Электротехника и основы электроники

предшествующем такте n.

Таблица 5

Рис.14

Такт n

Такт n+1

Д ⁿ

Q ⁿ №

На рис.15 приведена схема Д-триггера на элементах И-НЕ. Д-триггер переходит в состояние ''1'' (Q=1), если в момент прихода синхронизирующе- го сигнала (C=1) на его информационном входе сигнал ''1''. В этом состоя- нии триггер остается и после окончания сигнала на входе Д до прихода очердного синхронизирующего сигнала, возвращающего триггер в состоя-ние ''0''. Таким образом, Д-триггер ''задерживает'' поступившую информацию на время, равное периоду синхронизирующих сигналов.

Действительно, при Д=1, C=1 на выходе S элемента ДД1 сигнал ''0'' (S=0), а на выходе ДД2 – ''1'' (R=1). Так как R-S-триггер имеет инверсные входы, то при S=0, R=1 он переходит в состояние ''1'' (Q=1, Q=0) и остается в этом состоянии до тех пор пока при Д=0 не получится C=1. В этом случае S=1, R=0 и триггер возвращается в состояние ''0'' (Q=0, Q=1).

При Д=0, S=1 и не зависимо от C Q=0.

Рис. 15

T – триггер

T – триггер, или счетный триггер, используется для построения двоичных счетчиков.

Асинхронный T – триггер переходит в противоположное состояние при соответствующем логическом переходе на его T-входе. Условное графическое обозначение асинхронного триггера приведено на рис. 16,а.

Синхронный T – триггер переходит в противоположное состояние при

соответствующем логическом уровне на его входе и при наличии единицы на его синхронизирующем входе.

а б

Рис. 16

а – условное графическое обозначение асинхронного T- триггера,

б – схема асинхронного T- триггера.

Функционирование T-триггера определяется табл. 6.

Таблица 6

Такт n

Такт n №

Q ⁿ

Схема асинхронного T-триггера приведена на рис. 16,б. Он состоит из R – S-триггера и логических схем на его входах. Переход напряжения на входе T воздействует на две схемы U. Однако сигнал на выходе будет появляться только у той схемы U, на второй вход которой также подана логическая единица с выходов триггеров Q или Q. Так как только на одном из выходов R – S-триггера может быть логическая единица, срабатывает одна из схем U, сигнал с которой поступит на один из входов R – S-триггера и изменит его состояние. При этом изменятся логические уровни на выходах триггера Q и Q и подключится другая схема U. С приходом следующего перепада напряжения на входе T эта схема U срабатывает и возвращает триггер в исходное состояние. Таким образом, с приходом каждого последующего сигнала на вход T – триггер изменяет состояние на противо-положное. Из временной диаграммы (рис. 17) следует, что частота выходных импульсов в два раза меньше частоты перепадов на входе T. Свойство деления частоты входных логических воздействий на два позволя-ет использовать T-триггер для построения двоичных счетчиков. При этом T-триггеры соединяются последовательно.

Рис. 17

4.4. JK – триггер

JK – триггеры являются универсальными и получили наибольшее распространение в системах интегральных логических элементов. Универсальность их заключается в том, что путем частичных изменений при переключении входов можно получить другие типы триггеров.

Условное графическое обозначение JK – триггера приведено на рис. 18.

Рис. 18

а – условное обозначение JK-триггера; б – схема Д-триггера на основе JK-триггера; в – схема T-триггера на основе JK-триггера.

Триггер этого типа является усовершенствованным вариантом двухвходного триггера. Как видно из табл. 7, в отличие от RS-триггера состояние J=1, K=1 является допустимым.

Таблица 7

Такт n

Qⁿ

Используя вход J как вход S, а K как R, реализуют синхронный RS-триггер, особенность которого состоит в том, что при комбинации S=R=1, запрещенной для обычного JK-триггера, он переключается на каждый синхронизирующий сигнал. Добавлением инвертора на входе JK-триггера получают Д-триггер (рис. 18,б). Соединяя входы JK-триггера по схеме на рис. 18,в получают T-триггер.

ЦИФРОВЫЕ СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ

В устройствах цифровой обработки информации измеряемый пара-метр (угол поворота, перемещение, скорость, частота и т.д.) преобразуется в импульсы напряжения, число которых в соответствующем мосштабе характеризует значение данного параметра.

Цифровым счетчиком импульсов называют устройство, реализующее счет числа входных импульсов и фиксирующее это число в каком-либо коде.

Интерес к таким устройствам объясняется их высокой точностью, а также возможностью осуществления связи с ЭВМ.

В зависимости от способа реализации счета счетчики подразделяются на суммирующие (прямого счета), вычитающие (обратного счета) и ревер-сивные. В суммирующем счетчике при поступлении каждого входного сиг-нала код увеличивается на единицу, а в вычитающем – уменьшается. Реверсивный счетчик может работать как в режиме сложения, так и в режиме вычитания.

Основными характеристиками счетчика являются модуль счета, или коэффициент пересчета Kсч =2ⁿ, где n – разрядность счетчика или количество триггеров в нем и быстродействие.

