Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Микросхемы с памятью регистры триггеры счетчики

Сновное применение триггеры находят в счетчиках (делителях частоты) и регистрах.

Счетчиком называется триггерное устройство, предназначенное для подсчета импульсов, подаваемых на его вход. В радиоэлектронной аппаратуре широко используются счетчики следующих типов: асинхронные и синхронные счетчики, счетчики предназначенные для счета в двоичной и десятичной системах счисления, счетчики с увеличением счета (однонаправленные), с увеличением и уменьшением счета (двунаправленные или реверсивные), с постоянным или переключаемым коэффициентом деления.

Основой счетчика всегда является линейка из нескольких последовательно соединенных триггеров. Обычно между триггерами дополнительно вводятся обратные связи, позволяющие получать отличный от 2 n (n – число триггеров) коэффициент деления. Так, счетчик содержащий в своем составе четыре триггера (обычно это самый распространенный вариант) имеет максимальный коэффициент деления 16. Для получения коэффициента деления 10 в схему счетчика вводятся обратные связи. В этом случае коэффициент деления будет определяться по следующему выражению: ; Здесь в круглых скобках записано число 6 в двоичной форме (0110). Следовательно, обратная связь, необходимая для получения коэффициента деления 10 подается на второй и третий триггеры.

Для получения счетчика с заданным коэффициентом деления K следует руководствоваться условием: ; При коэффициенте деления 16 в этом случае требуется четыре триггера, выходной код такого счетчика будет всегда находиться в интервале от 0000 до 1111. При введении обратных связей в триггеры 2 и 3 счетчик останавливает счет при достижении выходного кода, равного 1001 (9). Промышленность выпускает четырехтриггерные счетчики в двух вариантах: с обратными связями во втором и третьем триггерах (десятичный счетчик) и без них (двоичный счетчик).

Поскольку счетчики состоят в основном из триггеров, на них распространяется также триггерная классификация по вариантам синхронизации. Как и триггеры, счетчики бывают синхронными и асинхронными. В асинхронном счетчике каждый последующий триггер получает управляющий импульс от предыдущего триггера, в синхронном счетчике все триггеры получают синхроимпульс одновременно. В синхронном счетчике можно осуществлять параллельную синхронную загрузку данных. Кроме того, становится возможным осуществить реверс счета, т.е. с приходом каждого синхроимпульса содержимое счетчика можно уменьшать либо увеличивать на единицу.

Рассмотрим для примера структуру четырехтриггерного двоично-десятичного счетчика К155ИЕ2, схема которого показана на рисунке 24 (материал почти без изменений взят из справочника по ИМС).

Счетчик состоит из четы­рех комбинированных триггеров типа JK. Первый триггер может работать самостоятельно и образует делитель входной последовательности импульсов с коэффициентом деления 2. Тактовый вход первого триггера С0 инверс­ный динамический, поэтому переключение триггера происходит спадом входного импульса. Осталь­ные три триггера образуют синхронный делитель на пять. Тактовые входы С1 инверсные динами­ческие, управляются синхронно спадом входного импульса.

Счетчик имеет два входа R для синхронного сброса (обну­ления), а также два синхронных входа предварительной установки двоичного кода (1001 =9). Входы R и S с логикой 2И-НЕ на входе. Входы синх­ронного сброса R1 и R2 запрещают действие импульсов по всем тактовым входам и входам предварительной установки. Импульс, поданный на вход R, производит сброс данных по всем триггерам одновременно. Подача напряжения на входы S1 и S2 запрещает прохождение тактовых сигналов, а также сигналов от входов R1 и R2 на счетчик. Так как выход первого триггера внут­ренне не соединен с последующими тремя триггерами, то возможны три независимых режима работы счетчика: двоично-десятичный режим, режим счетчика-делителя частоты на 10 и режим деления на пять.

