lect4_m2_vt_mrtus_CS_niy37

На рис.2.62 приведены соответствующие счётчики Джонсона. Дальнейшую схемотехническую минимизацию можно осуществить заменой в разряде Q0 D-триггер на JK-триггер [13].

Самостоятельно получите рекуррентное соотношение для D0 и D0 для произвольного количества n триггеров счётчика Джонсона.

Отметим теперь преимущества и недостатки кольцевых счётчиков. Преимуществом простых кольцевых счётчиков, в которых циркулирует одна единица или один нуль, является то, что состояния таких счётчиков не надо дешифрировать. Для схемы (см. рис.2.52) в цикле 3-6-12-9-3-… (циркулируют две смежные единицы) состояния легко дешифрируются двухвходовыми вентилями:

врабочий цикл; б - с минимальной схемотехнической реализацией

Вцикле 5-10-5-… схему (см. рис.2.52) можно рассматривать как два триггера, каждый из которых имеет прямой и инверсный выход.

Достоинством счётчика Джонсона является вдвое большее число состояний, чем у простого кольцевого счётчика при одной и той же разрядности, и, как следствие, меньшее число нерабочих (тупиковых) циклов работы. Ещё одно достоинство счётчика Джонсона в цикле «волна нулей и единиц» - все последовательные состояния являются соседними и легко дешифрируются двухвходовыми вентилями. Для схем, приведённых на рис.2.57 и рис.2.62, имеем

Справедливость соотношений (2.43) и (2.44) докажите самостоятельно.

К общим достоинствам кольцевых счётчиков можно отнести их высокое быстродействие, так как они практически не содержат внешних логических элементов.

Отметим и два их общих недостатка: очень малое число состояний в замкнутом цикле у кольцевых счётчиков (n - для простых и 2n - для счётчиков Джонсона); наличие стабильных замкнутых нерабочих (тупиковых) циклов, для обеспечения выхода из которых схему необходимо усложнять. В табл.2.23 указаны число и длина всех возможных замкнутых циклов для сдвиговых регистров при n = 1 - 16 для случая

DR Qn 1 . Из этих циклов обычно используется один цикл «волна ну-

лей и единиц». При нечетном n всегда существует один замкнутый цикл с длиной в два состояния.

Кольцевые счётчики используют в качестве распределителей импульсов для формирования различных многофазных серий сигналов - для управления, например, сдвигающими регистрами на ПЗС, шаговыми двигателями и т.п. Выпускаются ИС на их основе, например десятичный распределитель (К561ИЕ8, 564ИЕ8) и восьмеричный (К561ИЕ9, 564ИЕ9) [8, 13].

Таблица 2.23

Число и длина замкнутых циклов для сдвиговых регистров при n = 1 - 16 для случая DR =

Qn-1

2.6. Использование сдвиговых регистров при проектировании специализированных схем

Сдвиговые регистры как многофункциональные узлы цифровых устройств широко используются при проектировании различных специализированных схем.

Пример 2.20. Спроектировать цифровой одновибратор с управляемой длительностью выходного импульса. Длительность выходного импульса τвых должна дискретно изменяться в диапазоне (1 - 8)Т, где Т - период тактовых импульсов. Необходимость использования цифрового одновибратора можно обосновать тем, что существующие ИС одновибраторов типа АГ1, АГ3 и другие выдают выходной импульс, длитель-

ность которого τвых определяется внешними компонентами R и C. Это неудобно, если в цифровой системе изменяются (например, с целью повышения быстродействия цифрового блока) частоты тактовых сигналов. В этом случае желательно при-

С

T

ИС Q1

D1

Q2

Q3

Q0

ИС Q1

D2 Q2

Q3

V

Рис.2.64. Временные диаграммы для рис.2.63 при a2a1a0=101

Рассмотрим работу схемы. Выход Q3 ИС D1 соединен со входом DR ИС D2, таким образом реализуется сдвиговый восьмиразрядный регистр. Выходы восьми разрядов поданы на входы MS 8→1, выход y которого подан на входы V (выбор режима) ИС D1 и D2. Входы D0 - D3 этих ИС соединены с уровнем земли («0»). Тактовые входы С1 и С2 соединены в одну цепь.

На вход DR ИС D1 подаётся сигнал с выхода двухвходового элемента ИЛИ, на один вход которого подаётся запускающий сигнал (цепь «Вход»), а на второй - выход Q0 ИС D1. Исходное состояние схемы - все

Qi = 0.

После появления уровня «1» в цепи «Вход» отрицательный перепад на входе С записывает его в разряд Q0 ИС D1, после чего сигнал «Вход» может быть возвращен к уровню «0», так как «1» с выхода Q0 поступает через элемент ИЛИ на вход DR ИС D1. Теперь разряд Q0 ИС D1 выполняет как бы функцию генерации «1», которая с каждым тактом сдвигается к старшим разрядам регистра. При а2а1а0 = 101 на выход MS сигнал выдаётся с выхода Q1 ИС D2. Уровень «1» появится здесь после шестого такта (см. рис.2.64) и переведет ИС D1 и D2 из режима сдвига (V = 0) в режим параллельной загрузки (V = 1). Поэтому седьмой тактовый импульс загрузит в регистры нули, так как все Di = 0. Таким образом, одновибратор возвращается в исходное состояние.

Пример 2.21. Спроектировать 4-разрядный сдвиговый регистр со сдвигом влево (в сторону старших разрядов) на универсальных JK- триггерах, работающий в двух режимах: 1) при V = 1 - в режиме обычного сдвига; 2) при V = 0 - в режиме сдвига с уплотнением (упаковки). Характер этих режимов иллюстрируется на рис.2.65. В режиме упаковки единица, поступившая в старший разряд, остается в нем, а остальные единицы в сдвигаемом слове «упаковываются» в массив, занимающий столько смежных старших разрядов, сколько единиц в сдвигаемом слове. Если перед группой разрядов в старшем по отношению к ней разряде «0», то эта группа разрядов работает в обычном режиме сдвига, таким образом, режим работы i-го разряда зависит от состояния всех старших по отношению к нему разрядов.

С учётом сказанного достаточно рассмотреть три разряда регистра (Qi+1, Qi, Qi-1), а его функционирование представить табл.2.25.

Из рис.2.66 следует