, необходимых для выполнения различных операций. Управляющие сигналы, задающие вид выполняемой операции, активизируют необходимые для этого части схемы.

Типичным представителем многорежимных регистров является микросхема ИР13 серии КР1533 (см. рис. 4.29). Это восьмиразрядный регистр с возможностью двухсторонних сдвигов. Регистр имеет также параллельные входы и выходы (DSR – Data Serial Right, DSL - Data Serial Left), вход асинхронного сброса и входы выбора режимаS₀ и S₁, задающие четыре режима (параллельная загрузка, два сдвига и хранение).

Рис. 4.29. Схема функциональная многорежимного регистра

Функционирование регистра определяется таблицей 4.2. В таблице применяются следующие сокращения состояния входов и выходов:

Х – безразличное состояние, L – низкий уровень (лог. «0»),

Н– высокий уровень (лог. «1»), - положительный фронт.

Таблица 4.2

Режим

Входы

Выходы

C

R

S0

S1

DSR

DSL

Dn

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

Сброс

X

L

X

X

X

X

X

L

L

L

L

L

L

L

L

Хранение

H

L

L

X

X

X

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

Сдвиг влево

H H

H H

L L

X X

L H

X X

Q1 Q1

Q2 Q2

Q3 Q3

Q4 Q4

Q5 Q5

Q6 Q6

Q7 Q7

L H

Сдвиг вправо

H H

L L

H H

L H

X X

X X

L H

Q0 Q0

Q1 Q1

Q2 Q2

Q3 Q3

Q4 Q4

Q5 Q5

Q6 Q6

Параллельная загрузка

H

H

H

X

X

Dn

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

4.7 Счётчики

Счетчики – это последовательностные цифровые устройства, предназначенные для подсчета числа входных сигналов, фиксации этого числа в виде много разрядного двоичного числа, хранящегося в триггерах. Они обеспечивают преобразование числоимпульсного кода в двоичный или двоично-десятичный коды. Количество разрядов счетчика определено в каждом конкретном случае. Для счета и выдачи результатов в счетчиках имеется один вход и n выходов в зависимости от количества разрядов. В общем случае счетчик имеет К_сч= 2ⁿ (n = log₂ M) устойчивых состояний, включая нулевое. Под действием входных сигналов счетчик, установленный в определенное состояние, сохраняет его до тех пор, пока на вход не поступит следующий сигнал. Каждому состоянию счетчика соответствует порядковый номер 0, 1, 2, . . ., К_сч. – 1. Если в момент времени t счетчик находится в i-м состоянии, то оно определяет число поступивших на счетчик сигналов. При подаче на вход счетчика К_сч. - го входного сигнала на выходе его возникает сигнал переполнения и счетчик возвращается в начальное состояние, т.е. счет единичных сигналов осуществляется в нем по модулю К_сч. или с периодом счета Т=К_сч. Специфичной для счетчиков операцией является изменение их содержимого на единицу (может быть и условную).

Счетчики применяют для формирования адресов, команд, счета количества циклов выполнения операций, формирования кода в аналого-цифровых преобразователях и т.п.

По способу кодирования внутренних состояний различают двоичные счетчики, счетчики Джонсона, счетчики с кодом «1 из N» и др.

По направлению счета счетчики подразделяют на простые (суммирующие или вычитающие) и реверсивные (с изменением направления счета). На простые счетчики сигналы поступают с одним знаком, т.е. эти счетчики имеют переходы от состояния к состоянию только в одном направлении. Суммирующий счетчик предназначен для выполнения счета в прямом направлении, т.е. для сложения входных сигналов (от кода i до кода i + 1). С подачей на вход очередного единичного сигнала показание счетчика увеличивается на единицу. Вычитающий счетчик предназначен для выполнения счета единичных сигналов в режиме вычитания. Каждый сигнал, поступающий на вход такого счетчика, уменьшает его показание на единицу. Реверсивные счетчики предназначены для работы в режиме сложения и в режиме вычитания.

По способу организации счета счетчики подразделяют на асинхронные и синхронные. В асинхронных счетчиках сигнал от разряда к разряду передается естественным путем в различные интервалы времени в зависимости от сочетания входных сигналов. Триггеры срабатывают не одновременно. В синхронных счетчиках сигналы от разряда к разряду передаются принудительным путем с помощью тактовых сигналов. Все триггеры переключаются практически одновременно под действием общего синхронизирующего сигнала.

По способу организации цепей переноса между разрядами различают счетчики с последовательным, параллельным и частично параллельным переносом (только в группах разрядов).

Основными характеристиками счетчика являются модуль счета (период счета или коэффициент пересчета), разрешающая способность, время регистрации и емкость. Модуль счета характеризует число устойчивых состояний счетчика, т.е. предельное число входных сигналов, которое может сосчитать счетчик. Разрешающая способность – минимально допустимый период следований входных сигналов, при котором обеспечивается надежная работа счетчика. Чем больше частота поступления счетных сигналов, тем большее быстродействие требуется от счетчика. Время регистрации – интервал времени между моментами поступления входного сигнала и окончания самого длинного переходного процесса в счетчике. Емкость счетчика – максимальное число единичных сигналов, которое может быть зафиксировано на счетчике. Эта характеристика счетчика зависит от основания системы счисления и числа разрядов.

Как и любой автомат, счетчик можно строить на триггерах любого типа, однако удобнее всего использовать для этого Т- (счетные) или JK-триггеры, имеющие при J=1 и K=1 счетный режим.

Простейшим счетчиком можно считать Т – триггер. Он считает до двух. Основой для построения счетчиков являются асинхронные или синхронные Т – триггеры, реализованные на D – триггерах с динамическим управлением или на JK – триггерах. Используется свойство Т – триггеров изменять свое состояние при подаче очередного сигнала на счетный вход Т.

На рисунке 4.30 показана схема трех разрядов суммирующего счетчика, построенного на Т – триггерах. Логика его работы представлена в таблице переходов (табл.4.3)

Таблица 4.3

Вход X	Состояние								Режим
	000	001	010	011	100	101	110	111
0	000	001	010	011	100	101	110	111	Хранение
1	001	010	011	100	101	110	111	000	Счет

Рис. 4.30 Схема функциональная счетчика на Т – триггерах (а) и его временная диаграмма (б).