Справочное пособие - микросхемы и их применение (1086445), страница 27
Текст из файла (страница 27)
По направлению счета их делят на суммирующие (спрямым счетом), вычитающие (с обратным счетом) и реверсивные. В суммирующих счетчиках с приходомочередного счетного импульса результат увеличивается на единицу, в вычитающих — уменьшается наединицу. Реверсивными называются счетчики, которые могут работать как в режиме суммирующего счетчика,так и в режиме вычитающего счетчика.По способу организации переноса различают счетчики с последовательным, параллельным икомбинированным (параллельно-последовательным) переносом.Конструктивно цифровые счетчики могут быть выполнены в виде совокупности интегральных микросхемтриггеров, определенным образом соединенных, и в виде одной микросхемы повышенного уровня интеграции,содержащей сформированную на единой подложке схему многоразрядного счетчика.Рассмотрим пример реализации трехразрядного суммирующего в коде 8 — 4 — 2 — 1 счетчика споследовательным переносом.Порядок смены состояний счетчика задан табл.
4.10. В качестве исходного принято состояние, котороеопределяется нулевым уровнем на выходах всех триггеров, т. е. Qt=Q2=Q3=0. Как следует из таблицы, сприходом очередного счетного импульса к содержимому счетчика прибавляется единица. При этомувеличивается на единицу номер состояния, являющийся десятичным эквивалентом соответствующегоданному состоянию двоичного числа.Изменение состояния каждого последующего разряда происходит при изменении состояния предыдущегоразряда от 1 к 0.
Это означает, что всякий-раз, когда данный триггер в счетчике переходит из состояния;! всостояние 0, на его выходе должен формироваться сигнал переноса, опрокидывающий следующий триггер.Если же данный триггер переходит из 0 в 1, то сигнала переноса на его выходе не должно быть.Из таблицы 4.10 также следует, что триггер первого, самого младшего разряда должен менять своесостояние каждый раз с приходом очередного счетного импульса, а триггер каждого последующего разряда —вдвое реже триггера предыдущего разряда.Описанные порядок смены состояний счетчика и характер процесса их установления могут бытьреализованы, если счетчик будет построен на последовательно соединенных Г-триггерах. Каждый последующий разряд при этом будет переключаться сигналом переноса, формируемым на выходе предыдущегоразряда. Счетные импульсы должны быть поданы на вход триггера самого младшего разряда.
Счетчики,построенные таким образом, получили название счетчиков с последовательным переносом.Рис. 4.37. Счетчик с последовательным переносом: а — функциональная схема; б —условное обозначение; в — временные диаграммыПри соединении триггеров необходимо учитывать вид сигнала, которым Г-триггер переключается.Напомним, что триггеры с динамическим управлением опрокидываются при поступлении на прямой Г-входперепада уровня от 0 к 1, а на инверсный T-вход от 1 к 0. Триггеры двухступенчатой структуры с прямым Tвходом изменяют свое состояние с окончанием входного импульса, т.
е. после перепада уровня от 1 к 0. Есливход инверсный, то изменение состояния триггера происходит после перепада входного уровня от 0 к 1. Следовательно, если суммирующий счетчик строится на триггерах двухступенчатой структуры с прямымстатическим входом или триггерах с инверсным динамическим входом, то следует соединять вход каждогопоследующего триггера с прямым выходом предыдущего. Формируемый при этом на выходе каждого разрядасигнал переноса в виде перепада уровня от 1 к 0 опрокидывает триггер последующего разряда. Примертрехразрядного счетчика на Г-триггерах двухступенчатой структуры приведен на рис. 4.37. Для установкиисходного состояния служит шина «Уст.
О», которой объединены R-входы всех триггеров. Нулевое состояниетриггеров устанавливается подаваемым по этой шине положительным импульсом напряжения между уровнями0 и 1. Если R-входы инверсные, установочный импульс должен быть отрицательным между уровнями 1 и 0. Налевом поле условного графического обозначения счетчика (рис. 4.37,6) показано, что его входом являетсяTгвход первого разряда, а на правом поле указан «вес» каждого разряда.Широко применяют также и триггеры с прямым динамическим входом, которые для опрокидываниятребуют перепада уровня от О к 1.
При использовании таких триггеров для построения суммирующегосчетчика с последовательным переносом необходимо вход каждого последующего триггера соединять синверсным выходом предыдущего. Пример такого счетчика на Г-триггерах, полученных из D-триггеров сдинамическим управлением, приведен на рис. 4.38.Вычитающий счетчик с последовательным переносом имеет обратный порядок смены состояний: сприходом очередного счетного импульса содержащееся в счетчике число уменьшается на единицу (табл. 4.11).Из таблицы следует еще одна особенность вычитающего счетчика, отличающая его от суммирующего исостоящая в том, что триггер каждого последующего разряда опрокидывается при изменении уровня на выходетриггера предыдущего разряда от 0 к 1, т.