При использовании К155ИЕ2 как двоично-десятичного счетчика с весом двоичных разрядов 8-4-2-1 необходимо выход первого триггера соединить с тактовым входом трех триггеров внешней перемычкой. Входная последовательность импульсов подается на тактовый вход первого триггера. При использовании К155ИЕ2 как счетчика-делителя входной частоты на 10 необходимо выход последнего триггера соединить с тактовым входом первого триггера внешней перемычкой. Входная тактовая последова­тельность подается на тактовый вход трех последующих триг­геров, а выходная последовательность снимается с выхода первого триггера. Выходная последовательность имеет вид меандра (скважность равна 2).

Читайте так же:
Счетчик мешков норма ст

При использовании счетчика как дели­теля на 2 и на 5 внешние перемычки не нужны. В случае деления частоты на два входная последовательность подается на тактовый вход пер­вого триггера, а выходная снимается с выхода первого триггера. Три последующих триггера образуют делитель на 5. Вход­ная последовательность пода­ется на синхронный тактовый вход трех триггеров, а выходная снимается с выхода третьего триггера. Оба делителя работают неза­висимо.

Регистр – триггерное устройство, предназначенное для кратковре­менного хранения информации в двоич­ном виде. В качестве элементов памяти в регистрах используются триггеры, чаще всего двухступенчатые, в которых хранится 1 бит информации. Также регистр может содержать вспомогательные элементы, построенные на основе комбинационных схем и исполь­зующиеся для осуществления следующих операций:

ввода и вывода из регистра хранимой информации;

преобразования кода числа, хранящегося в регистре;

сдвига числа влево или вправо на определенное число раз­рядов;

преобразования последовательного кода числа в парал­лельный и наоборот;

Сброс регистра.

Регистры классифицируют по способам ввода информации в регистр и ее вывода:

· параллельные (регистры памяти);

· последовательные (регистры сдвига);

· параллельно-последовательные.

Информация в регистр может вводится в прямом либо обратном коде (однофазный регистр) или одновременно в прямом и обратном кодах (парафазный регистр). Дополнительно различают одно- и многоканальные регистры в зависимости от числа источников информации, с которых она посту­пает на входы регистра.

В простейшем регистре сдвига триггеры соединены последова­тельно, т. е. выходы предыдущего триггера передают инфор­мацию на входы последующего. Тактовые входы С триггеров соединены параллельно. Такой регистр имеет один вход и один выход и называется последовательным.

Другой тип регистров, параллельный, устроен так, что ко входу каждого триггера добавлена разрешающая логика, осуществляющая параллельную загрузку данных в регистр. Также возможно параллельное отображение выходных данных.

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

  • Войти
  • Главная
  • Рубрикация
  • Указатель А — Я
  • Порталы
  • Произвольно
  • Журнал
  • Редакторам
    • Ссылки сюда
    • Связанные правки
    • Загрузить файл
    • Спецстраницы
    • Версия для печати
    • Постоянная ссылка
    • Сведения о странице
    • Цитировать страницу
    • Читать
    • Просмотр
    • История

Счётчики построенные на триггерах

Счетчик — это устройство, которое служит для отслеживания количества каких-либо событий .
Счетчик — это автомат, служащий для учета количества событий .

Содержание

  • 1 Классификация
  • 2 Последовательные суммирующие счетчики
    • 2.1 Счетчики с последовательным переносом
    • 2.2 Счетчики с параллельным переносом
    • 2.3 Счетчики с комбинированным переносом
  • 3 Последовательные вычитающие счетчики
  • 4 Реверсивные счетчики
  • 5 Схема счетчика с предустановкой
  • 6 Построение счетчиков с произвольным модулем пересчета
  • 7 Кольцевые счетчики
  • 8 Счетчики на JK-триггерах
    • 8.1 Добавление дополнительных состояний
  • 9 Счетчики с произвольным порядком пересчета
    • 9.1 Построенные на основе D-триггеров
    • 9.2 Построенные на основе T-триггеров
    • 9.3 Построенные на основе JK-триггеров

Классификация

Счетчики классифицируются по следующим параметрам:

  1. по разрядности
    • суммирующие
    • вычитающие
    • реверсивные
    • с произвольным порядком пересчета
    • синхронные
    • асинхронные
  2. по типу формирования переноса внутри счетчика
    • с последовательным
    • с параллельным
    • с комбинированным
    • с функцией установки произвольного числа
    • с установкой в ноль

Счетчик называют полным, если количество устойчивых состояний на выходе равно 2 n

Читайте так же:
Комплект для перекачки топлива со счетчиком

2^> , где n-число выходов счетчика

Последовательные суммирующие счетчики

Счетчики с последовательным переносом

Т-триггер простейший вид счетчика, который делит все импульсы на четные и нечетные .Если на входе триггера частота F

F> , то на его выходе F / 2

F/2> . Следовательно Т-триггер может использоваться в качестве делителя на 2. Несмотря на то, что скважность входных ипульсов может быть произвольной на выходе скважность равна 2.

Последовательный суммирующий счетчик — такой счетчик, у которого переключение каждого разряда осуществляется в тот момент времени, когда все предыдущие разряда равны 1. Каждый разряд, подключенный последовательно приводит к увеличению значения в 2 раза. Время установки счетчика: T = N ⋅ t

T=cdot> . Так как нельзя подавать сигнал до того времени, пока не установится счетчик, имеем максимальную частоту: F m a x ⩽ 1 T leqslant >> .То есть с повышением разрядов понижаем частоту сигнала.

Счетчики с параллельным переносом

Переключение зависит от того, в каком состоянии находятся предыдущие, то есть Q i

Q_> меняет состояние в 1, если все Q j , j i

Q_,j были равны 1. Схема осуществляет переключение одновременно на всех триггерах, следовательно время установки нового значения равно времени установки триггера. Конъюнктурами D 5 , D 6

Классификация запоминающих устройств ЭВМ

ЗУ предназначено для приема, хранения и выдачи информации, представленной двоичным кодом.

БИС ЗУ условно подразделяют на 2 класса:

1- оперативные ЗУ (ОЗУ);

2- постоянные ЗУ (ПЗУ).

БИС ОЗУ – предназначены для построения основной памяти цифровых систем, в которой хранятся программы и массив данных, определяющие текущий процесс обработки информации.

Отдельную группу в этом классе составляют сверхоперативные ЗУ (СОЗУ), быстродействие которых соответствует скорости работы процесса система.

ПЗУ – служат для хранения информации, содержание которой не изменяется в процессе работы системы. ПЗУ предназначены для хранения постоянных массивов информации – стандартных подпрограмм и микропрограмм, преобразователей кодов, генераторов символов, констант, табличных значений различных функций и т.п.

В зависимости от способа занесения информации, т.е. программирования, различают три основные разновидности БИС ПЗУ:

1. ПЗУ с масочным программированием (фотошаблонами) (ПЗУМ)

2. Электрически программируемые ПЗУ (пережигание перемычек током) (ППЗУ)

3. Репрограммируемые ПЗУ (ультрафиолетом, запись и стирание током) (РПЗУ)

БИС ОЗУ и ПЗУ состоят из накопителя информации (НК) и схем управления (СУ).

НК предназначен для хранения информации и представляет собой матрицу ЗЭ, реализуемых на логических схемах или отдельных транзисторах (диодах).

В качестве схем управления применяют дешифраторы (ДШ), адресные формирователи, усилители считывания и записи, схемы синхронизации и местного управления, а также схемы, обеспечивающие согласование БИС ЗУ по логическим уровням с другими типами ИММС (ТТЛ, И 2 Л, ЭСЛ и др.)

По принципу построения НК информации БИС ЗУ строятся со словарной организацией (однокоординатной выборкой) или матричной организацией (двухкоординатной выборкой).

Метод словарной организации выборки применим только в БИС с небольшим кол-вом ЗЭ, что обусловлено сложностью построения ДШ с числом входов, равным числу ЗЭ.

Структурная организация ЗУ ЭВМ

Как известно, ЗУ служат не только для хранения информации, но и для обмена ею с другими цифр. устр-вами.

