Sfera-perm.ru

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

Суммирующие вычитающие реверсивные счетчики

Реверсивные счётчики

Ранее нами были рассмотрены суммирующие и вычитающие счѐтчики. Очевидно, что реверсивные счѐтчики совмещают в себе свойства обоих выше описанных счѐтчиков и имеют возможность работать в режиме сложения или вычитания, путѐм переключения внутренних соединений между триггерами.

Как правило, у реверсивных счѐтчиков имеются либо раздельные входы для тактовых импульсов на суммирование и вычитание, либо отдельный вход для управления направлением счѐта. Кроме того, данные счѐтчики имеют отдельные входы и выходы для переноса.

Типичными представителями реверсивных счѐтчиков первого типа являются микросхемы DD1 К555ИЕ7 и DD2 К555ИЕ7. На рис.

10 приведена схема организации реверсивного восьмиразрядного двоичного счѐтчика, построенного путѐм каскадирования двух счѐтчиков K555ИЕ7.

RS–триггер и два элемента «И-НЕ» образуют селектор, распределяющий импульсы либо на вход сложения (+1), либо на вход вычитания (-1). Когда счѐтчик DD1 либо переполняется, либо обнуляется, на его выходах 15 или 0 появляется уровень логического нуля, что приводит к изменению состояния счѐтчика DD2 на единицу либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения.

Многие счѐтчики (в том числе и нереверсивные) имеют входы предустановки D1, D2, D4, D8, предназначенные для записи в счѐтчик предварительного числа, к которому потом можно либо прибавлять входные импульсы, либо вычитать их из него. В данном случае запись предварительной информации осуществляется импульсом

1 и R = 0 происходит счѐт (при подаче тактовых импульсов), а при R = 1 происходит асинхронный сброс счѐтчика.

Рис. 10. Реверсивный восьмиразрядный счетчик

Рис. 11. Микросхема К561ИЕ11

Типичным представителем реверсивного счѐтчика со входом управления направлением счѐта является счѐтчик K561ИЕ11 (рис.

11). Микросхема представляет собой двоичный четырехразрядный реверсивный счетчик с возможностью параллельной записи информации. Микросхема имеет четыре информационных выхода 1, 2, 4,

8, выход переноса Р и следующие входы: вход переноса P1, вход установки исходного состояния R, вход для подачи счетных импульсов С, вход управления направлением счета U, входы для подачи

информации при параллельной записи D1 … D8, вход параллельной записи S.

Вход R имеет приоритет над остальными входами: если на него подать логическую единицу, то на выходах 1, 2, 4, 8 будет логический ноль независимо от состояния других входов. Если на входе R логический ноль, приоритет имеет вход S. При подаче на него логической единицы происходит асинхронная запись информации со входов D1 … D8 в триггеры счетчика.

Если на входах R, S, P1 логический ноль, разрешается работа микросхемы в счетном режиме. Если U = 1 по каждому фронту входного импульса, поступающему на вход С, состояние счетчика будет увеличиваться на единицу. При U = 0 счетчик переключается в режим вычитания: по каждому фронту импульса на входе С состояние счетчика уменьшается на единицу. Если на вход переноса P1 подать логическую единицу, счетный режим запрещается.

Если на входе P1 логический ноль и все триггеры счетчика находятся в состоянии 1 при счете на увеличение или в состоянии 0 при счете на уменьшение, сигнал выхода переноса Р равен 0.

Материал взят из книги Логические автоматы. Типовые последовательностные схемы (А.В. Илюхин)

СУММИРУЮЩИЕ ДВОИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ

В суммирующем двоичном n-разрядном счетчике, состоящем из n триггеров, реализуется счетная последовательность чисел. Эта последовательность начинается с 0. Очередное число в этой последовательности получается прибавлением единицы к предыдущему числу. После того как последо­вательность доходит до максимального числа 2 n -1, она снова проходит через 0 и повторяется. В счетчике с т триггерами число возможных состояний равно 2 n , мо­дуль счета Kc также равен 2 n . Каждому состоянию счет­чика соответствует число в счетной последовательности от 0 до 2 n -1 . Рассмотрим устройство двоичного 3-разряд­ного суммирующего счетчика. В таком счетчике можно реализовать счетную последовательность от 0 до 2 3 —1=7. Последовательность чисел может быть задана совокупностью 3-разрядных двоичных чисел: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111.

