9.9.2. Счетчики.

Счетчики - это последовательностные логические устройства, на выходах которых образуется число, соответствующее количеству поступивших на вход импульсов. Основным параметром счетчика является модуль счета – максимальное число импульсов, которое может посчитать счетчик, и после поступления которых счетчик возвращается в исходное состояние. Разрядность счетчика равна числу триггеров, используемых в счетчике. Поэтому, счетчик, имеющий m разрядов, имеет 2^m устойчивых состояний, а его модуль счета может быть равным или меньше 2^m. Двоичный счетчик имеет модуль счета =2^m. Когда модуль счета меньше целой степени числа 2 (<2^m) счетчик называется двоично-кодированным. Количество поступивших на счетный вход импульсов представляется на выходах счетчика в виде двоичного числа в прямом или обратном коде. Обычно счетчики имеют вспомогательные входы установки , позволяющие предварительно установить на выходах заданное число, и входы сброса, подача сигнала на которые переводит счетчик в исходное состояние. Частота импульсов на выходе последнего разряда счетчика враз меньше частоты импульсов, поступающих на его вход. Поэтому счетчики широко используются в качестве делителей частоты. По типу функционирования счетчики подразделяются на суммирующие, вычитающие, реверсивные. По организации счета различают последовательные, параллельные, параллельно-последовательные, асинхронные, синхронные счетчики. Основу счетчиков составляют счетные триггеры, которые образуются из- или-триггеров. Вариант схемы последовательного асинхронного двоичного счетчика с модулем счета=16, а также, временные зависимости входного и выходных сигналов, поясняющие его работу, и УГО показаны на рис. 9.27.

Примером двоично-кодированных счетчиков могут служить счетчики с модулем счета =10 и 6. При построении счетчиков с произвольным модулем счета получили распространение два метода: метод модификации межразрядных связей и метод управления сбросом. Так, например, двоично-десятичный счетчик с модулем счета=10 можно реализовать на основе шестнадцатеричного счетчика показанного на рис. 9.27, организовав подачу сигнала на вход сброса.

а)

б) в)

Рис. 9.27. Асинхронный двоичный счетчик с модулем счета =16:

а) структурная схема;

б) временные диаграммы напряжений синхроимпульсов, поясняющие принцип работы;

в) условное графическое обозначение

9.9.3. Регистры.

Регистрами называются многофункциональные последовательностные устройства, которые выполняют ряд операций над многоразрядными цифровыми кодами: запись, хранение, выдачу информации, сдвиг информации в разрядной сетке вправо или влево, поразрядные логические операции.

Регистры находят широкое применение в различных устройствах цифровой электроники. Например, регистры используются для кратковременного хранения небольшого объема информации. В компьютерах они исполняют роль сверхоперативных запоминающих устройств.

Регистры классифицируют по различным признакам. По способу синхронизации различают однотактные, двухтактные и многотактные регистры. По количеству линий передачи информации различают однофазные и парафазные регистры. Главным признаком классификации регистров является способ приема и выдачи информации. По этому признаку различают параллельные регистры; последовательные (сдвигающие) регистры и параллельно-последовательные регистры.

Параллельный регистр. Пример схемы параллельного регистра, построенного на -триггерах, показан на рис. 9.28а. В каждый-триггер может быть записана, храниться и считываться информация одного разряда, в нашем случае, четырехразрядного слова. Схемы разрядов не связаны между собой. Для всех триггеров общей является цепь синхронизации. При подаче на входрегистра импульса синхронизации выполняется запись в-триггеры информации в виде прямого цифрового кода в параллельной форме. С приходом этого же импульса синхронизации произойдет очистка тех-триггеров, в которые будет записываться логические нули, поступившего на вход регистра цифрового кода. Таким образом, рассматриваемый регистр является однотактным параллельным регистром с однофазным входом. В приведенной схеме информация сохраняется до прихода следующего импульса синхронизации на входрегистра. На промежутках времени между двумя синхроимпульсамихранимая информация может считываться с выхода регистра в виде параллельного прямого кода. Цепи управления считыванием информации на рис. 9.28 не показаны. В современной схемотехнике регистры строят преимущественно на двухступенчатых-триггерах или на-триггерах с динамическим управлением. На рис. 9.28б показано условное графическое обозначение параллельного регистра.

а) б)

Рис. 9.28. Параллельный регистр:

а) структурная схема;

б) условное графическое обозначение

Сдвигающий регистр. Сдвигающие регистры представляют собою последовательную цепочку разрядных схем. На -триггерах схема последовательного однотактного регистра со сдвигом вправо показана на рис. 9.29а. Условное графическое обозначение такого регистра представлено на рис. 9.29б. Цепь синхронизации для всех триггеров является общей. Принцип записи четырехразрядного прямого последовательного цифрового кодав регистр поясняет, приведенная ниже таблица. При поступлении на входпервого синхроимпульса в регистр записывается один младший разряд цифрового кода (слова). С поступлением каждого следующего синхроимпульса производится запись следующего старшего разряда со сдвигом кода вправо в триггеры младших разрядов. Для записи- разрядного кода сам регистр должен содержатьтриггеров, а на его вход надо податьсинхроимпульсов.

Рис. 9.29. Сдвигающий регистр

а) структурная схема;

б) условное графическое обозначение

Хранимую в сдвигающем регистре информацию в виде последовательного кода можно считать, подав на вход регистра последовательность из синхроимпульсов. Как показано на рис. 9.29а, информацию можно также считывать в виде параллельного прямого кода. Используя на выходе сдвигающего регистра схемы управления из КЛУ, хранимую информацию можно считывать в виде последовательного или параллельного, прямого или обратного цифрового кода, т.е. регистр, может выполнять функции преобразователя кодов.

Таблица 9.5

Пояснение последовательной записи

цифрового кода в сдвигающий регистр

№ синхро-импульса
1		-	-	-
2			-	-
3				-
4

Сдвигающий регистр задерживает передачу информации на тактов машинного времени. Это используется в вычислительной технике для согласования процесса обмена информацией между устройствами, работающими в различных масштабах времени (с различным быстродействием).

Разновидностью сдвигающего регистра является реверсивный регистр. В реверсивном регистре для изменения направления сдвига (вправо – влево) организуют межразрядные связи между соседними триггерами с помощью КЛУ. Реверсивные регистры используются в арифметико-логических устройствах для выполнения операций умножения и деления.