Глотов А.Н., Жаркова Н.А. Учебное пособие Типовые узлы цифровых устройств (2013) (1092077), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»467. РЕГИСТРЫРегистры служат для хранения и преобразования информации, представленнойв виде многоразрядных двоичных чисел. В зависимости от назначения регистрыподразделяют на два основных типа: на регистры хранения и регистры сдвига(сдвиговые регистры). Схемы регистров состоят из логических схем и элементовпамяти на базе различного типа триггеров. Логические схемы позволяют реализоватьразличные режимы работы регистров.Регистры выполняют разнообразные функции по хранению, передаче исинхронизации данных, преобразованию формата данных в системах управления,контроля, в микропроцессорах и других устройствах.
Рассмотрим основные типырегистров.7.1. Регистры храненияОбычно выполняются с параллельной записью и с параллельным выходоминформации. Структурная схема приведена на рисунке 7.1.ВыходныеразрядырегистраТриггерD1ТриггерD2ТриггерD3ТриггерD4ТактовыеимпульсыВходныеразрядырегистраРисунок 7.1Регистр построен на триггерах D-типа.
Запись информации производитсяодновременнововсеразрядыпотактовымимпульсам,подаваемымнасинхронизирующие (динамические) входы триггеров. В регистр записываетсяинформация установленная на D-входах триггеров в момент прихода тактовогоимпульса.7.2. Сдвиговые регистрыСтроятся на триггерах D-типа, JK-типа и, реже, на RS-триггерах.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»47В регистре, построенном на D-триггерах рисунок 7.2, информация поступаетпоследовательно на вход первого триггера. Выход 1-го триггера соединен с входом 2-готриггера, выход 2-го триггера с входом 3-го триггера и т.д.Выходные разряды регистраТактовыеимпульсыТриггерD1ТриггерD2ТриггерD3ТриггерD4Рисунок 7.2Поэтому с приходом тактового импульса информация, имеющаяся в триггере,перезаписывается в следующий триггер, т.е.
тактовые импульсы "сдвигают"поступившую информацию каждый раз на один разряд. Аналогично строятсясдвиговыерегистрынаJK-триггерах.ВэтомслучаевыходыQиQJK-триггеров соединяются с входами J и K последующего триггера соответственно.Съем информации с регистра в приведенной схеме производится параллельно совсех разрядов.
Если информация с регистра снимается с последнего n-го триггера, товыходная информация оказывается задержанной относительно входной на n тактов, т.е.регистр сдвига используется как устройство задержки.Следует обратить внимание, что для построения регистров сдвига должныиспользоватьсялиботриггерысдинамическимтактовымвходом,либодвухступенчатого типа. В первом случае триггер принимает информацию с входа (Dили JK) только по фронту входного тактового сигнала.
Во втором случае сменаинформации на выходе триггеров регистра сдвига происходит по окончании тактовогоимпульса. Это обеспечивает сдвиг информации только от импульса к импульсу. Приневыполнении этих условий возможно ложное заполнение всех разрядов регистрасдвига одинаковой информацией.Если сдвиговые регистры используются для хранения (задержки) информации,то зная время срабатывания триггера tзтр, период тактовых импульсов и с какоготриггера (разряд) снимается сигнал можно определить время задержки или времяхранения информации.ОглавлениеН.А.
Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»487.3. Реверсивные сдвиговые регистры.Регистры сдвига можно строить как со сдвигом вправо, так и со сдвигом влево.Если регистр производит сдвиг и влево, и вправо по управляющему сигналу, то такиерегистры называют реверсивными. Сдвиговый регистр на рисунке 7.2 может сдвигатьинформацию вправо, если информационный вход подавать на вход триггера D4, выходD4 на вход D3 и так далее.Дляуправлениянаправлениемсдвига,установкиисходногосостоянияразрядных триггеров, разрешения записи в регистр, для построения реверсивныхрегистров необходимо использовать дополнительные логические схемы.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н.
Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»498. СЧЕТЧИКИСчетчики находят применение во многих электронных устройствах специальнойибытовойтехники:частотомерах,аналого-цифровыхицифро-аналоговыхпреобразователях, цифровых электронных часах и в других. Счетчики производятделение частоты и счет импульсов по любому основанию счисления. Максимальнаядопустимая частота входных импульсных сигналов определяется элементной базой иможет достигать 1,5 – 2 ГГц. Любой счетчик характеризуется модулем счета, которыйравен числу состояний счетчика. После достижения модуля счета состояния счетчиканачинают повторяться.
Для построения счетчиков обычно используют цифровыеэлементы с двумя устойчивыми состояниями – триггеры. В этом случае состояниеn 1счетчика описывается двоичным кодом:N = ak 2k ,k=0где ak принимает значения 0 или 1 в зависимости от состояния k-го разряда счетчика.В зависимости от момента времени срабатывания разрядов счетчики относят кклассу синхронных или асинхронных устройств. Отличительной особенностьюсинхронных устройств является то, что сигналы тактового генератора подаются на всетриггеры одновременно. В результате моменты переключения триггеров счетчиковпривязаны к фронту тактового сигнала (синхронны с ним). У асинхронных устройствмежду фронтом тактового импульса и моментом переключения триггера счетчикасуществует определенный временной интервал (задержка), зависящая от номераразряда и структуры счетчика.Структурные схемы асинхронного и синхронного счетчиков показаны нарисунок 8.1 а,б соответственно.ОглавлениеН.А.
Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»50ТактовыеимпульсыТриггер1Триггер2Триггер3Триггер2Триггер3а)ТактовыеимпульсыТриггер1б)Рисунок 8.1Работа счетчиков становиться наглядной, если таблицу двоичных чиселсравнить с временной диаграммой переключение триггеров рисунок 8.2.Таблица истинностиДесятичное числоДвоичное числоТ4Т3Т2Т100000100012001030011401005010160110701118100091001101010111011121100131101141110151111ОглавлениеН.А.
Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»51ВхСT0Вых0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0Т1T10 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1Т2T20 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0Т3T30 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0Т4tРисунок 8.2Из рис.8.2 видно, что периоды сигналов на выходах Т1 … Т4 возрастаютпропорционально 2k раз по отношению к периоду входных сигналов.В пределах модуля счета состояние N счетчика может увеличиваться илиуменьшаться после каждого входного импульса. Если N растет, то счетчики носятназвание суммирующие, если Nубывает, то счетчики этого типа называютвычитающими.
Для изменения направления счета независимо от выбранной схемысчетчика надо поменять выходы с прямого на инверсный. Счетчики, которые покомандеизвне,работаютвпрямомиобратномнаправленииназываютсяреверсивными.В качестве элементов памяти для построения счетчиков используютсяразличные типы триггеров: RS, JK, D и Т. Для реализации специфических функций(параллельныйвводизаписьданных,синхронизациясчетчиковвнешнимиимпульсами, реверсирование и пр.) вводятся дополнительные логические элементы.8.1.Двоичные асинхронные счетчикиРассмотрим двоичный счетчик на двухступенчатых JK-триггерах.НапомнимлогикуработыJK-триггера.Двухступенчатыетриггерыпереключаются при переходе с высокого потенциала на низкий, т.е.
по заднему фронтутактового сигнала.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»52ТактовыйJKQ (выход)00Сохраняется предыдущее состояние01010111Переключается как счетныйСхема асинхронного счетчика с модулем счета 16 приведена на рисунок 8.3.T1ТИCJT2QJT3QJQT4JCLKCLKCLKCLKKKKKQ«1»2р1р3р4рРисунок 8.3Временные диаграммы такого счетчика совпадают с временными диаграммами,приведенными на рисунок 8.2, кроме моментов переключений. Это отличие поясняетсявременными диаграммами рисунок 8.4.ОглавлениеН.А.
Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»531СТ1Т2Т31516ttз1ttз1ttз1tз1Т4ttTΣз = 4tзРисунок 8.4.Фронты переключений триггеров 1р, 2р, 3р и 4р не совпадают во времени.Изменение состояния триггера передается по цепочке, и каждый триггер вноситсобственную задержку. На временных диаграммах рис.9 показано переключениецепочки триггеров при поступлении на вход 16-го импульса.
Максимальная частотаработы таких счетчиков ограничена суммарной задержкой и, следовательно, сповышением разрядности – уменьшается.Кроме того, не синхронность установления состояния разрядов счетчика можетнарушать правильную работу последующих цифровых схем. Для устранения этихнедостатков используют синхронные счетчики.8.2.
Синхронные двоичные счетчикиПо организации переноса синхронные счетчики подразделяются на счетчики споследовательным и параллельным переносом. Сигнал переноса на входе каждогоразряда счетчика должен формироваться при полном заполнении логическимиединицами всех предшествующих разрядов. В счетчиках с последовательнымпереносом факт полного заполнения всех предшествующих разрядов выявляется путемпоследовательного опроса разрядов, начиная с младшего рисунок 8.5.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»54&JТИCQJQЛЭ1ЛЭ2&JQJQCLKCLKCLKCLKKKKKT1T2T3T4«1»ЛЭ12р1р3р4рРисунок 8.5Счетные (тактовые) импульсы подаются одновременно на все триггеры, однакопереключение триггеров Т3 и Т4 происходит только при наличии разрешающегосигнала логической единицы на входах J и K, формируемого в схемах совпадения налогических элементах ЛЭ1 и ЛЭ2.Логическая схема ЛЭ1 формирует на выходе "1" после прихода 3-го импульса(код "11"), ЛЭ2 формирует "1" после прихода 7 импульса (код "111").
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