Счетчик может быть реализован с использованием двухступенчатых триггеров Т со счетным входом. Схема двоичного 3-разрядного суммирующего счетчика пред­ставлена на рис. 51, а. В этой схеме исходное состоя­ние счетчика устанавливается подачей сигнала по шине «Уст. 0». Триггеры Т изменяют свое состояние с окон­чанием входного сигнала, т. е. после перехода от уровня 1 к 0. Входной сигнал по шине Со подается на счетный вход триггера 1. Работа счетчика может быть описана с помощью временной диаграммы (рис. 51, б).

До начала прихода первого сигнала счетчик находил­ся в нулевом состоянии. Это соответствует наличию уров­ня 0 на выходах Q1, Q2, Q3. С поступлением по шине Со входных сигналов на счетный вход первого триггера начинается работа счетчика. С приходом первого сигна­ла триггер 1 переходит в состояние 1 и на его выходе устанавливается уровень Q=1. Поскольку на счетных входах триггеров 2 и 3 не происходит изменения уровня с 1 на 0, эти триггеры сохраняют состояния Q2=0, Q3=0. С приходом второго сигнала триггер 1 переходит в состояние 0. В момент изменения уровня на его выхо­де с Q1=1 на уровень Q2=0 триггер 2 переходит в со­стояние 1 и на его выходе устанавливается уровень Q2=1. Состояние триггера 3 остается неизменным. Триг­гер 3 перейдет в состояние 1 лишь при поступлении на счетный вход триггера 1 четвертого по счету сигнала. При этом триггер 1перейдет из состояния1 в состоя­ние 0. Переход от состояния 1 к состоянию 0 вызовет изменение уровней от 1 к 0 на счетном входе 2. В ре­зультате триггер 2 также перейдет из состояния 1 в со­стояние 0. Такой переход повлечет за собой изменение уровня от 1 к 0 на счетном входе 3. В результате на выходе Q3 триггера 3 установится, уровень 1. При этом на выходах Q1 и Q2 триггеров 1 и 2 будут уровни 0. Следо­вательно, в счетчике будет зафиксировано число 4 в дво­ичном представлении. Это соответствует фиксации мо­мента поступления четвертого сигнала.

Читайте так же:
Механический счетчик для мазута

К моменту прихода восьмого по счету сигнала на вы­ходах триггеров Q1, Q2, Q3 будет установлен уровень 1. Поступление восьмого сигнала на счетный вход тригге­ра 1 вызовет изменение его состояния с 1 на 0. В свою очередь, изменение состояния триггера 1 вызовет изме­нение состояния триггера 2, а изменение состояния триг­гера 2 приведет к изменению состояния триггера 3. В результате все триггеры счетчика перейдут в состоя­ние 0. Счетчик будет подготовлен к cчету новой последо­вательности из восьми сигналов.

Условное изображение счетчика приведено на рис. 52.

Работу счетчика можно также представить как процесс суммирования предыдущего значения счетчика с единицей. Такое суммирование вы­полняется по обычным правилам выполнения операции сложения чисел в двоичной системе. При этом можно отметить следующие особенности:

1) если в младшем разряде предыдущего значения счетчика имеется 0, то суммирование изменяет лишь цифру младшего разряда на 1;

2) если в m младших разрядах содержится 1, а в (m+1)-м разряде — 0, то цифры m младших разрядов изменяются на значение 0, а в (m+1)-м разряде—на значение 1.

Рассмотренный счетчик построен на последователь­но соединенных T-триггерах. Каждый последующий раз­ряд счетчика переключается сигналом переноса, форми­руемым на выходе предыдущего разряда. Сигналы для счета подаются на вход триггера самого младшего раз­ряда. Счетчик, построенный таким образом, называется счетчиком с последовательным переносом. Из временных диаграмм (рис. 51, б) видно, что в наихудшем случае новое состояние n-разрядного счетчика устанавливается с задержкой n * tП, где tП — время переключения триггера.

Счетчик может быть установлен в нулевое состояние посылкой сигнала по цепи «Уст. 0». С каждым входным сигналом числовое значение в счетчике увеличивается на единицу. С приходом 2 3 сигнала в счетчике устанавли­вается исходное (нулевое) состояние. В рассматривае­мой схеме счетчика процесс переносов также является последовательным. Время задержки переносов растет с ростом числа разрядов в счетчике. Это время задерж­ки ограничивает максимальную частоту подачи сигналов на вход, тем самым ограничивается быстродействие счетчика. Для уменьшения времени задержки распро­странения переносов могут использоваться счетчики с параллельным переносом (рис. 53, а).