е. при сигнале займа, обратном сигналу переноса в суммирующемсчетчике. Строится вычитающий счетчик так же, как суммирующий, но с тем отличием, что со входом каждогопоследующего триггера соединяется другой выход предыдущего триггера.Рис. 4.38. Счетчик на D-триггерах с динамическим управлением:а — функциональная схема; б — условное обозначениеИз временных диаграмм (рис. 4.37,в) видно, что в наихудшем случае новое состояние счетчикаустанавливается с задержкой, равной утроенной задержке переключения одного триггера, что вызванопоследовательным по времени распространением сигнала переноса через все разряды счетчика. Таким образом,в счетчике с последовательным переносом неэффективно используется быстродействие триггеров, особеннопри большом числе разрядов.
В этом состоит существенный недостаток счетчиков с последовательнымпереносом, из-за .которого, несмотря на простоту и удобство реализации схемы, область их примененияограничивается цифровыми устройствами с небольшим числом разрядов и невысоким быстродействием.Для повышения быстродействия счетчиков применяют различные способы ускорения переноса, как этоделают и в сумматорах для сокращения времени сложения чисел.Один из широко применяемых способов ускорения переноса в счетчиках основан на введении логическихэлементов, с помощью которых достигается возможность одновременного (параллельного) формированиясигналов переноса для всех разрядов. Для реализации этого способа применяют ГУ-триггеры.
На Г-входы всехтриггеров одновременно подаются счетные импульсы, а на V-вход каждого триггера поступает сигналпереноса, формируемый логической схемой в виде уровня 1. Триггеры, на V-входе которых имеется сигналпереноса, одновременно опрокидываются с приходом очередного счетного импульса, и, таким образом,устанавливается новое состояние счетчика. Для определения вида цепи переноса в счетчике обратимся к ужерассмотренной табл. 4.10.
Из нее следует, что первый разряд, как и в счетчике с последовательным переносом,должен быть построен на Г-триггере. Если применяется ТV-триггер, то на его V-вход следует подать 1 илисоединить его с Г-входом.Второй триггер опрокидывается счетным импульсом при наличии 1 на выходе первого триггера, а третийтриггер опрокидывается при наличии 1 на выходах двух предыдущих триггеров. Обобщая эту закономерностьна случай jV-разрядного счетчика, получим, что каждый последующий триггер должен опрокинуться подвоздев стием счетного импульса при наличии 1 на выходах всех предыдущих триггеров.
Следовательно, дляформирования сигнала переноса в каждый разряд счетчика необходимо включить элемент И и соединить еговходы с прямыми выходами всех предыдущих разрядов, а выход — с V-входом триггера данного разряда.Пример суммирующего счетчика с параллельным переносом на ГК-триггерах приведен на рис. 4.39.Быстродействие этого счетчика выше, чем счетчика с последовательным переносом, поскольку оно равно быстродействию одного разряда.Это является важным достоинством счетчиков с параллельным переносом, обеспечившим им широкоеприменение. Недостаток — необходимость включения в схему логических элементов с разным, причемнарастающим от разряда к разряду, числом входов.
Это нарушает регулярность структуры счетчика иограничивает возможность наращивания его схемы. Частично этот недостаток можно устранить прииспользовании триггеров с входной логикой.Многие серии микросхем содержат JK-триггеры с входной логикой.
Для преобразования JK-триггера в TVтриггер необходимо объединить входы J и K в один, это и будет К-вход. У триггера с тремя коньюнктивносвязанными J-входами и тремя конъюнктивно связанными K-входами могут быть образованы, следовательно,три конъюнктивно связанных V-входа. При реализации счетчика на таких триггерах исключаютсядополнительные логические элементы в цепях переноса. Однако ограничение в разрядности счетчика остается.Поскольку имеющиеся интегральные JK-триггеры позволяют получить до трех F-входов, на них может бытьпостроен лишь четырехразрядный счетчик с параллельным переносом (рис.
4.40).Рис. 4.39. Счетчик с параллельным переносомВычитающий счетчик с параллельным переносом строится так же, как и суммирующий, но сигналыпереноса снимаются с инверсных, относительно используемых в суммирующем счетчике, выходов триггеров.Реверсивный счетчик, объединяющий возможности суммирующего и вычитающего, строится такимобразом, чтобы обеспечивалось управление направлением счета с помощью сигналов на сложение С0 ивычитание Св.
Поэтому его схема содержит дополнительную комбинационную часть, выполняющуюуказанную функцию.Рис. 4.40- Счетчик на JK-триггерах с входной логикойРис. 4.41. Реверсивный счетчик на ГУ-триггерахНередко счетчики с параллельным переносом, выпускаемые в виде микросхем, имеют помимо основныхвыходов — дополнительные, как это показано, например, на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
