Счетчики импульсов и регистры.

Счетчики импульсов. Счетчиком импульсов называется цифровое устройство, выполняющее подсчет импульсов, поступивших на его вход.

По виду выполняемой операции счетчики импульсов бывают суммирующие, вычитающие и реверсивные.

По виду получения результата счета счетчики импульсов бывают двоичные и двоично-десятичные.

Для построения счетчиков импульсов используют Т–триггеры, которые могут быть реализованы на D–триггерах или на JK–триггерах.

Схема трехразрядного суммирующего двоичного счетчика импульсов на D–триггерах приведена на рис. 14.12.

Рис. 14.12. Суммирующий двоичный счетчик импульсов на D–триггерах.

Отличительной чертой суммирующего двоичного счетчика импульсов на D–триггерах является соединение инверсного выхода каждого предыдущего триггера с С–входом следующего триггера.

R–входы триггеров всех разрядов объединены в общую шину сброса (Reset). Входом счетчика является С–вход триггера младшего разряда Т₀. С–входы триггеров всех разрядов объединены в общую шину и через резистор 1k подключены к источнику напряжения +5 В. Этим самым на все S–входы подан сигнал логической 1, и все S–входы заблокированы. Результат счета снимается с прямых выходов D–триггеров параллельным двоичным кодом.

Счетчик импульсов работает следующим образом. Перед началом счета счетчик необходимо сбросить (все триггеры установить в нулевое состояние). Для этого на вход Reset следует подать инверсный сигнал (активный уровень 0 вольт). Во время счета на вход Reset следует подать логическую 1.

Итак перед началом счета кодовое состояние триггеров Т₂Т₁Т₀=000.

С приходом первого импульса младший триггер Т₀ перейдет в состояние 1, а на его инверсном выходе сформируется инверсный перепад напряжения (спад напряжения), на который D–триггеры не реагируют. Следовательно триггер Т₁, а значит и Т₂ своего состояния не изменят. Таким образом, после первого импульса получим кодовое состояние триггеров Т₂Т₁Т₀=001.

С приходом второго импульса младший триггер Т₀ вернется в состояние 0, а на его инверсном выходе сформируется прямой перепад напряжения (скачок напряжения), по которому триггер Т₁ переключится в состояние 1. При этом на инверсном выходе триггера Т₁ сформируется инверсный перепад напряжения (спад напряжения), и триггер Т₂ своего состояния не изменит. Таким образом, после второго импульса получим кодовое состояние триггеров Т₂Т₁Т₀=010.

Третий входной импульс отработает как первый. Поэтому после третьего входного импульса получим кодовое состояние триггеров Т₂Т₁Т₀=011.

Четвертый входной импульс переключит триггер Т₀ в состояние 0, прямой перепад напряжения с инверсного выхода Т₀ переключит триггер Т₁ в состояние 0, и далее прямой перепад напряжения с инверсного выхода Т₁ переключит триггер Т₂ в состояние 1. Тогда после четвертого входного импульса получим кодовое состояние триггеров Т₂Т₁Т₀=100.

В табл. 14.9 приведено соответствие кодового состояния триггеров Т₂Т₁Т₀ числу поданных на вход счетчика импульсов.

Таблица 14.9.

Из сравнения числа поданных на вход счетчика импульсов и кодовых состояний триггеров Т₂Т₁Т₀ (табл. 4.9) можно сделать вывод, что состояния триггеров в двоичной системе счисления показывают суммарное число импульсов, поступивших на вход счетчика импульсов.

Схема трехразрядного вычитающего двоичного счетчика импульсов на D–триггерах приведена на рис. 4.13.

Отличительной чертой вычитающего двоичного счетчика импульсов на D–триггерах является соединение прямого выхода каждого предыдущего триггера с С–входом следующего триггера.

Вычитающий счетчик импульсов работает следующим образом. Перед началом счета, как и в предыдущем случае счетчик необходимо сбросить в нулевое состояние.

Рис. 14.13. Вычитающий двоичный счетчик импульсов на D–триггерах.

Итак перед началом счета кодовое состояние триггеров Т₂Т₁Т₀=000.

С приходом первого импульса младший триггер Т₀ перейдет в состояние 1, а на его прямом выходе сформируется прямой перепад напряжения (скачок напряжения), по которому следующий триггер Т₁ тоже перейдет в состояние 1, в свою очередь на прямом выходе Т₁ также сформируется прямой перепад напряжения (скачок напряжения), по которому следующий триггер Т₂ тоже перейдет в состояние 1. Таким образом, после первого импульса получим кодовое состояние триггеров Т₂Т₁Т₀=111.

С приходом второго импульса младший триггер Т₀ переключится в состояние 0, а на его прямом выходе сформируется инверсный перепад напряжения (спад напряжения), на который триггер Т₁ не среагирует и останется в состоянии 1. Триггер Т₂ своего состояния не изменит, так как на его С-входе никаких перепадов напряжения не было. Таким образом, после второго импульса получим кодовое состояние триггеров Т₂Т₁Т₀=110, то есть на 1 меньше.

Третий входной импульс переключит триггер Т₀ в состояние 1, при этом на его прямом входе сформируется прямой перепад напряжения по которому триггер Т₁ переключится в состояние 0. А триггер Т₂ опять своего состояния не изменит, так как на его С-вход действует инверсный перепад напряжения с прямого выхода триггера Т₁. Поэтому после третьего входного импульса получим кодовое состояние триггеров Т₂Т₁Т₀=101, еще на 1 меньше.

В табл. 14.10 приведено соответствие кодового состояния триггеров Т₂Т₁Т₀ числу поданных на вход счетчика импульсов.

Таблица 14.10.

Из сравнения числа поданных на вход счетчика импульсов и кодовых состояний триггеров Т₂Т₁Т₀ (табл. 14.10) можно сделать вывод, что состояния триггеров в двоичной системе счисления с приходом каждого следующего импульса уменьшается на 1. То есть выполняется обратный счет.

Регистры. Регистром называется цифровое устройство, предназначенное для запоминания двоичных кодов, а также для преобразования параллельного двоичного кода в последовательный и наоборот.

По виду выполняемой операции регистры бывают параллельные, сдвиговые (последовательные) и кольцевые.

Для построения регистров чаще используют D–триггеры или JK–триггеры.

Схема трехразрядного параллельного регистра на D–триггерах приведена на рис. 14.14а.

Параллельный регистр представляет собой линейку триггеров R-входы которых соединены между собой, и образуют шину сброса Reset. C-входы всех триггеров регистра также соединены между собой и образуют шину Запись. S-входы триггеров соединены между собой и подключены через R₁ к источнику напряжения +5 В, то есть к логической 1 (S-входы заблокированы). Предварительно назначают младший и старший разряды регистра (на рис. 14.14а младший разряд вверху, старший - внизу).

Рис. 14.14. Схема трехразрядного параллельного

регистра на D–триггерах.

Входная информация подается на D–входы всех триггеров параллельно, после чего поступает импульс на вход Запись, и триггеры одновременно устанавливаются в состояние, копирующее входную информацию, и запоминают ее. Для смены информации в регистре нужно повторить описанную процедуру. Предварительный сброс не нужен. Шина Resetиспользуется для быстрого обнуления регистра.

Записанная в регистр информация считывается с прямых выходов D–триггеров.

На рис. 14.14б показано условное графическое обозначение параллельного регистра (для функциональных схем), так же изображаются интегральные микросхемы регистров только с указанием номеров выводов.

Схема трехразрядного сдвигового регистра на D–триггерах приведена на рис. 14.15а.

Последовательный регистр представляет собой линейку триггеров R-входы которых соединены между собой, и образуют шину сброса Reset. C-входы всех триггеров регистра также соединены между собой и образуют шину Сдвиг. Прямой выход каждого предыдущего триггера соединен с D–входом каждого следующего триггера. S-входы триггеров соединены между собой и подключены через R₁ к источнику напряжения +5 В, то есть к логической 1 (S-входы заблокированы). Предварительно назначают младший и старший разряды регистра (на рис. 14.15а младший разряд вверху, старший - внизу). Число, помещаемое в регистр, может записано в него либо старшими разрядами вперед, либо младшими разрядами вперед (на рис. 14.15а – старшими разрядами вперед).

Рис. 14.15. Схема трехразрядного сдвигового

регистра на D–триггерах.

Входная информация подается на вход D_R (D–вход младшего триггера) поразрядно и последовательно старшими разрядами вперед. На первом шаге на вход D_R подается старший разряд числа, после чего на вход Сдвиг подается синхроимпульс. Старший разряд запишется в младший триггер, а предыдущее состояние триггера Т₀ переместится в триггер Т₁, и, соответственно предыдущее состояние Т₁ перейдет в Т₂. Для последующих разрядов эта процедура повторяется еще два раза, так как рассматриваемый регистр трехразрядный. Таким образом, для загрузки информации в сдвиговый регистр требуется повторить описанную процедуру столько раз, сколько разрядов имеет число, и, соответственно, регистр. Записанная информация может быть считана параллельным кодом с прямых выходов триггеров. Для считывания информации в последовательном коде, следует подать на вход Сдвиг столько синхроимпульсов, сколько разрядов имеет регистр. Информация в последовательном коде старшими разрядами вперед считывается с прямого выхода старшего триггера Т₂.

Для смены информации в регистре нужно повторить описанную процедуру. Предварительный сброс не нужен. Шина Resetиспользуется для быстрого обнуления регистра.

На рис. 14.15б показано условное графическое обозначение сдвигового регистра (для функциональных схем).

Описанный сдвиговый регистр (рис. 14.15а) используется для преобразования последовательного кода в параллельный. Для обратного преобразования потребуется сдвиговый регистр с параллельной загрузкой и последовательной выгрузкой. Такие преобразования применяются при обмене информацией между компьютерами по интерфейсу.

Кроме того, сдвиговые регистры применяются при выполнении арифметических операций умножения и деления, так как операция умножения двоичных чисел заменяется последовательностью операций сложения и сдвига, а операция деления заменяется последовательностью операций вычитания и сдвига.

Контрольные вопросы

1. Понятие счетчика импульсов, его функции, виды счетчиков, их назначение и применение?

2. Схема и принцип действия суммирующего двоичного счетчика импульсов на D-триггерах?

3. Схема и принцип действия вычитающего двоичного счетчика импульсов на D-триггерах?

4. Понятие регистра, его функции, виды регистров, их назначение и применение?

5. Схема и принцип действия параллельного регистра на D-триггерах?

6. Схема и принцип действия последовательного (сдвигового) регистра на D-триггерах?

7. Как с помощью последовательного (сдвигового) регистра преобразовать последовательный код числа в параллельный?

8. Как с помощью последовательного (сдвигового) регистра преобразовать параллельный код числа в последовательный?