Здесь задержка определяется только одной схемой И и не зависит от числа разрядов в счетчике. Необходимо отметить, что такой подход приводит к усложнению счет­чика, поскольку используются элементы И с большим числом входов. Кроме того, необходимость включения в схему счетчика элементов И с нарастающим от разря­да к разряду числом входов нарушает регулярность его структуры. Поэтому при построении многоразрядных счетчиков используются схемы с параллельно-последова­тельным переносом.

Схема счетчика с параллельно-последовательным пе­реносом состоит из группы триггеров, внутри каждой из которой организуется параллельный перенос, а между группами — последовательный. Счетчик, схема которого приведена на рис. 54, состоит из 4-разрядных счетчи­ков с параллельным переносом. На входе каждого тако­го счетчика включен элемент И с пятью входами. В нем формируется сигнал переноса в следующую группу при заполнении предыдущей группы триггеров единицами. Задержка в многоразрядном счетчике будет пропорцио­нальна числу групп в счетчике.

ВЫЧИТАЮЩИЕ И РЕВЕРСИВНЫЕ ДВОИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ

В вычитающих счетчиках с приходом очередного счетного сигнала предыдущий результат уменьшается на едини­цу. В вычитающем двоичном n-разрядном счетчике реа­лизуется счетная последовательность чисел, начиная с 2 n —1 и кончая 0. Очередное число в этой последова­тельности получается вычитанием единицы из предыду­щего числа. После получения значения 0 последователь­ность повторяется. Еще одно отличие вычитающего счет­чика от суммирующего: триггер каждого последующего разряда переходит в другое состояние при сигнале зай­ма, обратном сигналу переноса в суммирующем счетчике.

Поэтому вычитающий счетчик в отличие от сумми­рующего строится так, что со входом каждого последующего триггера соединяется инверсный выход предыдущего триггера. Схема вычитающего счетчика с последовательной передачей переносов приведена на рис. 55

В реверсивном счетчике объединяются схемы сумми­рующего и вычитающего счетчиков. Кроме того, сущест­вует возможность управления направлением счетчика, для чего предусматривается дополнительное КЦУ.

В реверсивном счетчике на Т-триггерах (рис. 56, а) счетные сигналы поступают на вход T-триггера через логические элементы в случае, если они открыты еди­ничными сигналами с выходов предыдущих разрядов. Для счетных сигналов предусмотрены два входа. Если счетчик работает как суммирующий, сигналы счета сле­дует подавать на вход +1. Для вычитающего счетчика сигналы счета подаются на вход —1. На выходе счетчи­ка, обозначенном >15, сигнал появляется при переходе счетчика в состояние с номером 15, в котором все тригге­ры установлены в состояние 1. На этом выходе форми­руется сигнал переноса в следующий счетчик. На выхо­де

Читайте так же:
Excel счетчик если равно 0 то пустая ячейка

Основы электроакустики

Реверсивные счетчики могут работать как в режиме сложения, так и в режиме вычитания. Как следует из рис. 24.1, 24.3, для изменения режима работы необходимо подключать или прямой, или инверсный выход предыдущего триггера, входящего в счетчик, к Т-входу последующего.

Если за период времени T поступит К импульсов при работе счетчика в режиме суммирования и N импульсов при работе счетчика в режиме вычитания, то состояние счетчика будет равно K–N (при условии, что число импульсов K и N может однозначно подсчитываться счетчиком).

Число K–N может быть как положительным, так и отрицательным. При реализации устройств обработки часто необходимо знать знак числа, полученного при поступлении различного количества импульсов. Для этого необходимо образовать дополнительный выход – знаковый. Принцип построения знакового выхода будет рассмотрен после ознакомления со структурой реверсивных счетчиков.

Реверсивные счетчики разделяются на счетчики с общим входом cложения-вычитания «С» и с раздельными входами сло-жения «+1», вычитания «-1». К реверсивным счетчикам с общим входом сложения — вычитания относятся счетчики типа ИЕ12, ИЕ13, ИЕ16, ИЕ17, а к реверсивным счетчикам с раздельным входом сложения — вычитания ИС типа ИЕ6, ИЕ7.Условные графические обозначения реверсивных счетчиков приведены на рис. 24.11, а, б, в, г.

130%»>Назначение входов счетчиков:

— D1 – D4 — двоичный код, подаваемый на эти входы, записывается в триггеры счетчика в режиме “установка”;

— W – вход управления работой счетчика: при W = 0 — установка триггеров счетчика в состояние, определяемое входами D; при W = 1 – счет входных импульсов;

— R – прямой вход обнуления, обнуление происходит при подаче на него «единицы»

— С – прямой динамический синхровход;

— «+1», «–1» – входы «+1» и «–1» служат для подачи счетных импульсов; «+1» – при суммировании; «–1» – при вычитании;

— «≥ 15» – на выходах переноса «15(9)» появляется “ноль”, если счетчик находится в состоянии 15(9) и поступит импульс на вход «+1»;

— «≤ 0» – на выходе переноса «

Рис. 24.11. Реверсивные счетчики: а) ИЕ6, б) ИЕ7, в) ИЕ12, г) ИЕ13

— PC – синхронный выход переноса, аналогичен выходу Р=1. Отличие в том, что Р = 1 появится только при С = 1;

— U – вход управления режимом работы счетчика, при U = 0 – режим суммирования, а при U = 1 – режим вычитания;

— E, RP – входы стробирования счета (E) и переноса (RP). При E = 1 блокируется поступление входных импульсов. При RP=1 блокируется выход переноса – Р = 0.

Счетчики типа ИЕ12, ИЕ13 – реверсивные счетчики с об-щим входом сложения/вычитания (U). Такие счетчики не имеют входа обнуления R, обнуление можно производить, подавая нулевые уровни на вход W и входы D1, D2, D4, D8.

130%»>Функциональная схема реверсивного счетчика с общим прямым входом сложения-вычитания представлена на рис. 24.12.

130%»>

Рис. 23.12. Функциональная схема реверсивного счетчика с общим входом сложения/вычитания.

В такой схеме при U = 1 реализуется режим суммирования, так как на выходе цепочки ЛЭ «2И-2И-2ИЛИ», «И» сформируется логическая 1, если все триггеры, расположенные до нее, будут в единичном состоянии. Это вызовет переключение следующего триггера при подаче синхроимпульса.

Например, состояние триггеров Q0 = 1, Q1 = 1, Q2 = 0. Все триггеры переключатся в противоположное состояние Q0 = 0, Q1 = 0, Q2 = 1, т.е. состояние счетчика изменилось с 3-го на 4-е.

При U = 0 переключение будет происходить, если все пре-дыдущие триггеры находились в нулевом состоянии, что соот-ветствует реализации режима вычитания. Для ИС типа ИЕ12, ИЕ13 вход сложения / вычитания инверсный. ЛЭ 3 формирует сигнал переноса Р = 1, если в режиме суммирования все триггеры находятся в единичном состоянии и RP=0 , а также Р = 1 в режиме вычитания, если все триггеры на-ходятся в нулевом состоянии и RP = 0. Эти два случая соответствуют переносу 1 в следующий разряд и заему 1.

ЛЭ 1, 2 реализуют параллельный перенос между триггера-ми. Максимальное время переключения равно сумме времен пе-реключения ЛЭ «2И-2И-2ИЛИ», «И» и триггера.

Счетчики типа ИЕ6, ИЕ7 – реверсивные счетчики с раз-дельными входами «+1», «–1» и с синхронной предустановкой. При W = 1, R = 0 счетчик подсчитывает количество импульсов, поступающих на входы «+1» и «-1». При W = 0, R = 0 двоичный код со входов В по фронту импульса либо +1, либо –1 переписывается на выход.

Функциональная схема реверсивного счетчика с раздель-ными входами сложения — вычитания представлена на рис. 24.13. В этом случае состояние счетчика увеличивается на 1 с каждым импульсом, поступающим на вход «+1», и уменьшается на 1 с каждым импульсом, поступающим на вход «–1». При выполне-нии условий переключения импульс с входов «+1» или «–1» по-ступает на вход Т-триггера и вызывает его переключение. Им-пульсы должны быть короткими и нулевыми. Параллельный перенос реализуется сразу в ЛЭ. Сигналы переноса 15 и заема 0 формируются раздельно. Длитель-ность импульсов переноса и заема определяется соответственно длительностью импульсов, поступающих на входы «+1» и «–1».