Важнейшие параметры при организации ЗУ находятся в противоречии. Так, например, большая информац. емкость не сочетается с высоким быстродействием, а быстродействие, в свою очередь, не сочетается с низкой стоимостью.

В иерархии памяти ЭВМ можно выделить следующие организационные уровни:

Регистровые ЗУ, находящиеся в составе микропро-цессора или других устр-в.

– Кэш-память – служащая для хранения копий информации, используемых в текущих операциях обмена. Высокое быстродействие кэш-памяти повышает производительность ЭВМ (кэш-память может принадлежать и МП).

Читайте так же:
Приложение счетчик минут разговора

Основная память (ОЗУ, ПЗУ) – работающая в режиме непосредственного обмена с процессором и по возможности согласованная с ним по быстродействию. Исполняемый в настоящий момент фрагмент программы обязательно находится в основной памяти.

Специализированные виды памяти, характерные для некоторых специфическиих архитектур (буферная, ассоциативная, видеопамять и другие)

Внешняя память – это ЗУ для хранения больших объемов информации. Обычно эта память реализуется на основе устр-в с подвижным носителем информации (магнитные, оптические, магнито-оптические и др.).

Организац. параметры ЗУ

– Инф. емкость – max возм. объем хранимой информации. Выражается в битах или словах. Бит хранится запоминающим элементом (т.е., например, триггером), а слово или слова (8, 16, 32, 64, 128 и больше бит) – запоминающей ячейкой (модулем) или группой ЗЯ, к которым возможно лишь одновременное обращение. Добавление к единице измерения множителя «К» (кило) означает умножение на 2 10 = 1024, а множителя «М» (мега) – умножение на 2 20 = 1048576.

Организационная емкость ЗУ – это произведение числа хранимых слов (строк) – на их разрядность.

Быстродействие ЗУ оценивают временем считывания, записи и длительностью циклов чтения/записи.

Основные организационные структуры ЗУ

Для статических ПЗУ и ОЗУ характерны следующие структуры: 2 D , 3 D , 2 DM .

Рис. 1 0 . Структура ЗУ типа 2 D .

В структуре 2 D ЗЭ организованы в прямоугольную матрицу размерностью M = K · m , где M – информационная емкость памяти, K – число хранимых слов или число строк, m – их разрядность.

Дешифратор ( DC , ДШ) адресного кода при наличии разрешающего сигнала » CS » (сигнала выборки микросхемы) активизирует одну из выходных линий, разрешая одновременный доступ ко всем элементам выбранной строки, хранящей слово, адрес которого соответствует номеру строки. Элементы одного столбца соединены вертикальной линией (внутренней линией данных, иначе называемой разрядной шиной (РШ) записи/считывания). Элементы столбца хранят одноименные биты всех слов.

Направление обмена определяется усилителями чтения, записи под воздействием сигнала RW ( Read – чтение, Write – запись).

Недостатком структуры 2 D является то, что с ростом емкости памяти чрезмерно усложняется дешифратор адреса, т.к. число выходов ДШ равно числу хранимых слов. Например, для хранения 1 Кбит требуется ДШ с 1024 выходами.

Структура 3 D позволяет резко упростить дешифраторы адреса с помощью двухкоординатной выборки запоминающих элементов. Принцип 2 х -координатной выборки поясняет рис. 11 на примере ПЗУ, реализующего только операции чтения данных. Здесь код адреса разрядностью » n » делится на две половины, каждая из которых декодируется отдельно дешифраторами DCy DCx . В этой схеме выбирается ЗЭ, находящийся на пересечении активных выходов обоих дешифраторов (например, ЗЭ22 заштрихован). Таких пересечений будет как раз 2 n /2 × 2 n /2 = 2 n .

Рис. 11 . Структура ЗУ типа 3 D .

При этом суммарное число выходов обоих дешифраторов составляет 2 n /2 + 2 n /2 = 2 n /2+1 .

