Цифровые логические автоматы с памятью.

Цифровыми логическими автоматами с памятью, или последовательными логическими устройствами, называются электронные цифровые устройства, логические значения на выходах которых определяются как совокупностью логических значений на входах в данный момент времени, так и состоянием логического автомата по результатам его предшествующей работы. Запоминание предшествующих состояний обычно выполняется с помощью триггеров. К логическим автоматам с памятью относятся счетчики импульсов и сдвиговые регистры.

Счетчиком называется устройство для определения числа поступающих на его вход импульсов напряжения. Различают счетчики на сложение, вычитание и реверсивные. Последние имеют два входа - один на сложение, другой на вычитание. Рассмотрим работу трехразрядного счетчика на сложение (рисунок 1а) на основе двухступенчатых JК-триггеров (рисунок 2а) с представлением результата счета в двоичной системе счисления.

Рисунок 1-Схема трехразрядного счетчика на сложение (на основе двухступенчатых JК-триггеров)

Рисунок 2-Схема JК-триггера и его временная диаграмма (а) при J = 1 и К = 0 (в течение времени действия переднего фронта импульса синхронизации положительной полярности триггер установится в состояние Q = 1

Перед началом работы счетчика все его разряды с помощью установочных входов R (рисунок 3а) устанавливаются в состояние Q₁ = Q₂ = Q₃ = 0.

Рисунок 3-Схема RS-триггера (Состояние триггера сохраняется при значениях сигналов на его входах R = 1 и S = 1 и не определено при R = О и S = 0. Последнее состояние запрещено)

В момент окончания первого счетного импульса триггер младшего разряда ТТ₁ переключается (рисунок 1), а состояние триггеров старших разрядов ТТ₂ и ТТ₃ не изменяется, т.е. значение двоичного числа на выходе счетчика равно Q₃Q₂Q₁ = 001. В момент окончания второго счетного импульса триггер TT₁ снова переключается и логическое значение выхода младшего разряда изменяется с 1 на 0. Поэтому одновременно переключится и триггер ТТ₁, т.е. Q₃Q₂Q₁= 010. Далее переключение триггеров происходит аналогично, так что число импульсов на входе счетчика соответствует числу в двоичной системе счисления на его выходе (рисунок 1б). После седьмого счетного импульса число на выходе счетчика Q₃Q₂Q₁= 111, а после восьмого - 000. Такой счетчик называется по модулю 8. Схема счетчика на вычитание отличается от рассмотренной выше схемы счетчика на сложение тем, что в последней входы синхронизации триггеров следует переключить с прямых на инверсные входы триггеров предыдущих разрядов.

Интегральные схемы счетчиков имеют следующие входные и выходные выводы (не обязательно все).

1.Входы: R - для установки всех разрядов в состояние логических 0; +1 и -1 для счета числа импульсов на сложение и вычитание соответственно; D1D2D4D8 - для установки счетчика в заданное состояние ; С - для разрешения установки счетчика в состояние, заданное на входах D1-D8 (цифры в индексах указывают веса разрядов) ; V - для разрешения счета. 2. Выходы: Q₁Q₂Q₃Q₄ - для указания содержимого в счетчике числа; вспомогательные - для указания переполнения или обнуления счетчика. Максимальное число (максимальная емкость), которое можно записать в счетчик, равно N = 2n - 1, где п - число разрядов счетчика. Емкость счетчика, называемая также коэффициентом счета, отражается в его названии. Например, счетчик с коэффициентом счета N = 2n - 1 называется двоичным, с коэффициентом счета (от О до 9) - двоично-десятичным. Условное обозначение интегральной схемы четырехразрядного двоично-десятичного реверсивного счетчика и его таблица истинности при работе на сложение показаны на рисунке 4а, б.

Рисунок 4- Схема четырехразрядного двоично-десятичного реверсивного счетчика и его таблица истинности

Сдвиговыми регистрами называются устройства для приема, хранения, передачи и преобразования информации, представленной обычно в двоичной системе счисления. Элементной базой их реализации являются синхронные и асинхронные триггеры. Различают последовательный и параллельный вводы информации в сдвиговый регистр. При последовательном вводе информация в виде последовательности логических сигналов подается на один вход регистра и последовательно продвигается по его разрядам. На рисунке 5а приведена схема трехразрядного синхронного сдвигового регистра на двухступенчатых JК-триггерах.

Рисунок 5- Схема трехразрядного синхронного сдвигового регистра на двухступенчатых JК-триггерах

Предварительно подачей сигналов на установочные входы R (см. рисунок 2а) триггеры устанавливаются в состояние Q₁ = Q₂ = Q₃ =0. Подав логический сигнал х = 1 на вход регистра, т.е. на установочный вход S триггера ТТ₁ , приведем его в состояние Q₁ = 1 (рисунок 5б). При этом состояние регистра определится совокупностью значений Q₁Q₂Q₃ = 100. Под действием первого импульса синхронизации С состояние регистра изменится на Q₁Q₂Q₃ = 010, под действием второго импульса синхронизации - на Q₁Q₂Q₃ = 001 ит.д. При параллельном вводе информации все разряды двоичного числа одновременно подаются каждый на вход соответствующего разряда регистра. Например, как показано на рисунке 5а штриховыми линиями. Регистры применяются для преобразования последовательного кода двоичного числа в параллельный, и наоборот, хранения (буферизации) кода двоичного числа, вводимого в регистр и выводимого из него через некоторое время, сдвига кода двоичного числа на один разряд, что означает умножение его значения на 2. Интегральные схемы регистров имеют следующие входные и выходные выводы (не обязательно все):

1.Входы : D 1, D2 - для подачи параллельного кода; DR и DL - для сдвига вправо и влево; R - для установки всех разрядов в состояние логических 0; С - для разрешения записи по входам D 1, D2 , …; V - для разрешения сдвига.

2.Выходы: Q₁, Q₂, … - для указания содержимого регистра.

На рисунке 6 приведено условное обозначение интегральной схемы четырехразрядного универсального сдвигового регистра.

Рисунок 6- Условное обозначение интегральной схемы четырехразрядного универсального сдвигового регистра

Контрольные вопросы.

1. Назовите основные признаки логических автоматов с памятью.

2. Приведите примеры логических автоматов с памятью.

3. Дайте сравнительную характеристику логических автоматов с памятью и без памяти.

Источник.

1.Немцов М.В.-Электротехника и электроника, учебник, М-Издательский центр «Академия»,2015

2.https://studfile.net/preview/2652316/page:22/

3.https://portal.tpu.ru/SHARED/r/RVLITVINOV/

4. https://elenergi.ru/dekadnye-schetchiki-impulsov.html

5. https://temofeev.ru/info/articles/4-bitnyy-bcd-schyetchik/

Видео.

1.https://www.youtube.com/watch?v=yx-nrpZOzDI

2. https://www.youtube.com/watch?v=d5kqZTG3siA

3. https://www.youtube.com/watch?v=78GFeWUJD3Y

4. https://www.youtube.com/watch?v=n0XvpFcRvHc

5. https://www.youtube.com/watch?v=aq4JlHS9eF0

6.https://www.youtube.com/watch?v=YrQZHD2bE78

7. https://www.youtube.com/watch?v=8ViAnNbM5m4