Читайте так же:
Счетчик пума 103 инструкция

Рис. 24.13. Функциональная схема реверсивного счетчика с раздельными входами сложения / вычитания

Для получения многоразрядных счетчиков на основе ИС типа ИЕ6, ИЕ7 (рис. 24.14) требуется объединить входы управления W каждой ИС, а также входы R. Выход переноса « 15» ( 9) предыдущей ИС соединить с входом «+1» последующей, а выход заема « 0» – со входом «–1». При построении многоразрядных счетчиков на основе ИС типа ИЕ12, ИЕ13, ИЕ16, ИЕ17 (рис. 24.15) необходимо объеди-нить соответствующие входы управления ИС, а выход переноса предыдущей ИС соединить с синхровходом С последующей.

Рис. 24.14. 8-разрядный реверсивный счетчик

Рис. 24.15. 8-разрядный реверсивный счетчик

Для счетчиков типа ИЕ12, ИЕ13 знаковый выход строится согласно рис. 24.16. Число поступающих импульсов фиксируется счетчиком в дополнительном коде, т.е. Qзнак = 1, если число отрицательное, и равно 0, если число положительное. Знаковый разряд фиксирует переход нулевого состояния в положительную или отрицательную сторону.

При поступлении импульса на вход С, если счетчик нахо-дится в нулевом состоянии (Р = 1), U = 1 (режим сложения), на выходе ЛЭ DD2 появляется уровень логического 0, который устанавливает Qзнак = 1 и Qзнак= 0. При U = 0 аналогично про-изойдет установка Qзнак = 1.

Рис. 24.16. Реверсивный счетчик со знаковым выходом

Наличие установочных входов D1, D2, D4, D8 позволяет реализовать счетчики с программируемым коэффициентом пере-счета (рис. 24.17).

Коэффициент пересчета М задается согласно выражениям: М = а + 2b + 4c + 8d + 16(e + 2f + 4g + 8h) для ИС типа ИЕ7, ИЕ13, ИЕ17;

М = а + 2b + 4c + 8d + 10(e + 2f + 4g + 8h) для ИС типа ИЕ6, ИЕ12, ИЕ16 путем выбора значений a, b, c, d, e, f, g, h, которые могут принимать значения 0 и 1. Полученная комбинация нулей и единиц подается на входы D1, D2, D4, D8.

Счетчики переводятся в режим вычитания. Выход переноса соединяется с входом установки исходного состояния по входам D.

Схемы работают следующим образом: когда триггеры счетчиков находятся в нулевом состоянии и поступает импульс с генератора, происходит установка исходного состояния по входам D. После этого исходное состояние с каждым импульсом уменьшается на единицу. Через (М-1) входной импульс счетчик снова примет нулевое состояние, а М-ый импульс произведет ус-тановку исходного состояния. Период повторения выходных импульсов равен , где T1 – период повторения входных импульсов.

Рис. 24.17. Счетчик с программируемым коэффициентом деления

Генератор линейного напряжения на основе реверсивных счетчиков (рис. 24.18) вырабатывает возрастающее напряжение при подключении генератора прямоугольных импульсов (ГИ) к входу «+1» и убывающее напряжение – к входу «–1». В процессе работы двоичный код на выходах счетчика бу-дет меняться по циклу от 0 до 15 (при подключении к входу «+1») или от 15 до 0 (при подключении к входу «–1»). При этом напряжение на выходе ЦАП будет изменяться скачками от U0ВЫХ до U1ВЫХ. Величина скачка dU определяется разрядностью счет-чика. Длительность линейного напряжения равна T = 2nT1, где T1 – период повторения входных импульсов.

Рис. 24.18. Генератор линейно изменяющегося напряжения

Если ступенчатое изменение напряжения не устраивает разработчика, то необходимо на выходе ЦАП поставить фильтр низких частот, который произведет сглаживание ступенек.

Суммирующий счетчик

Курсовой проект по микросхемотехнике цифровых интегральных схем.

1. Техническое задание.

2. Задание на схемотехническую часть работы.

3. Теоретические сведения.

3.1 Триггеры. Общие сведения.

3.2 Тактируемые триггеры.

3.3 Счетные триггеры.

3.4 Счетчики. Общие сведения.

3.5 Счетчики с последовательным переносом.

4. Логическое моделирование.

4.1 Моделирование TV-триггера.

4.2 Моделирование суммирующего счетчика

5. Базисные вентили.

5.1 Предварительный расчет параметров транзисторов.

5.2 Схемотехническое проектирование.

5.3 Топологическое проектирование.

6.1 Схемотехническое проектирование.

6.2 Топологическое проектирование.

7. Суммирующий счетчик.

7.1 Схемотехническое моделирование счетчика.

7.2 Топологическое проектирование.

7.3 Анализ и корректировки.

8. Расчет межсоединений и паразитных емкостей.

9. Расчет потребляемой мощности.

Список использованной литературы

1) Используя параметры эквивалентного логического элемента, разработанного в предыдущем КП по курсу «Компьютерное моделирование интегральных приборов», спроектировать схему триггера с динамическим управлением (фронтом или срезом синхросигнала) в соответствии с заданным вариантом. Результатом проектирования является схема, выполняющая заданную по варианту логическую функцию для указанной рабочей частоты при минимальной величине нагрузочной емкости.

2) Выбрать по литературным источникам на базе спроектированного триггера, схему устройства, реализующего заданную логическую функцию (регистра, счетчика, делителя частоты и т.д.) с многоразрядными логическими переменными. Число разрядов не менее 8, число транзисторов в устройстве — не менее 100. При необходимости для реализации логической функции возможны трансформации исходного триггера, например:

— преобразование JK-триггера в Т-триггер и т.п.;

— введение дополнительного логического управляющего сигнала сброса информации и выборки (установки);

— осуществление коррекции топологических размеров исходного логического элемента и связанных с этим времен задержки на логических вентилях. При необходимости выполняется перерасчет схемы триггера при помощи программы SPICE;

— разработка топологического эскиза базовой триггерной схемы с применением измененных топологических вариантов библиотечных элементов.

3) Разработать устройство по полузаказному алгоритму проектирования, считая исходный триггер библиотечным элементом матрицы.

Читайте так же:
Замена счетчиков когда менять

4) При помощи программы OrCad нарисовать электрическую схему устройства.

5) Провести логическое моделирование разрабатываемого устройства при помощи, например, программы ASKT. В качестве библиотечного элемента использовать вентили из библиотеки ASKT.

6) Выполнить эскизный чертеж топологии устройства, используя разработанный ранее эскиз топологии триггера в виде прямоугольника, подсоединенного к шинам питания, с размерами, координатами входов и выходов в заданном масштабе λ-проектирования. C помощью программы PULT или другого алгоритма.

7) Рассчитать паразитные сопротивления и емкости шин межсоединений (разрешено 2 уровня Al-металлизации) по разработанному топологическому варианту.

· Рассчитать величины паразитных емкостей (Спаp) и сопротивлений (Rnap) шин межсоединений для полученного топологического эскиза схемы. Расчет вести для самых длинных шин, если величины Спар будут меньше 10 фФ, a Rnap — меньше 50 Ом, т.е. tзд.паp n пор = 0.8 В.

3. Пороговое напряжение р-канального транзистора U p пор = — 0.8 В.

4. Крутизна n-канального транзистора Kn=110 мкА/В 2 .

5. Крутизна р-канального транзистора К= 36 мкА/В 2

6. Рабочая частота 100 МГц.

7. Нагрузочная емкость 0.3 пФ.

3.1 Триггеры. Общие сведения

Устройство, имеющее два устойчивых состояния, называют триггером. В триггере два выхода: один – прямой, а другой – инверсный. Потенциалы на них взаимно инвертированы: логическая единица на одном соответствует логическому нулю на другом. С приходом переключающих (запускающих) сигналов переход триггера из одного состояния в другое происходит лавинообразно, и потенциалы на выходах меняются на противоположные. В интервале между переключающими сигналами состояние триггера не меняется, т. е. он «запоминает» поступление сигналов, отражая это величиной потенциала на выходе, это дает возможность использовать его как элемент памяти.

При лавинообразных переключениях на выходе триггера формируются прямоугольные импульсы с прямоугольными фронтами. Это позволяет использовать триггер для формирования прямоугольных импульсов из напряжения другой формы (например, из синусоидального). При двух последовательных переключениях триггера на выходе формируется один импульс, т. е. триггер можно использовать в качестве делителя частоты переключающих сигналов с коэффициентом, равным двум.

Различают нетактируемые и тактируемые триггеры. Нетактируемый (асинхронный) триггер может менять свое состояние переключающими сигналами в любое время. Тактируемый (синхронный) триггер переключается синхронно с поступлением специального тактирующего импульса. Классификация триггеров приведена на рисунке 3.1.1.