Например, если n = 2 10 = 1024, то 2 5 + 2 5 = 32 + 32 = 64 = 2 6 , т.е. 2 6 = 2 5+1 ( 2 n /2+1 ), что гораздо меньше, чем 2 n при реальных значениях » n «.

Таким образом, если для структуры 2 D при хранении 1К слов потребовался бы ДШ с 1024 входами, тогда как для структуры типа 3 D нужны 2 ДШ с 32 выходами каждый. Недостатком структуры 3 D в первую очередь является усложнение элементов памяти, имеющих 2 х -координатную выборку.

Структуры типа 3 D имеют, как и структуры типа 2 D , довольно ограниченное применение, поскольку в структурах типа 2 DM (2 D модифицированная) сочетаются достоинства обеих рассмотренных структур – упрощается дешифрация адреса и не требуетются ЗЭ с 2 х -координатной выборкой.

Читайте так же:
Счетчик производительности процесса отключен

ЗУ типа ROM (рис. 12) структуры 2 DM для матрицы запоминающих эле ментов с адресацией от дешифратора DCx имеет характер структуры 2 D : возбужденный выход дешифратора выбирает целую строку. Однако в от личие от структуры 2 D , длина строки не равна разрядности хранимых слов, а многократно ее превышает. При этом число строк матрицы уменьшается и, соответственно, уменьшается число выходов дешифратора. Для выбора одной из строк служат не все разряды адресного кода, а их часть А n -1 . Аk. Остальные разряды адреса (от А k -1 до А) используются, чтобы выбрать не обходимое слово из того множества слов, которое содержится в строке. Это выполняется с помощью мультиплексоров, на адресные входы которых по­ даются коды Ak -1 . А. Длина строки равна m 2 k , где m — разрядность храни мых слов. Из каждого «отрезка» строки длиной 2 к мультиплексор выбирает один бит. На выходах мультиплексоров формируется выходное слово. По раз решению сигнала CS , поступающего на входы ОЕ управляемых буферов с тремя состояниями, выходное слово передается на внешнюю шину.

На рис. 13 в более общем виде структура 2 DM показана для ЗУ типа RAM с операциями чтения и записи. Из матрицы М по-прежнему считыва ется «длинная» строка.

Что такое регистр?

Регистр. Регистр сдвига

Регистр это устройство, выполненное на триггерах для выполнения ряда действий с двоичными числами. Для тех, кто не знает, что такое триггер, рекомендуем познакомиться с простейшим RS-триггером.

Наиболее простая функция регистров — это запоминание числа и его длительное хранение. Эти устройства так и называются – регистры хранения. Вот простейший пример.

На входы D0 – D2 подаётся число, которое необходимо сохранить. Как только на входе С появляется импульс синхронизации, число записывается в триггер, изменяя их состояние. На рисунке показан трёхразрядный регистр хранения. При подаче на входы числа 1112 оно же появится на прямых выходах триггеров (Q0Q2). На инверсных выходах ( Q0 — Q2) будет, естественно 0002. Сигналом R (Reset) или сброс, триггеры устанавливаются в нулевое состояние.

Обычно используются регистры, состоящие из 4, 8, или 16 триггеров. Изображение четырёхразрядного регистра на принципиальных схемах может быть таким.

На рисунке не показаны инверсные выхода триггеров и сигнал R. Регистры всегда обозначаются латинскими буквами RG. Если регистр сдвигающий, то под обозначением рисуется стрелка направленная влево, вправо или двойная.

Сдвигающие регистры или регистры сдвига.

Регистр сдвига это устройство, состоящее из нескольких последовательно соединённых триггеров, число которых определяет разрядность регистра. Регистры широко используются в вычислительной технике для преобразования кодов. Параллельного в последовательный и наоборот.

Кроме того сдвигающие регистры являются основой (АЛУ) арифметико-логического устройства, так как при сдвиге записанного в регистр двоичного числа на один разряд влево производится умножение числа на два, а при сдвиге числа на один разряд вправо число делится на два. Поэтому наибольшее распространение получили реверсивные или двунаправленные регистры.

Рассмотрим четырёхразрядный регистр сдвига, преобразующий последовательный двоичный код в параллельный. Применение последовательного кода оправдано тем, что по одной линии можно передавать огромные массивы информации. Таким примером может служить универсальная последовательная шина — USB порт любого устройства. Число триггеров в данном регистре может быть любым. Достаточно соединить прямой выход Q3 с D входом следующего триггера и так далее до достижения необходимой разрядности.

Регистр работает следующим образом. Первый информационный бит поступает на вход D0. Одновременно с этим битом приходит тактовый синхроимпульс на вход С. Входы С всех триггеров входящих в регистр, объединены между собой. С приходом первого тактового импульса уровень, находящийся на входе D0 записывается в первый триггер и с выхода Q0 приходит на вход следующего триггера, но записи во второй триггер не происходит, так как синхроимпульс уже закончился.

Читайте так же:
Во все ли дома поставят общедомовые счетчики

При поступлении следующего тактового импульса уровень, присутствующий на входе второго триггера запоминается в нём и поступает на вход третьего триггера. Одновременно следующий информационный бит запоминается в первом триггере. После прихода четвёртого тактового импульса в четырёх триггерах регистра будут записаны логические уровни, которые последовательно поступали на вход D0.

Допустим это уровни 01102. Тогда это двоичное число можно отобразить, подключив к выходам триггеров светодиоды. Так рассмотренный регистр изображается на принципиальной схеме.

Видно, что на условном изображении присутствует стрелка — указатель того, что это сдвиговый регистр.

Рассмотрим, как работает четырёх разрядный универсальный регистр сдвига К155ИР1 (аналог — SN7495N). Вот его внутреннее устройство.

Регистр содержит четыре D-триггера, которые соединены между собой с помощью дополнительных логических элементов И – ИЛИ, которые позволяют реализовать различные функции. На схеме:

V2 – вход управления. С его помощью выбирается режим работы регистра.

Q1 – Q4 выходы триггеров с которых снимается параллельный код.

V1 – вход для подачи последовательного кода.

C1, C2 – тактовые синхроимпульсы.

D1 – D4 – входы для записи параллельного кода.

Алгоритм работы регистра следующий. Если на вход V2 подать низкий потенциал, тактовые импульсы на C1, а на вход V1 подавать информационные биты, то регистр осуществляет сдвиг вправо. После приёма четырёх разрядов на выходах триггеров Q1 – Q4 мы получаем параллельный код. Таким образом осуществляется преобразование последовательного кода в параллельный.

Для обратного преобразования параллельный код записывается по входам D1 – D4, с подачей на вход V2 высокого потенциала и тактовых импульсов на вход С2. Затем подавая на вход V2 низкий потенциал, а тактовые импульсы на вход С1 мы сдвигаем записанный код, а с выхода последнего триггера снимается последовательный код.

По своей структуре это один из самых простых регистров сдвига.

Регистры сдвига в цифровой технике могут послужить основой, на которой собираются узлы с интересными свойствами. Это, например, кольцевые счётчики, которые называются счётчики Джонсона. Такой счётчик имеет количество состояний вдвое большее, чем число составляющих его триггеров. Например, если кольцевой счётчик состоит из трёх триггеров, то он будет иметь шесть устойчивых состояний. На вход счётчика ничего не подаётся кроме синхроимпульсов. В первоначальном состоянии все триггеры «сброшены», то есть на прямых выходах триггеров логические нули, а вот на входе D первого триггера с инверсного выхода третьего триггера находится логическая единица. Начнём подавать тактовые импульсы и процесс пошёл.

На таблице истинности хорошо видно, как изменяется двоичный код при поступлении шести тактовых импульсов.

NQ2Q1Q
11
211
3111
411
51
6

Теперь вы знаете, что такое регистр и как он может использоваться на практике. Основа любого регистра — это триггер. Число триггеров в регистре определяет его разрядность. Те, кто увлекается микроконтроллерами знает, что важнейший элемент любого микроконтроллера, будь то PIC, AVR, STM или MSP, это регистр.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector