Компьютерная схемотехника (стр. 20 из 32)
Эти устройства выполняются на основе последовательного регистра, дополненного соответствующей логикой, и предназначены для преобразования последовательного кода в параллельный и наоборот.
В последовательно-параллельный регистр информация записывается в последовательном многоразрядном коде, а затем параллельно считывается со всех разрядов сигналом управления.
В параллельно-последовательный регистр данные записываются параллельно во все разряды, а считывание информации осуществляется в последовательной форме разряд за разрядом.
9.2.2.5 Регистры в интегральном исполнении
В современных сериях ИМС широко представлены разнообразные регистры. Рассмотрим в качестве примера один из них - К555ИР1, представляющий 4-разрядный универсальный регистр (рисунок 9.49, а, б). Эта микросхема содержит четыре тактируемые перепадом из 1 в 0 D-триггера, соединенные последовательно с помощью элементов И-ИЛИ. Если на вход V регистра подан сигнал “нуль”, то выход каждого предыдущего триггера через ячейку И-ИЛИ соединяется с входом D последующего. При этом импульсы, приходящие на тактовый вход С2, будут каждый раз устанавливать последующий триггер в состояние, в котором до этого находился предыдущий. Вход I регистра, связанный с входом D первого триггера, служит для приема информации в последовательном коде. Перед приходом очередного тактового импульса на вход I должно подаваться новое значение входного двоичного разряда. После приема четырех бит последовательного кода соответствующий ему параллельный код может быть получен с выходов триггеров Q1...Q4.
Запись в регистр информации в параллельной форме осуществляется с входов D1...D4 при подаче тактового импульса на вход С1 и значении управляющего сигнала V=1. Устанавливая затем V=0 и подавая тактовые импульсы на вход С2, можно осуществлять сдвиг записанного кода. При этом с выхода Q4 снимается последовательный двоичный код.
Рассматриваемые регистры могут использоваться для сдвига информации как вправо, так и влево (как реверсивные). Для этого необходимо попарно соединить выводы Q4 и D3, Q3 и D2, Q2 и D1 (рисунок 9.49, в). Вход V в этом случае играет роль переключателя направления сдвига. При V=0 и поступлении сигналов синхронизации на вход С2 последовательный код подается на вход I и осуществляется сдвиг вправо. Если V=1, а последовательный код поступает на входD4, то синхросигналами на входе С1 производится сдвиг кода влево.
Рисунок 9.49
Это ПЦУ, предназначенные для счета поступающих на их вход импульсов. В паузах между импульсами счетчик хранит в двоичном коде информацию о количестве уже поступивших импульсов. Максимальное число, которое может быть записано в счетчике, равно (2n-1), где n – число разрядов счетчика. Каждый разряд включает триггер. Наиболее просто счетчики строятся на триггерах со счетным входом (Т-триггерах).
Однако для их построения могут применяться не только триггеры со счетным входом, но также D- и JK-триггеры.
Основным параметром счетчика является модуль счета (коэффициент пересчета) Ксч, определяемый максимальным числом единичных сигналов, которое может быть посчитано. N-разрядный двоичный счетчик может находиться в состояниях 0, 1, 2,..., (2n-1). При поступлении на вход суммирующего счетчика 2n -й единицы он переходит из состояния (2n-1) в состояние 0. Следовательно, его модуль счета Ксч = 2n. Т. е. в зависимости от числа разрядов такой счетчик может посчитать 2, 4, 8, 16,... единиц и сформировать на выходе сигнал переноса. Через 2, 4, 8, 16... импульсов на входе, на выходе Q (или
) будет перепад из 1 в 0 или из 0 в 1, который сигнализирует о конце счета. Однако в ряде случаев требуется, чтобы коэффициент пересчета отличался от 2n. Широкое распространение получили, например, десятичные счетчики, для которых Ксч = 10. Такой счетчик после каждого 10-го импульса возвращается в исходное состояние, формируя при этом на выходе сигнал переноса. Количество разрядов n счетчика с произвольным коэффициентом пересчета определяется из условия2n-1 < Ксч < 2n. (9.20)
Очевидно, что для Ксч = 10 требуемое число разрядов n = 4. Обычный двоичный четырехразрядный счетчик имеет 24 = 16 различных устойчивых состояний. Следовательно, для Ксч = 10 имеется N = 16 - 10 = 6 избыточных состояний, которые необходимо исключить.
Кроме значения модуля счета счетчики можно классифицировать еще по ряду признаков.
В зависимости от направления счета различают
суммирующие (с прямым счетом),
вычитающие (с обратным счетом),
реверсивные (с прямым и обратным счетом)
счетчики.
По способу организации схемы переноса различают счетчики с
последовательным,
параллельным (сквозным),
параллельно-последовательным
переносом.
В зависимости от особенностей переключения отдельных триггеров счетчики делятся на:
асинхронные,
синхронные.
9.2.3.1 Асинхронный суммирующий двоичный счетчик с последовательным переносом
В качестве примера рассмотрим 3-х разрядный счетчик, выполненный на двухтактных Т-триггерах с дополнительным R-входом для установки исходного нулевого состояния (рисунок 9.50).
Рисунок 9.50
На рисунке 9.51 показаны временные диаграммы работы схемы.
Рисунок 9.51
Подачей единичного сигнала на вход УИС все триггеры устанавливаются в исходное нулевое состояние. Срезом каждого входного импульса переключается триггер младшего разряда Тг1. Срезом сигналов UQ1 переключается триггер второго разряда Тг2. Срез импульсов на выходе Q2 вызывает переключение триггера третьего разряда Тг3 (рисунок 9.51).
Анализируя временные диаграммы можно сделать ряд выводов:
1) частота импульсов на выходе каждого триггера вдвое меньше частотыимпульсов на его входе. N-разрядный счетчик делит частоту входных импульсов в 2n раз. С наибольшей частотой, равной частоте входных импульсов, переключается входной триггер счетчика;
2) в момент, предшествующий переключению очередного триггера, все предыдущие разряды счетчика находятся в единичном состоянии;
3) восьмой импульс для трехразрядного счетчика (рисунок 9.51) является импульсом переполнения, которым все триггеры устанавливаются в нуль (счетчик “обнуляется”). Девятым импульсом счетчик вновь начинает заполняться;
4) максимальное число импульсов, которое может зафиксировать схема, равно (2n - 1). В нашем примере n = 3 и в счетчик можно записать 7 импульсов.
5) если использовать сигнал переноса, формируемый на выходе, то счетчик может посчитать 2n импульсов. Если n=3, то Ксч=23=8.
Работу счетчика отражает таблица 9.14.
Таблица 9.14
| № импульса | Q3 | Q2 | Q1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 2 | 0 | 1 | 0 |
| 3 | 0 | 1 | 1 |
| 4 | 1 | 0 | 0 |
| 5 | 1 | 0 | 1 |
| 6 | 1 | 1 | 0 |
| 7 | 1 | 1 | 1 |
| 8 | 0 | 0 | 0 |
Нетрудно заметить, что состояние триггеров (разрядов) представляет собой запись числа поступивших импульсов в двоичном коде.
В рассмотренном счетчике каждый последующий триггер переключается сигналом переноса, формируемым на выходе предыдущего разряда, поэтому схема называется счетчиком с последовательным переносом. Переключение отдельных триггеров происходит последовательно друг за другом (не одновременно, асинхронно), поэтому такой счетчик называется асинхронным.
9.2.3.2 Асинхронный вычитающий двоичный счетчик с последовательным переносом
Счетчик, работающий на вычитание, строится аналогично суммирующему, рассмотренному выше. Отличие состоит лишь в том, что на счетный вход триггера i-го разряда (i = 1, 2, 3,...(n-1), где n-число разрядов счетчика) подается сигнал с инверсного выхода предыдущего разряда, т.е.
(рисунок 9.52). 
Рисунок 9.52
Т-триггеры, на которых выполнена рассматриваемая схема, переключаются перепадом сигнала из 1 в 0 на входе. Это значит, что переключение триггера i-го разряда будет происходить при срезе импульса
, т.е. при фронте Q i-1 (момент нарастания Q i-1 от 0 к 1). Работу вычитающего счетчика отражает таблица 9.15. В начале работы подачей единичных сигналов на установочные S-входы триггеров установлено исходное состояние счетчика Q1=Q2=Q3=1.Таблица 9.15
| № импульса | Q3 | Q2 | Q1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
| 2 | 1 | 0 | 1 |
| 3 | 1 | 0 | 0 |
| 4 | 0 | 1 | 1 |
| 5 | 0 | 1 | 0 |
| 6 | 0 | 0 | 1 |
| 7 | 0 | 0 | 0 |
| 8 | 1 | 1 | 1 |
Каждым входным импульсом число, записанное в счетчик, уменьшается на единицу. Состояния разрядов счетчика представляют собой двоичную запись линейно-убывающих чисел. Следует обратить внимание, что если при поступлении очередного импульса в счетчике записаны нули, то очередным состоянием схемы будут все единицы.