Модуль счета характеризует число устойчивых состояний счетчика, т.е. максимальное число входных сигналов, которое может быть сосчитано счетчиком. Например, в четырехразрядном счетчике Kсч =2 =16, счетчик будет иметь 16 устойчивых состояний. При этом каждый 16-й входной сигнал устанавливает счетчик в исходное состояние.

Наибольшее распространение получили счетчики на T – и JK – триг-герах. Рассмотрим простейшую схему двоичного суммирующего счетчика с непосредственной связью. На рис. 19 приведена схема четырехразрядного

Рис. 19

счетчика, построенного на JK- триггерах. Основным узлом двоичного счетчика является триггер со счетным запуском. Счетные импульсы подаются на вход первого триггера. Счетные входы поступающих триггеров непосредственно связаны с инверсными выходами предыдущих.

Работу схемы иллюстрируют временные диаграммы на рис. 20. Перед поступлением счетных импульсов все разряды счетчика устанавливаются в состояние ''0'' (Q1= Q2= Q3= Q4=0) подачей сигнала ''Установка 0''. В счетчике устанавливается код 0000. При поступлении на вход первого импульса триггер ДS1 устанавливается в единичное состояние, в счетчике устанавливается код 0001.

Рис. 20

При поступлении второго входного импульса первый триггер устанавливается в нулевое состояние, а триггер ДS2 положенным перепадом напряжения с выхода Q первого триггера устанавливается в единичное состояние. В счетчике код 0010. Так счет в счетчике будет продолжаться до тех пор, пока счетчик не отсчитает максимально возможное для его разрядности число 1111. Шестнадцатый входной сигнал переведет счетчик в исходное нулевое состояние.

Счетчики с последовательным переносом отличаются простотой, но обладают невысоким быстродействием.

РЕГИСТРЫ

Регистрами называются функциональные узлы, предназначенные для приема, хранения, передачи и преобразования информации. Регистры являются наиболее распространенным типом последовательных узлов в современных ЭВМ. Иногда в регистре предусматривается возможность сдвига числа на один или несколько разрядов в сторону младших или старших разрядов. Такие регистры называются сдвигающими, они используются при выполнении арифметических операций. В зависимости от способа ввода и вывода разрядов числа различают регистры параллельные, последовательные и параллельно-последовательные. Ввод, вывод, сдвиг и другие операции осуществляются управляющими сигналами, которые поступают в регистр по специальным управляющим шинам (проводам).

6.1. Параллельные регистры

В параллельных регистрах запись двоичного числа осуществляется параллельным кодом, т.е. во все разряды регистра одновременно. Их функции сводятся к приему, хранению и передаче информации (двоичного числа). В связи с этим параллельные регистры часто называют регистрами памяти.

Параллельный N – разрядный регистр состоит из N – триггеров, каждый из которых имеет число входов, соответствующее количеству источников информации. Если источник цифровой информации один, то каждый триггер имеет один вход. При двух и трех параллельных каналах информации триггер разряда выполняется на два и три входа. Запись цифровой информации осуществляется по цепи управления регистром. Принцип построения параллельных регистров иллюстрируется структурной схемой на рис. 21 при одном канале четырехразрядной цифровой информа-ции. ДS1 – триггер младшего разряда, ДS4 – триггер старшего разряда; ДД1- ДД4 – логические элементы, предназначенные для управления записью информации в регистр; ДД5-ДД8 – элементы служащие для управления считыванием информации из регистра.

Перед записью двоичного числа все триггеры устанавливают в состояние ''0'' подачей импульса по входу ''Установка 0''. Для записи в регистр входной информации подают импульс записи, открывающий входные элементы И. Код входного числа записывается в регистр. Если, например, на входе присутствует код 1011, соответствующий числу 11, то это же число будет записано в регистр.

По окончании операции записи информация, записанная в регистр сохраняется, несмотря на то что входная информация (число) может изменяться.

Для считывания информации подают импульс по входу ''Считыва-ние''. На выходные шины регистра передается код числа, записанного в регистр. При этом число, записанное в регистр, сохраняется. Для получения новой информации описанные операции повторяются.

Рис. 21

6.2. Последовательные регистры

Последовательные регистры (регистры сдвига) характеризуются записью числа последовательным кодом. Регистр состоит из последователь-но соединенных двоичных ячеек памяти, состояние которых передается (сдвигается) на последующие ячейки под действием тактовых импульсов. Тактовые импульсы управляют работой регистра. Управление может осу-ществляться одной последовательностью тактовых импульсов. В этом случае регистры называют однотактными.

Частота следования тактовых импульсов обычно неизменна. На рис. 22, а показана структурная схема сдвигающего регистра для четырех разрядов. Первая ячейка регистра относится к младшему разряду, а четвертая – к старшему.

Рис. 22

При таком расположении разрядов запись числа в регистр производит-ся, начиная с его старшего разряда. При обратном расположении разрядов в регистре запись числа должна начинаться с младшего разряда.

Тактовые импульсы подаются на все триггеры ячеек одновременно. Их воздействие направлено на переключение триггеров из состояния ''1'' в состояние ''0'' с записью единицы в триггер следующей ячейки. На рис. 22, б