Промышленность выпускает разнообразные типы триггеров в интегральном исполнении. Кроме того, их можно выполнить на цифровых интегральных микросхемах, операционных усилителях и транзисторах.

Рисунок 3.1.1. Классификация триггеров

3.2 Тактируемые триггеры

На входы логического элемента или устройства сигналы не всегда поступают одновременно, так как перед этим они могут проходить через разное число элементов с различной задержкой. Это явление описывается как состязание или гонки сигналов. В результате в течении некоторого времени на входах создается непредвиденная ситуация: новые значения одних сигналов сочетаются с предыдущими значениями других, что может привести к ложному срабатыванию элемента (устройства). Последствия гонок можно устранить временным стробированием, когда на элемент, кроме информационных сигналов подаются тактирующие (синхронизирующие) импульсы, к моменту прихода которых информационные сигналы заведомо успевают установиться на входах.

Тактируемый триггер, кроме информационных входов, имеет синхронизирующий (тактирующий, тактовый) вход С; сигналы на информационных входах воздействуют на такой триггер только с поступлением сигнала на синхронизирующий вход. Различают следующие виды тактируемых триггеров: RS-триггеры (рисунок 3.2.1), двухступенчатые RS-триггеры, D-триггеры и JK-триггеры

Рисунок 3.2.1. Тактируемый RS-триггер.

3.3 Счетные триггеры

Отличие счетного триггера от остальных состоит в том, что он переключается с поступлением каждого импульса на тактовый вход, называемый в таком триггере счетным.

Счетный триггер можно реализовать на базе JK-триггера. Логическая единица на одном из входов элемента И не определяет потенциал на его выходе, поэтому сочетание J = K = 1 не влияет на выходную характеристику первой ступени триггера. Она получает информацию только с выходов триггера, которая устанавливает ее в положение, когда с приходом счетного импульса начнется очередное переключение – JK-триггер работает в счетном режиме. Реализация счетного режима на JK-триггере приведена на рисунке 3.3.1, а.

Рисунок 3.3.1. Реализация счетного триггера на а) JK-триггере, б) D-триггере

Счетный триггер можно реализовать и на D-триггере (рисунок 3.3.1, б). Если после каждого переключения обеспечить автоматическую смену уровня потенциала на D-входе, то с каждым импульсом на C-входе триггер будет менять свое состояние. Указанная смена потенциала будет осуществляться, если D-вход соединить с выходом ØQ. Вторая перекрестная связь (аналогичная связи в JK-триггере) обеспечивается за счет соединения D-входа с R-входом запоминающей ячейки триггера через инвертор.

3.4 Счетчики. Общие сведения

Счетчики выполняют на запоминающих элементах – триггерах. Он фиксирует число импульсов, поступивших на его вход. В интервалах между ними счетчик хранит информацию об их числе. Совокупность единиц и нулей на выходах n триггеров (выходах счетчика) представляет собой n-разрядное двоичное число, однозначно определяющее количество прошедших на входе импульсов. Поэтому триггеры счетчика называют его разрядами.

Суммирующий счетчик увеличивает свое содержимое на единицу с поступлением каждого входного (счетного) импульса. Вычитающий счетчик аналогично уменьшает свое содержимое на единицу.

Читайте так же:
Дез люблино поверка счетчиков

Комбинацией суммирующего и вычитающего счетчиков является реверсивный счетчик. У него может быть два входа, на один из которых поступают импульсы, увеличивающие его содержимое (суммирующие импульсы), на другой – вычитающие. Реверсивный счетчик может иметь один вход для суммирующих и вычитающих импульсов, а переключение с одного режима на другой осуществляется в нем сигналом на специальном входе.

В счетчик может предварительно заноситься число, для чего он имеет специальные входы. Классификация счетчиков и делителей частоты приведена на рисунке 3.4.1.

Рисунок 3.4.1. Классификация счетчиков и делителей частоты

Каждый разряд счетчика может находиться в двух состояниях. Число устойчивых состояний, которое может принимать данный счетчик, называют его емкостью, модулем счета или коэффициентом пересчета.

Одним из основных параметров счетчика является его быстродействие. Оно оценивается минимальным интервалом между двумя соседними импульсами, с поступлением каждого из которых счетчик способен изменить свое содержимое. Счетчик является атрибутом многих цифровых устройств различного назначения. Его можно использовать по прямому назначению – для счета поступающих на его вход импульсов и для деления их частоты следования.

