11. Регистры и счетчики. Классификация. Схемы. Область применения.

Регистром называется последовательностное цифровое устройство, предназначенное для записи, хранения, выдачи или сдвига информации. В ряде случаев в регистре могут выполняться логические операции или операции преобразования кодов, например, из параллельного кода в последовательный и обратно. Регистр представляет собой совокупность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове, и вспомогательных схем для выполнения операций.

По способу приема информации регистры подразделяются на параллельные, последовательные и последовательно-параллельные.

В параллельных регистрах запись информации производится параллельным кодом одновременно по всем разрядам. Параллельные регистры применяются для хранения информации и поэтому называются регистрами памяти. Параллельный регистр может быть выполнен на RS или D-триггерах.

Прием информации производится по переднему фронту тактового импульса. На входах и выходах триггеров регистра могут стоять логические схемы для преобразования кодов в прямые или инверсные коды.

В сдвигающих регистрах выполняется сдвиг информации влево или вправо. Информация на регистр может поступать в последовательном или параллельном коде и выдаваться с выходных шин в последовательном или параллельном коде. Следовательно, в сдвигающих регистрах можно преобразовывать коды из последовательного в параллельный и обратно. Сдвигающие регистры могут строиться на D-триггерах (рис.139,а).

Если сдвиг в регистре в зависимости от управляющего сигнала может быть и влево и вправо, то такие регистры называются реверсивными. В сдвигающих регистрах используются только двухступенчатые

триггеры или триггеры с динамическим управлением. Это гарантирует сдвиг информации на один разряд по каждому импульсу синхронизации. В настоящее время выпускаются ИС параллельных, сдвигающих и универсальных регистров.

На рис.141 а изображена микросхема К555ИР23, представляющая собой 8-разрядный параллельный регистр с динамическим управлением.

На рис.141 б приведена микросхема К155ИР13. В зависимости от сигналов, подаваемых на управляющие шины S₀ и S₁, микросхема может работать как параллельный регистр и как сдвигающий со сдвигом влево или вправо.

Счетчиком называется последовательностное цифровое устройство, предназначенное для подсчета входных импульсов. Счетчики строятся на триггерах T-типа и некоторых логических схемах для формирования управляющих сигналов.

Основными параметрами счетчика являются коэффициент пересчета и быстродействие. В зависимости от коэффициента пересчета (M) счетчики подразделяются на двоичные (коэффициент пересчета M=2ⁿ) и с произвольным коэффициентом пересчета (M2ⁿ). Разновидностью последних являются двоично-десятичные счетчики (M=10).

В зависимости от направления счета счетчики бывают: суммирующие, вычитающие и реверсивные. Последние в зависимости от управляющего сигнала работают как суммирующие или как вычитающие.

По способу организации межразрядных связей счетчики делятся на счетчики с последовательным переносом, с параллельным переносом и с параллельно-последовательным переносом. Самые простые и вместе с тем самые медленные – это счетчики с последовательным переносом. Наибольшим быстродействием обладают счетчики с параллельным переносом. Двоичные счетчики обеспечивают коэффициент пересчета M=2ⁿ.

Д ля получения суммирующего двоичного счетчика T-триггеры должны иметь инверсные динамические входы (должны переключаться по срезу тактового импульса C). Для получения вычитающего счетчика T-триггеры должны иметь прямые динамические входы. Таким образом, направление счета можно изменять путем изменения межразрядных связей. На этом принципе строятся реверсивные счетчики.

Рассмотренный выше счетчик является счетчиком с последовательным переносом. Его быстродействие t_{К max} зависит от количества разрядов:

t_{К max} = n•t_K.тр., где t_K.тр – время переключения одного счетчика.

Для увеличения быстродействия используются счетчики с параллельным или сквозным переносом. С этой целью необходимо использовать синхронные T-триггеры. Здесь триггеры устанавливаются в соответствующие состояния одновременно по переднему фронту синхроимпульса. Легко видеть, что быстродействие схемы (а) равно времени переключения одного триггера. В схеме 157(б) быстродействие равно:

t_{K max} = t_K.тр + n t_з.л. , где t_з.л – время задержки логического элемента.

Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета строятся на основе двоичных счетчиков с организацией обратной связи с выходных шин через схему И на вход R счетчика.

На рис.158 приведена схема и временная диаграмма работы двоично-десятичного счетчика. Здесь при поступлении десятого импульса (код 1010) на выходах схемы И формируется сигнал, который переводит счетчик в ноль (код 0000). Если на входы микросхемы DD2 подать сигналы Q₃ и Q₄, то получится счетчик с коэффициентом пересчета M=12 и т.д.

Существует много ИС, в которых счетчик совмещен с другими комбинационными схемами, например счетчик-дешифратор К176ИЕ8, К176ИЕ9, счетчик-преобразователь в семисегментный код К176ИЕ3, К176ИЕ4. Имеются реверсивные счетчики К561ИЕ11(М=16), К561ИЕ14(М=10); программируемые счетчики К561ИЕ15; К561ИЕ19; таймерные счетчики К176ИЕ12, К176ИЕ13, К176ИЕ17, К176ИЕ18 и др.

На рис.159,а приведена схема делителя на 100, построенная на микросхемах ДД1,ДД2 К176ИЕ4(М=10). Выходы счетчиков нагружены на семисегментные индикаторы АЛС314А. На рис. 159,б приведена схема и временная диаграмма работы распределителя импульсов, построенная на ИС 176ИЕ8

Комбинированные счетчики позволяют значительно упростить аппаратно реализацию проектируемых электронных устройств.