Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Двоичные счетчики
Работу асинхронного счетчика рассмотрим на примере микросхемы К555ИЕ5 — четырехразрядного двоичного счетчика на двухступенчатых счетных триггерах. Этот счетчик имеет два счетных входа С1, С2 и два входа установки нуля R0 (1), R0 (2) (рис. 3.40). Триггеры срабатывают по срезу входного импульса (при переходе из 1 в 0). Четыре последовательно соединенных триггера образуют счетчик модулю 24 = 16. Максимально хранимое в счетчике число полном его заполнении N = 24 - 1 = 1510= 11112. Из таблицы 3.16 и рис. 3.41 видно, что при срабатывании по заднему фронту (срезу) триггеры имеют инверсные динамические входы. Состояние счетчика в двоичном коде по приходу на вход каждого нового импульса увеличивается на единицу, осуществляется операция инкремента. Так как счетный триггер делит частоту входных импульсов на два, то цепочка из четырех последовательно соединенных триггеров делит частоту на 16. По приходу каждого шестнадцатого импульса счетчик обнуляется и цикл счета начинается сначала. Представленный на рис. 3.40 счетчик является суммирующим. Если исходные асинхронные Т-триггеры имеют прямые динамические входы, срабатывают по переднему фронту импульса при переходе из 0 в 1, то счетчик превращается в вычитающий. Он выполняет операцию декремента. Временные диаграммы такого счетчика приведены на рис. 3.42. В обоих рассмотренных случаях для синхронизации каждого последующего асинхронного T-триггера использовался прямой выход предыдущего триггера Q. Если ко входам подключать инверсный выход Q, то суммирующим будет счетчик с прямыми динамическими входами. Используя различные варианты прямого и обратного счета, можно получить реверсивный счетчик. Такое переключение осуществляется с использованием элементов И- ИЛИ, И-ИЛИ-НЕ, которые устанавливаются между триггерами (рис. 3.43). При поступлении на вход V логического нуля V = 0 на выходы верхних по схеме элементов И поступает логическая единица и к инверсным динамическим входам триггеров подключены прямые входы предыдущих триггеров. Счетчик выполняет операцию суммирования. При подаче сигнала V = 1 по входам триггеров (инверсным динамическим) подключается инверсный выход предыдущих триггеров и выполняется операция вычитания. На рис. 3.43 показан один из вариантов построения реверсивного счетчика. Возможны и другие варианты, использующие тот же самый принцип организации межразрядных связей.
В рассмотренных счетчиках при последовательном соединении триггеров переключение каждого триггера может произойти только после переключения предыдущего. Поэтому они называются счетчиками с последовательным переносом. Такие счетчики отличаются простой схемой, но в то же время имеют наибольшее время установления выходного кода, которое к тому же является различным при различном состоянии счетчика. Например, если в счетчике записаны числа 010 = 00002, 01002= 410, и т. д., то переключается только один триггер, а при переходе из состояния 1510= 11112, либо 710 = 01112 переключаются все четыре триггера. Новый тактовый импульс можно подавать на счетчик после того, когда установятся все триггеры. Таким образом, период следования Т входных импульсов должен удовлетворять соотношению где N — число разрядов счетчика; t3ad mp — время задержки одного разряда. Уменьшить время установления можно при условии, что все разряды счетчика будут переключаться одновременно. В этом cлучае следует отказаться от асинхронных счетчиков и перейти к использованию синхронных. Из анализа таблицы 3.16 и рис. 3.41 для суммирующего асинхронного счетчика отметим: переключение каждого i-ro триггера происходит по приходу нового входного импульса при условии, что все предыдущие триггеры находятся в единичном состоянии. В этом случае i —й триггер меняет свое состояние. Математически с помощью формул алгебры логики данный алгоритм записывается где pt — сигнал переноса; — символ сложения по модулю два. Из формул 3.28 следует, что сигнал переноса pi формируется с помощью многовходовых элементов И. На рис. 3.44 представлен фрагмент схемы. В схеме на рис. 3.44 все триггеры устанавливаются одновременно по приходу синхроимпульса С. Время установки счетчика равно времени задержки в одном разряде. Счетчики, реализующие алгоритм (3.28), называются счетчиками с параллельным переносом. Они имеют значительно более высокое быстродействие. Повышение быстродействия достигается за счет усложнения схемы. Время установления tycm таких счетчиков не зависит от числа разрядов и равно где t3aдИ — время задержки элемента И. Однако, с ростом числа разрядов реализация параллельных счетчиков вызывает затруднения. Растет число входов элементов И, растет нагрузка на выходы триггеров. Кроме того, одновременное переключение сразу многих триггеров в счетчике создает значительный импульс тока в цепях питания. Поэтому при большом числе разрядов используют комбинированную структуру последовательно — параллельного переноса. Суть данной организации состоит в объединении нескольких триггеров в группы. Формирование сигнала переноса осуществляют между группами (рис. 3.45) Сигнал переноса из группы триггеров возникает при условии, что все триггеры этой группы находятся в единичном состоянии. Упрощение комбинированного счетчика с последовательно- параллельным переносом приводит к некоторому снижению его быстродействия: где l — число групп; t — время задержки (установления) в группе. При необходимости формирования счетчиков большой размерности и уменьшения импульсов тока при переключении переходят к формированию счетчиков в коде Грея. Суть кода Грея заключается в том, что при переходе от одной кодовой комбинации к следующей соседней изменяется состояние только одного разряда. Однако полученный результат затем необходимо перевести в двоичный код с использованием преобразователя кода.
|