Триггеры счетчика соединяются между собой таким образом, чтобы каждому числу поступивших импульсов соответствовали единичные состояния определенных триггеров. Счетчик, у которого при поступлении входного импульса переключающий перепад передается от предыдущего триггера к последующему, называется счетчиком с последовательным переносом, а когда переключающий перепад на все разряды поступает одновременно (или почти одновременно) – счетчиком с параллельным переносом. Счетчики могут выполняться только на счетных триггерах. О состоянии разряда счетчика судят по потенциалу на прямом выходе триггера.

В большинстве случаев счетчики строятся таким образом, чтобы записываемое в них число было выражено в натуральном двоичном коде. В таком коде «вес» 1 на прямом выходе младшего разряда равен 1, а в каждом последующем разряде вдвое больше, чем в предыдущем.

3.5 Счетчики с последовательным переносом

Первый разряд счетчика, будучи счетным триггером, переключается каждым входным импульсом. Каждый последующий разряд счетчика получает переключающий перепад (1/0 или 0/1) от предыдущего разряда – переключающий перепад распространяется вдоль цепочки триггеров счетчика последовательно.

Схема суммирующего счетчика с последовательным переносом приведена на рисунке 3.5.1, а. С поступлением каждого входного импульса число в счетчике увеличивается на единицу. Если в данном разряде присутствует единица, то под воздействием перепада, поступающего от предшествующего, он обнуляется, и единица переносится в следующий разряд. Если же в данном разряде ноль, то в него вписывается единица.

Рисунок 3.5.1. Суммирующий счетчик с последовательным переносом а) схема, б) условное изображение.

На рисунке 3.5.2, б представлено условное изображение 4-разрядного счетчика. На счетный С вход поступают импульсы. Логическая единица на входе К сбрасывает все разряды счетчика в ноль. По входам предварительной установки D – D3 в счетчик может быть записано число, его значение должно сопровождаться логической единицей на входе разрешения V. Число, занесенное в счетчик, фиксируется на его выходах двоичным кодом с «весами» разрядов 1-2-4-8. На выходе P+ появляется логическая единица с поступлением на вход 16-го импульса, т. е. вслед за тем, как предыдущими 15-ю импульсами все разряды счетчика были установлены в единицу.

Суммирующий счетчик функционирует по правилам сложения двоичных чисел. Это легко проследить по временной диаграмме, изображенной на рисунке 3.5.2, где крестиками отмечены переключающие перепады 1/0.

Рисунок 3.5.2. Временная диаграмма работы суммирующего счетчика.

Из временных диаграмм можно сделать следующие выводы:

— с наибольшей частотой переключается входной триггер счетчика;

— частота импульсов на выходе каждого триггера вдвое меньше, частоты импульсов на его входе, а n разрядов счетчика делят частоту входных импульсов в 2 n раз, таким образом, счетчик является делителем числа входных импульсов с коэффициентом деления (пересчета), равным емкости счетчика Ксч;

— при поступлении на вход суммирующего счетчика 2 n импульсов он переполняется: все триггеры устанавливаются в 0 (счетчик обнуляется);

— максимальное число, которое может содержать счетчик, на единицу меньше его емкости N = Ксч – 1 = 2 n – 1;

— в момент, предшествующий переключению очередного разряда, все предыдущие разряды счетчика находятся в состоянии 1.

Если в счетчике использованы триггеры, переключающиеся перепадом 0/1, то вход последующего триггера нужно соединить с инверсным выходом предыдущего, на котором формируется этот перепад, когда по основному выходу триггер переключается из 1 в 0. (1)

4. Логическое моделирование

4.1 Моделирование TV-триггера

триггер суммирующий счетчик

По заданию, необходимо использовать динамический TV-триггер, в качестве базисного. Для этого, модифицируем схему стандартного динамического JK триггера, превратив его в T-триггер, и добавив ему асинхронные входа R и V (сброс и принудительное хранение). В итоге, собранный триггер будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 4.1.1. Динамический TV-триггер.

Проведем логическое моделирование TV-триггера в Orcad:

Рисунок 4.1.2. Схема TV-триггера в Orcad.

Результат логического моделирования:

Рисунок 4.2.3. Диаграмма переключения TV-триггера.

Таблица 4.1.1. Таблица истинности TV-триггера.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector