Основы цифровой электроники часть 1 (Основы цифровой электроники), страница 5

3.33, в.Счетчики обратного счета (вычитающие счетчики). На рис. 3.34 приведена схема асинхронноготрехразрядного двоичного вычитающего счетчика, построенного на базе D-триггеров. Отметим, что условия дляизменения состояний триггеров вычитающих счетчиков аналогичны условиям для суммирующих счетчиков с тойлишь разницей, что они должны “опираться” на значения инверсных, а не прямых выходов триггеров.Следовательно, рассмотренный выше счетчик можно превратить в вычитающий, просто переключив входы “С”триггеров с выходов Q на выходы. Когда в качестве разрядных триггеров используются D-триггеры,синхронизируемые передним фронтом синхроимпульсов, для получения вычитающего счетчика (асинхронного)входы “С” последующих тригеров соединяются с прямыми выходами предыдущих, также как в счетчике прямогосчета, построенного на JK-триггерах.Работа вычитающего счетчика на D-триггерах наглядно иллюстрирована на рис.

3.34, (б). Из рис. 3.34следует, что после нулевого состояния всех триггеров, с приходом первого синхроимпульса они устанавливаются всостояние “1”. Поступление второго синхроимпульса приводит к уменьшению этого числа на одну единицу и т.д.После поступления восьмого импульса, снова, все триггеры обнуляются и цикл счета повторяется, чтосоответствует модулю М=8.В некоторых случаях необходимо, чтобы счетчик мог работать как в прямом, так и в обратном направлениисчета. Такие счетчики называются реверсивными. Реверсивные счетчики могут быть как асинхронного, так исинхронного типа.

Они строятся путем применения логических коммутаторов (мультиплексоров) в цепях связимежду триггерами. Так, например, асинхронный реверсивный двоичный счетчик можно построить, если обеспечитьподачу сигналов с прямого (при суммировании) или с инверсного (при вычитании) выхода пре-дыдущего JK- или Ттриггера на счетный вход последующего. В случае, когда реверсивный счетчик строится на базе D-триггеров,управляемых передним фронтом, для получения режима прямого счета следует соединить инверсный выходпредыдущего с счетным входом последующего триггера.Все рассмотренные типы счетчиков могут быть использованы в цифровых устройствах “умеренного”быстродействия, когда частота следования синхроимпульсов не превышает критического значения, при которомвремя задержки установки триггеров последних (старших) разрядов счетчика становится соизмеримым сдлительностью периода входных тактовых импульсов.

В связи с этим, асинхронные счетчики строятся наотносительно небольшое количество разрядов, так как при большем количестве разрядов выходные сигналытриггеров старших разрядов появляются позднее, чем управляющие фронты синхроимпульсов (поступающих навход первого триггера) .Параллельные счетчики (синхронные счетчики). Как было уже сказано выше, параллельныесчетчики бывают двух типов: синхронные параллельные и синхронные последовательные.Синхронный последовательный счетчик. По способу подачи синхроимпульсов такие счетчикипараллельные, т.е.

синхроимпульсы поступают на все триггеры счетчика параллельно, а по способу управления(подачи управляющих импульсов) - последовательные. Схема синхронного последовательного счетчика,реализованного на JK-триг-герах, приведена на рис. 3.35.Синхронный последовательный счетчик обладает повышенным быстродействием, однако, за счетпоследовательного формирования управляющих уровней, на входы “J” и “К” счетных триггеров, быстродействиенесколько уменьшается.

От этого недостатка лишены параллельные синхронные счетчики, в которыхформирование управляющих уровней и их подача на соответствующие входы триггеров счетчика осуществляетсяодновременно, т.е. параллельно. Пример реализации параллельного синхронного счетчика иллюстрирован на рис.3.36.Поскольку счетчик имеет одну общую линию синхронизации, состояние триггеров меняется синхронно, т.е.те триггеры, которые по синхроимпульсу должны изменить свое состояние, делают это одновременно, чтосущественно повышает быстродействие синхронных счетчиков.Счетчики с произвольным коэффициентом счета.

Принцип построения подобного класса счетныхустройств состоит в исключении нескольких состояний обычного двоичного счетчика, являющихся избыточнымидля счетчиков с коэффициентом пересчета, отличающимися от двоичных. При этом избыточные состоянияисключаются с помощью обратных связей внутри счетчика.Число избыточных состояний для любого счетчика определяется из следующего выражения:М = 2m - Ксч,где М - число запрещенных состояний, Ксч - требуемый коэффициент счета; 2m - число устойчивых состоянийдвоичного счетчика.Задача синтеза счетчика с произвольным коэффициентом счета заключается в определении необходимыхобратных связей и минимизации их числа. Требуемое количество триггеров определяется из выраженияn= [log2 Ксч],где [log2 Ксч] - двоичный логарифм заданного коэффициента пересчета Ксч, округленный до ближайшегоцелого числа.В каждом отдельном случае приходится применять какие-то конкретные методы получения требуемогокоэффициента пересчета.

Существует несколько методов получения счетчиков с заданным коэффициентомпересчета Ксч. Один их этих методов заключается в немедленном сбросе в “0” счетчика, установившегося вкомбинацию, соответствующему числу Ксч. Его называют также методом автосброса. Рассмотрим примерреализации счетчика с Ксч=10 методом автосброса. Очевидно, что “сбрасывая” двоичный четырехразрядныйсчетчик на нуль каждый раз, когда он будет принимать состояние 1010, можно обеспечить”возврат” счетчика висходное состояние после каждых десяти импульсов. Подобный прием удобно применять при использованиисчетчиков в интегральном исполнении, имеющих ячейки конъюнкции (И) на входах установки в нуль, как этосделано в микросхеме К1533ИЕ5. В данном примере (рис. 3.37) организованы соединения, обеспечивающиекоэффициент пересчета Ксч =10.Как следует из рис.

3.37, роль ячейки, выявляющей факт достижения кодовой комбинации 1010 на выходахсчетчика, играет ячейка И, уже имеющаяся на входе сброса ИМС К1533ИЕ5.В таблице 3.1 поясняются конфигурации соединений для получения различных коэффициентов пересчета спомощью счетчика К1533ИЕ5. Наиболее очевидные варианты получения коэффициентов (2, 4, 8, 16 ) в таблице неуказаны.

В графе “Соединения” таблицы указано, какие выводы микросхемы должны быть соединены между собой:например, указание 1-12 означает, что нужно соединить вывод 1 с выводом 12. В строках “Ввод” и “Выход” таблицыуказаны номера выводов микросхемы, на которые следует подавать входные импульсы и с которых надлежитснимать выходные, соответственно. Следует отметить, что ИМС К1533ИЕ5 состоит из четырех счетных триггеров,один из которых имеет раздельные выводы входа и выхода, а остальные три триггера соединены последовательнопо схеме асинхронного счетчика.Синтез счетчика с произвольным коэффициентом счета. Один из методов проектирования счетчиковс заданным коэффициентом счета заключается в построении таблицы переходов, в первых столбцах которых будутотражены текущие состояния триггеров счетчика, а в последующих - следующие за ними состояния. Анализтаблицы позволяет установить те переходы, которые должны быть “сделаны” триггерами, входящими в составсчетчика.

Затем с помощью управляющей таблицы соответствующего триггера находятся значения логическихфункций на управляющих входах триггеров, позволяющие осуществить эти переходы.Рассмотрим пример синтеза синхронного двоично-десятичного счетчика на базе JK-триггеров. На рис. 3.38показан граф, поясняющий последовательность переходов десятичного счетчика, в таблице 3.2 - таблицапереходов.В правой части таблицы 3.2 приведены значения входных сигналов четырех триггеров. Для поиска этихзначений должны быть проанализированы реализованные переходы, а затем с помощью управляющей таблицы(см.

рис. 3.15, а) определены соответствующие значения “J” и “K” входов триггеров.На рис.3.39 приведены карты Карно для логических функций, которым должны соответствовать сигналы,присутствующие на управ-ляющих входах триггеров ( нулевые значения функций в клетки карты Карно незаписаны).После упрощения с помощью карт Карно полученные логические выражения, используемые для управлениявходами “J” и “К”, выглядятJ4 = Q1 Q2 Q3 ;J3 = Q1 Q2;J2 =K4 = Q1K3 = Q1 Q2;K2 = Q1Просмотр столбцов J1 и К1 в табл. 3.2 показывает, что все значения либо “~“, либо “1”.

Так какбезразличные состояния могут также участвовать в процессе упрощения, то все клетки карты Карно для J1 и К1оказываются заполненными символами “~“, “1” и “a“. Следовательно,J1 = K1 = 1На рис. 3.40 показана схема двоично-десятичного синхронного счетчика.Если счетчик из-за какой-либо неисправности окажется в одном из запрещенных (неиспользуемых)состояний, то его работа может быть прервана специальным сигналом и также может быть подан сигнал тревоги онеисправности в схеме счетчика. Обнаружить это позволяет схема, реализующая выражение, описывающеефункцию неиспользуемых состоянийfн = Q2 Q4 + Q3 Q4 .На рис. 3.41 показано, как эта схема используется для формирования цепи аварийной сигнализации игенерации блокирующего сигнала синхронизации.Выражение , описывающее блокирующий сигнал синхронизации, имеет видСледовательно, когда fн = 1, то С’ = 0, и синхроимпульсы будут отсутствовать до тех пор, пока счетчик не выйдетиз запрещенного состояния.Из схемы формирования блокирующего сигнала синхронизации следует, что логика её функционированияориентирована на то, чтобы исключить возможность появления неиспользуемых комбинаций выходных сигналов.Действительно, в коде числа двоично-десятичного счетчика отсутствуют комбинации 0110, 0011, следовательно, ихпоявление свидетельствует о неиспраности системы.Временные диаграммы счетчика (рис.

3.40), заданного графом переходов (рис. 3.38) и таблицей переходов 3.2,приведены на рис. 3.42.Из рис. 3.42 следует, что все изменения состояний триггеров происходят во время формирования заднегофронта положительного импульса синхронизации. На временных диаграммах выходов Q1 .