Счетчики с произвольным модулем счета

Строятся на базе двоичных счётчиков с модулем счета, не меньшим требуемого. Минимально необходимая разрядность базового счетчика определяется по формуле n = ù Log₂(К_С) é.

Принцип работы таких счетчиков заключается в принудительном прерывании последовательности состояний базового счетчика, исключая "лишние" старшие (суммирующий счетчик) или младшие (вычитающий счетчик) его состояния.

Счетчик по модулю К_С при нестандартных начальных состояниях удобно строить на основе реверсивного счетчика. Одна из возможных таких реализаций показана на рис. 41. Как только счётчик переходит в состояние К_С+1 (здесь 0), схема установки начального состояния (СУНС) вырабатывает сигнал z, принудительно устанавливающий счетчик в начальное состояние (здесь 3). После этого цикл счета повторяется.

Максимальная длительность сигнала z, определяющая быстродействие такого счетчика, равна сумме задержек переключения счетчика по входу С, СУНС, переключения счетчика по входу L и снова СУНС. Как правило, эта суммарная задержка намного меньше длительности такта. Поэтому можно считать, что после состояния К_С счетчик сразу переходит в начальное состояние.

В общем случае при заданном начальном состоянии Q_H и работе реверсивного счетчика в режиме суммирования СУНС должна обнаруживать число Q_H+К_С, если эта сумма не больше 2ⁿ –1 и число 2ⁿ –Q_H–К_С – в противном случае. При работе реверсивного счетчика в режиме вычитания СУНС должна обнаруживать число Y_H–К_С, если эта разность не меньше 0 и число 2ⁿ +Y_H–К_С – в противном случае. При этом независимо от направления счета СУНС должна анализировать все разряды реверсивного счетчика. Однако если в условиях задачи начальное состояние не оговаривается (безразлично), то в режиме суммирования его всегда можно принять равным 2ⁿ –1–К_С, а в режиме вычитания – равным К_С. Это позволяет вместо СУНС использовать, соответственно, выходы счетчика ³15 и £0.

В случае использования счетчиков, допускающих только стандартные начальные состояния, СУНС по-прежнему необходима, но ее схема существенно упрощается. Действительно, в случае суммирующего счетчика стандартным является нулевое начальное состояние. Следовательно, каждое последующее состояние всегда больше предыдущего, то есть в двоичном отображении отличается от предыдущего большим числом единичных позиций и/или смещением старшей единицы влево. Но тогда достаточно анализировать только те выходы суммирующего счетчика, которые соответствуют единичным разрядам числа К_С. В результате в зависимости от значения активного сигнала по входу R счетчика СУНС представляет собой ЛЭ И либо И-НЕ. Аналогично, в случае вычитающего счетчика и стандартного начального состояния (2ⁿ –1) достаточно анализировать только те выходы счетчика, которые соответствуют нулевым позициям числа 2ⁿ –К_С. В результате в зависимости от значения активного сигнала по входу S счетчика СУНС представляет собой ЛЭ ИЛИ либо ИЛИ-НЕ.

Регистры

Регистром называется ПЦУ, предназначенное для хранения двоичных наборов и выполнения над ними таких логических операций как преобразование последовательного способа представления к параллельному и обратно, сдвиг влево или вправо на требуемое число разрядов и поразрядное инвертирование.

По назначению различают регистры хранения и сдвига.

Регистры хранения (буферные регистры) могут быть реализованы на триггерах, как со статическим, так и с динамическим управлением.

На рис. 42 приведена структурная схема буферного регистра на примере D-триггеров со статическим управлением, а также условное графическое обозначение в случае его интегрального исполнения. Как видно, прием и выдача двоичных слов производится параллельно, то есть все n разрядов двоичных наборов одновременно отображаются на n линиях. Вход R предназначен для установки регистра в нулевое состояние (сброс) и относительно других входов имеет первый уровень приоритета.

Буферные регистры выпускаются в интегральном исполнении. В маркировке микросхем используются буквы ТМ.

Регистры сдвига реализуются на триггерах только с динамическим управлением. По способу приема и выдачи двоичной информации различают:

- последовательные регистры, в которых прием и выдача двоичных слов выполняются последовательно, разряд за разрядом. Такие регистры имеют один информационный вход и один выход;

- последовательно-параллельные регистры, в которых прием выполняется последовательно, а выдача параллельно. Такие регистры имеют один информационный вход и n выходов;

- параллельно-последовательные регистры, в которых прием выполняется параллельно, а выдача последовательно. Такие регистры имеют n информационных входов и один выход.

По направлению сдвига различают регистры сдвига вправо и влево, а по функциональным возможностям – комбинированные, реверсивные и универсальные.

Структура последовательно-параллельного регистра сдвига вправо, ограниченного двумя разрядами, и динамика его работы приведены на рис. 43. Заполняется такой регистр последовательно, начиная с триггера старшего разряда. Следовательно, двоичный набор вводится, начиная с младшего разряда. При этом очередной разряд набора выставляется на информационный вход регистра заблаговременно, устраняя тем самым возможность повторного ввода одного и того же разряда.

Общий принцип работы регистра сдвига вправо: в каждом такте каждый последующий триггер передает свое состояние предыдущему, а в освободившийся триггер старшего разряда записывается очередной разряд вводимого двоичного набора.

Последовательно-параллельный регистр сдвига влево отличается от предыдущего тем, что информационным входом является вход триггера младшего разряда. Следовательно, двоичное число вводится поразрядно, начиная со старшего разряда.

Общий принцип работы регистра сдвига вправо: в каждом такте каждый предыдущий триггер передает свое состояние последующему, а в освободившийся триггер младшего разряда записывается очередной разряд вводимого двоичного набора.

Для полного заполнения n-разрядного последовательного или последовательно-параллельного регистра требуется n тактов.

Условные графические обозначения интегральных последовательно-параллельных регистров сдвига приведены на рис. 44, где сплошная стрелка указывает направление сдвига, а пунктирной стрелкой обозначен порядок заполнения регистра.

Комбинированные регистры сочетают возможности параллельного регистра и регистра сдвига влево или вправо.

Реверсивные регистры допускают сдвиг как влево, так и вправо.

Универсальные регистры совмещают возможности параллельного и реверсивного регистров. Их условное графическое обозначение приведено на рис. 45, где D_R – информационный вход в режиме сдвига вправо; D_L – информационный вход в режиме сдвига влево; S₁, S₀ – входы выбора режима работы регистра; D₀…D₇ – информационные входы в режиме параллельного ввода двоичного слова (буферного регистра); R – вход сброса регистра в нулевое состояние; С – тактовый вход.

В интегральном исполнении выпускаются только комбинированные и универсальные регистры. В маркировке микросхем регистров используются буквы ИР.