Основы цифровой электроники часть 1 (Основы цифровой электроники), страница 4

Если на входе D-триггера Т1 имеет место логический 0, то поступление синхроимпульсовна входы “С” триггеров не меняет их состояния.Как следует из рис. 3.27, синхроимпульсы поступают на соответствующие входы всех триггеров регистраодновременно и записывают в них то, что имеет место на их информационных входах. На информационных входахтриггеров Т2, Т3, Т4 - уровни логического “0”, т.к.

информационные входы последующих триггеров соединены свыходами предыдущих триггеров, находящихся в состоянии логического “0”, а на вход “D” первого триггера, поусловию примера, подается “0” из внешнего источника информации. При подаче на вход “D” первого триггера “1”, сприходом первого синхроимпульса, в этот триггер запишется “1”, а в остальные триггеры - “0”, т.к.

к моментупоступления фронта синхроимпульса на выходе триггера Т1 “ещё” присутствовал логический “0”. Таким образом, втриггер Т1 записывается та информация (тот бит), которая была на его входе “D” в момент поступления фронтасинхроимпульса и т.д.При поступлении второго синхроимпульса логическая “1” , с выхода первого триггера, запишется во второйтриггер, и в результате происходит сдвиг первоначально записанной “1” с триггера Т1 в триггер Т2, из триггера Т2в триггер Т3 и т.д. (рис. 3.28). Таким образом, производится последовательный сдвиг поступающей на входрегистра информации (в последовательном коде) на один разряд вправо в каждом такте синхроимпульсов.После поступления m синхроимпульсов (на рис.

3.27 и рис. 3.28 m=4) регистр оказывается полностьюзаполненным разрядами числа, вводимого через последовательный ввод “D”. В течение следующих четырехсинхроимпульсов производится последовательный поразрядный вывод из регистра записанного числа, после чегорегистр оказывается полностью очищенным (регистр окажется полностью очищенным только при условии подачина его вход уровня “0” в режиме вывода записанного числа).Рис.

3.27. Регистры сдвига на D – триггерах а), RS – триггерах б) и комбинированный регистр на D - триггерахКольцевые счетчики. На базе регистров сдвига можно построить кольцевые счетчики - счетчикиДжонсона. Счетчик Джонсона имеет коэффициент пересчета, вдвое больший числа составляющих его триггеров. Вчастности, если счетчик состоит из трех триггеров (m=3), то он будет иметь шесть устойчивых состояний. СчетчикДжонсона используется в системах автоматики в качестве распределителей импульсов и т.д.Таблица состояний счетчика Джонсона (рис. 3.29) содержит 2m (m - количество триггеров в составерегистра) строк и m-столбцов. Количество разрядов счетчика определяется количеством триггеров (рис.

3.29).Рассмотрим схему трехразрядного счетчика Джонсона, выполненного на базе D-триггеров (регистр сдвигареализован на D-триггерах). Для построения кольцевого счетчика достаточно соединить инверсный выходпоследнего триггера регистра (последнего разряда) с входом “D” (с входом, предназначенным для вводапоследовательной информации) первого триггера.Рис. 3.29. Таблица состояний а) и схема б) счетчика Джонсона на трехразрядном регистре сдвигаПредположим, что вначале все триггеры находятся в состоянии “0”, т.е. Q0= Q1=Q2=0. При этом на входе“D” первого триггера присутствует уровень “1”, т.к=1. Первым синхроимпульсом в триггер Т1 запишется “1”,вторым - единица запишется в первый триггер, из первого - во второй и т.д.

до тех пор, пока на всех выходахрегистра не будет “1”. После заполнения регистра единицами, на инверсном выходе триггера Т3 появится=0и четвертым синхроимпульсом в Т1 запишется логический “0” (рис. 3.29, б).После поступления последующих трех синхроимпульсов регистр обнуляется и на его вход “D” сноваподается уровень “1”. Таким образом, цикл повторения состояния кольцевого счетчика состоит из шести тактовсинхросигнала. Как видим, при работе в начале от первого триггера до последнего триггера распространяется“волна единиц”, а затем “волна нулей”.

Код, в котором работает счетчик Джонсона, называют кодом ЛибауКрейга.Генераторы чисел. На базе кольцевых счетчиков можно реализовать генераторы различных двоичныхчисел. Вывод генерируемых чисел можно осуществлять как в параллельном, так и в последовательном коде.В качестве примера рассмотрим работу трехразрядного (очевид-но, что количество разрядов может быть иболее трех) генератора чисел, реализованного на базе D-триггеров. Генератор чисел представим как совокупностьтрехразрядного регистра сдвига и комбинационного устройства КУ, выходной сигнал которого служит “источником”информации для регистра сдвига (рис. 3.30).

Входными переменными КУ являются выходные сигналы разрядныхтриггеров регистра сдвига Q0, Q1, Q2. Цикл повторения чисел определяется 2m - тактами синхросигнала(максимальный цикл). В таблице состояний генератора чисел использованы (рис. 3.31, а) следующие обозначения:Nп - десятичный эквивалент двоичного числа, реализуемого в параллельном коде; D - функция аргументов Q0, Q1,Q2.

Эту функцию можно рассматривать как последовательный код. Для получения минимальной дизъюнктивнойформы записи функции D построим карту Карно (рис. 3.31, б).Рис. 3.30. Структурная схема трехразрядного генератора чисел на D - триггерахСхема комбинационного устройства содержит три элемента конъюнкции и один элемент дизъюнкции (рис.3.32).

При построении схемы КУ дополнительные инверторы не потребуются, т.к. триггеры регистра имеют какпрямые, так и инверсные выходы.Использование регистров сдвига в кольцевых схемах представляет практический интерес, так как егоструктурные схемы состоят из повторяющихся триггерных цепей, обладают наращиваемостью и пригодны дляразличных применений.В приложениях приведены схемные обозначения и нумерация выводов регистров, выпускаемых винтегральном исполнении.ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙЭЛЕКТРОНИКИПЕРВАЯ СТРАНИЦАУЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙОГЛАВЛЕНИЕОБ АВТОРЕ3.7.

Электронные счетчики и делители частотыНа базе счетных триггеров можно построить цифровое устройство, получившее название электронногосчетчика. Электронные счетчики ( далее, просто счетчики) позволяют вести подсчет электрических импульсов,количество которых (поступивших на вход счетчика) представляется, обычно, в параллельном коде. Счетчикимогут отличаться модулем счета и типом счетной последовательности, которая, в частности, может быть двоичной,двоично-десятичной, в коде Грея и т.п.

Цифровые последовательностные устройства, выполненные по схемесчетчика, но имеющие один счетный вход и один выход называются делителями частоты. Таким образом, любойсчетчик может служить в качестве делителя частоты, если используется информация только одного из еговыходов. Так как счетчики и делители имеют единую структуру, основное внимание будет уделено синтезусчетчиков.Счетчики и делители подразделяются на асинхронные и синхронные. У синхронных счетчиков всеразрядные триггеры синхронизируются параллельно одними и теми же синхроимпульсами, поступающими изисточника этих импульсов.

Асинхронные счетчики имеют последовательную синхронизацию, т.е. каждыйпоследующий разрядный триггер синхронизируется выходными импульсами триггера предыдущего разряда.Асинхронные счетчики иногда называют последовательными, а синхронные счетчики - параллельными.Синхронные счетчики, в свою очередь, подразделяются на параллельно-синхронные и последовательносинхронные. Параллельные счетчики имеют более высокую скорость счета, чем асинхронные.Счетчики, независимо от способа синхронизации, подразделяются на счетчики прямого счета(суммирующие) и на счетчики обратного счета (вычитающие). В интегральном исполнении выпускаются такжереверсивные счетчики, в которых имеется специальный вход для переключения режима работы, т.е.

направлениясчета. Многие типы счетчиков, выпускаемые промышленностью в интегральном исполнении, имеютдополнительные входы предустановки, позволяющие использовать эти счетчики в режиме регистра памяти.В качестве разрядных триггеров счетчиков и делителей могут быть использованы двухступенчатые Dтриггеры, Т- и JK-триггеры.Счетчикиотносятсяк последовательностнымустройствамсциклическиповторяющейсяпоследовательностью состояний. Число, соответствующее количеству импульсов (поступивших на вход счетчика),при котором счетчик “возвращается” в исходное состояние, называется модулем или коэффициентом счета.Модуль счета, обычно, обозначают буквой М (или Ксч). Например, максимальный модуль счета счетчика из двухтриггеров равен М = 22 = 4, трех триггеров - М = 23 = 8 и т.д.

В общем случае для n - разрядного счетчика - М =2n. Модуль счета счетчика численно совпадает с модулем деления делителя частоты. Счетчик по модулю 8позволяет реализовать (без дополнительных схемных затрат) делитель частоты на 8. Это значит, что данныйделитель делит частоту входной импульсной последовательности на 8.Асинхронный двоичный счетчик. Асинхронный двоичный счетчик представляет собой совокупностьпоследовательно соединенных триггеров (D - или JK ), каждый из которых ассоциируется с битом в двоичномпредставлении числа.

Если в счетчике m триггеров, то число возможных состояний счетчика равно 2m, и,следовательно, модуль счета М также равен 2m. Счетная последовательность в двоичном суммирующем счетчикеначинается с нуля и доходит до максимального числа 2m - 1, после чего снова проходит через нуль и повторяется.В вычитающем двоичном счетчике последовательные двоичные числа перебираются в обратном порядке, и приповторении последовательности максимальное число следует за нулем.Рассмотрим устройство двоичного суммирующего счетчика по модулю М=16, выполненного на базе JKтриггеров (рис. 3.33, а).Как видно из рис. 3.33, (а), синхронизирующие входы всех триггеров, кроме крайнего левого (Т1), соединеныс выходами предыдущих триггеров.

Поэтому состояние триггера меняется в ответ на изменение состоянияпредыдущего триггера.Из таблицы состояния счетчика (рис. 3.33, б) легко заметить, что значение разряда в выбранной позициименяется тогда, когда в соседней справа позиции состояние переходит из “1” в “0”, управление триггерамиосуществляется задним фронтом синхроимпульсов (отрицательным перепадом напряжения импульсасинхронизации).550. 3.33. Схема а), таблица состояний триггеров б) и временные диаграммы, поясняющие работу в)последовательного четырехразрядного счетчика наJK - триггерахВременные диаграммы, поясняющие работу асинхронного суммирующего счетчика приведены на рис.