54. Двоично – десятичные счетчики. (счетчики с модулем счета, не равным ).

Счетчиком называют устройство, сигналы на выходах которого в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на его счетный вход. Счет числа импульсов является одной из самых распространенных операций в устройствах обработки цифровой информации.

Основные показатели счетчиков:

- -максимальная частота счета -это такая частота, при которой не наблюдаются сбои в работе счетчика, она зависит от динамических свойств элементной базы;

- -максимальное время установления - это время, необходимое для окончания переходных процессов в счетчике, т.е. это время установления кода.

Классификация счетчиков:

- по коэффициенту счета делятся на: двоичные, двоично-десятичные, и с другими основаниями счета;

- по направлению счета делятся на: суммирующие, вычитающие и реверсивные,

- по способу организации связей делятся на: счетчики последовательного счета, параллельного счета и комбинированные.

Общий принцип построения этих счетчиков – это исключение избыточных состояний. Например, для =10 (модуль счета счетчика) необходимо взять четырех разрядный счетчик (число состояний 16) и исключить шесть состояний. Чаще всего такие счетчики строятся с естественным порядком счета, т.е. он работает как обычный двоичный счетчик, но когда номер импульса совпадает с модулем счетчика, то счетчик устанавливается принудительно в состояние «0». Схема такого счетчика, который называют двоично-десятичным, показана на рисунке 21.3,а.

Рисунок 21.3 - Схема двоично-десятичного счетчика с естественным порядком счета (а), таблица состояний счетчика (b), временная диаграмма работы счетчика (с), условное графическое обозначение счетчика (d)

До прихода десятого импульса (см. таблицу состояний рисунок 21.3,b) счетчик работает как обычный двоичный, т.е. наблюдается естественный порядок счета. Состояние счетчика зависит от совокупности потенциалов на прямых выходах триггеров. Перед началом счета подают импульс на объединенные входы R триггеров, этим самым приводя их в нулевое состояние (первая строка таблицы состояний счетчика (рисунок 21.1,b)). С приходом заднего фронта на вход С, первый триггер установится в состояние «1», следующий импульс своим задним фронтом установит триггер в состояние «0». На выходе первого триггера образуется задний фронт, который переведет второй триггер в состояние «1».

С приходом заднего фронта десятого импульса на входах элемента И появятся три логические «1». Одна - с элемента НЕ ( инверсия входного сигнала), вторая - с выхода , третья с выхода . На выходе элемента И сформируется логический уровень «1», который установит все триггеры в состояние 0.

55. Регистры.

Регистрами называют устройства, предназначенные для приема, хранения и преобразования информации. Регистры используются в качестве запоминающих устройств (ОЗУ), также выполняют функции преобразователей кодов, узлов временной задержки.

Регистры по способу записи и считывания информации делятся на: параллельные, последовательные и параллельно-последовательные.

Параллельные регистры

Регистры состоят из триггеров, число которых определяет разрядность регистра, т.е. число двоичных разрядов, которые можно записать в регистр. Параллельные регистры (регистры памяти) часто строятся на D-триггерах (рисунок 21.4,а).

Рисунок 21.4 - Схема параллельного регистра (а), условные обозначения параллельного регистра (b) и регистра с высокоимпедансным состоянием

В параллельном регистре запись числа производится одновременно всех его разрядов. На входы D0….D3 подается информация, по заднему фронту сигнала С она записывается в регистр и появляется на выходах Q0…Q3. В таком состоянии регистр может находиться сколь угодно долго. Обычно существует возможность установить все триггеры регистра в состояние «0» путем подачи логической «1» на R вход. Иногда функциональные возможности регистра расширяют, для этого вводят дополнительные управляющие входы (рисунок 21.4,с). По сигналу «1» на входе V инвертируется предварительно записанное слово, т.е. на выходах появляются сигналы . По сигналу «1» на входе ОЕ все выходы регистра переходят в третье высокоимпедансное состояние.

Последовательные регистры

У последовательных регистров каждый бит информации записывается поочередно по мере поступления (рисунок 21.5,а).

Рисунок 21.5 - Схема последовательного регистра (а), временная диаграмма работы (b), условное графическое обозначение (с)

Записываемая информация в виде последовательно поступающих импульсов на вход D сопровождается специальным синхроимпульсом, который подается на вход С. Запись и сдвиг информации происходит одновременно по заднему фронту. Рассмотрим пример, когда на вход D поступает четырехразрядное слово 1101, временная диаграмма показана на рисунке 21.5,b. С приходом первого импульса на вход D по заднему фронту импульса на входе С логическая «1» появляется на выходе Q0. Произошла запись первого бита в регистр. Состояние второго триггера не меняется, т.к. событие Q0=1 происходит после окончания заднего фронта импульса С. Второе состояние входа D в момент прихода заднего фронта импульса С соответствует логическому «0», поэтому происходит запись «0» в первый триггер, а «1» переписывается во второй триггер. Далее легко проследить, как все слово под действием четырех синхроимпульсов будет записано в регистр. Если подать еще четыре синхроимпульса при D=0, то получим на выходе Q3 такую же последовательность импульсов, какая была на входе. Сущность сдвига состоит в том, что с приходом каждого синхроимпульса происходит перезапись информации с предыдущего триггера в последующий. Эта перезапись может происходить слева направо (показано стрелкой в условном обозначении (рисунок 21.5,с).) или наоборот. Регистр часто служит для преобразования последовательного кода в параллельный.

Параллельно-последовательные регистры

Параллельно-последовательные регистры являются универсальными, они сочетают свойства параллельных и последовательных регистров. Информация в них может быть записана как параллельно, так и последовательно, и считана как в последовательном коде, так и в параллельном. Схема регистра (рисунок 21.6) состоит из ряда триггеров (их количество определяет разрядность регистра) и схем управления считыванием и записью, они сами могут состоять из параллельных регистров.

Рисунок 21.6 - Параллельно-последовательный регистр

Параллельно-последовательные регистры выпускаются как отдельные элементы в виде микросхем, так и в составе более сложных интегральных схем, например, портов ввода-вывода компьютеров. Рассмотрим работу одного из возможных вариантов управления регистром.

Пусть V1=0, то все выходы Q0…Q3 находятся в высокоимпедансном состоянии; V2=1, то с приходом заднего фронта импульса С производится запись информации в регистр со входов D0…D3.

Пусть V2=0, то регистр находится в режиме хранения; V1=1, то на выходах Q0…Q3 появятся сигналы, соответствующие информации, записанной в регистр.

Пусть V1=0, V2=0, то информация, поступающая на вход D в последовательном коде по заднему фронту сигнала С, записывается в регистр.