Файл: Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник.pdf

нения задержки, связанной с предварительной установкой триг­ геров регистра в положение 0, обычно применяют парафазный код. На рис. 10.3s показаны соответственно схемы передачи и приема

а)

Рис. 10.3 (см. продолжение)

448

'(без предварительной установки регистра в положение 0) инфор­ мации парафазным кодом; при этом на одном из входов триггера непременно действует сигнал 1, который и устанавливает триггер в соответствующее положение. В качестве примера на рис. 10.3 приведена функциональная схема сдвигового регистра на //(-триг­ герах; здесь для передачи информации достаточно соединить вхо­ ды /, К одного разряда соответственно с выходами Q, Q другого.

Заметим, что в качестве базовых элементов («субсистем») для синтеза более сложных функциональных узлов широко применяют­ ся простые сдвиговые регистры; пример такого базового элемента, построенного на /^/-триггерах, приведен на рис. 10.Зе. В частно­ сти, на подобных субсистемах легко реализуются счетчики в раз­ личных системах счисления (см. разд. 10.4, 10.5).

Рассмотренные выше регистры построены на статических запо­ минающих элементах — триггерах, информация в которых может храниться без разрушения сколь угодно долго. Для построения регистров могут применяться и динамические запоминающие эле­ менты, магнитные элементы или конденсаторы. Принцип приме­ нения последних иллюстрируется рис. Ю.Здас. При замыкании клю­ ча Кл\ входная информация записывается на конденсаторе С; если входное сопротивление ключа Кл2 и выходное сопротивление

время — время запоминания информации — определяется посто­ янной времени разряда конденсатора через упомянутые выше со­ противления. В интегральных регистрах с емкостными запоми­ нающими элементами роль ключей обычно выполняют МДП транзисторы, обладающие большими выходными и особенно боль­ шими входными сопротивлениями, а роль конденсаторов — пара­ зитные емкости. Пример такого сдвигового регистра приведен на рис. ІО.Зз; здесь каждый разряд регистра представлен двумя ключами-инверторами, разделенными вспомогательными МДП транзисторами; управление регистром осуществляется серией двух­ тактных синхронизирующих импульсов ССі и СС2 (рис. 10.3«). Пусть в исходном положении на вход регистра подан логический нуль и транзистор Ті закрыт. При подаче сигнала СС\ нагрузоч­ ный транзистор Т2 и разделительный транзистор Т3 открыты; при этом паразитная емкость Сі заряжается через Т3 до уровня на­ пряжения, близкого к Ес (логическая единица). Затем при сле­

чине) и на емкости С2 напряжение низкое (по абсолютной вели­ чине) — логический нуль, и это напряжение сохраняет свою вели­ чину после окончания действия СС2. Таким образом, после дей­ ствия двух сигналов ССі и СС2 информация со входа первого разряда регистра оказывается переписанной на вход второго разряда регистра. Точно так же осуществляется передача от раз­ ряда к разряду регистра логической единицы.

Как видно из рассматриваемой схемы, для построения дина­ мического регистра требуется меньшее число компонентов, что экономит площадь кристалла в ИС. Основной недостаток динами­ ческих схем состоит в том, что для длительного запоминания ин­ формации необходимо обеспечить ее непрерывную циркуляцию (что на повышенных частотах — порядка сотен килогерц — реали­ зовать не просто). На практике применяются различные вариан­ ты регистров с емкостными запоминающими элементами, а также модифицированные регистры, в которых совмещается запоминание информации на конденсаторах (паразитных емкостях) и статиче­ ских триггерах [15, 16].

10.3. ДИСКРЕТНЫЕ (ЦИФРОВЫЕ) СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ

10.3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для построения цифровых счетчиков, работающих в двоичной, десятичной и других системах счисления, применяются двоичные (бинарные) элементы, т. е. элементы, обладающие двумя устой­ чивыми состояниями. Такими элементами являются триггеры, по­ строенные на транзисторах, электронных лампах, туннельных ди­ одах, магнитных сердечниках с прямоугольной петлей гистерезис са и т. п.

450

Цифровые счетчики характеризуются коэффициентом пересче­ та пли модулем счета к, определяющим число возможных состоя­ ний счетчика; у двоичных счетчиков (т. е. работающих в двоичной системе счисления) к = 2т , где пг— целое число; у счетчиков, рабо­ тающих в десятичной системе счисления, к = 10т .

Каждому состоянию счетчика ставится в соответствие двоич­ ный код (двоичное число) определяемое значениями сигналов на выходах триггеров счетчика. При подаче на вход счетчика оче­ редного Л/-го импульса изменяется его состояние, т. е. изменяется упомянутое двоичное число. В зависимости от направления этого изменения различают суммирующие и вычитающие счетчики; так называемые реверсивные счетчики могут работать и в режиме сум­ мирующего и в режиме вычитающего счетчика в зависимости от того, на какой вход счетчика подан счетный импульс или от зна­ чений специальных управляющих сигналов.

Важной характеристикой счетчика является его быстродей­ ствие, определяемое разрешающим временем tMин сч (или частотой /макс == 1/^мипсч), т. е. минимально допустимым интервалом между моментами поступления счетных импульсов (или их максималь­ ной частотой).

В цифровых устройствах применяется ряд разновидностей счетчиков, структура которых, зависит от различных требований, в частности, от необходимого быстродействия, а также от набора •дискретных или различных комплексов интегральных элементов. Так, например, применяют счетчики с последовательным, с па­ раллельным (сквозным) и с последовательно-параллельным пе­ реносом.

В счетчиках с последовательным переносом t-тый триггер счет­ чика переключается выходным сигналом (і — 1)-го триггера счет­ чика. В счетчиках с параллельном переносом на все триггеры счетчика воздействует входной (счетный) сигнал счетчика.

В последовательно-параллельных счетчиках все его m триг­ геров разбиты на Тгрупп, в каждой из которых реализуется па­ раллельный перенос, но сигнал переключения /-ой группы создав ется на выходном триггере ( /— 1)-ой группы.

Естественно, что счетчики со сквозным переносом обладают большим быстродействием, но имеют 'более сложную структуру.

10.3.2. ДВОИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ НА ДИСКРЕТНЫХ КОМПОНЕНТАХ

С у м м и р у ю щ и е с ч е т ч и к и . Суммирующий счетчик по мо­ дулю к — 2 т образуется путем последовательного соединения т триггеров. В качестве примера на рис. 10.4а приведена схема, со­ стоящая из четырех каскадно соединенных Г-триггеров. Пусть последовательность однополярных импульсов (например, положи­ тельных в предположении, что триггеры построены на транзисто­ рах типа р-п-р) поступает на счетный вход триггера' Ти выходной сигнал которого подается на счетный вход Т2 и т. д. Под воздей-

станем каждого входного импульса срабатывает Т\. Триггер Т2 опрокидывается в том и только в том случае, когда на его счет­ ный вход поступает положительный импульс (или перепад), что имеет место лишь при переключении Т\ из положения Q = 1 в по­ ложение Q = 0. Аналогично связаны и последующие триггеры1*).

Если до начала поступления входных импульсов все триггеры находились в положении Q = 0, то, очевидно, Т2 окажется в состо­ янии 1 в том случае, когда на вход Тх поступят два импульса, так как именно второй импульс вызовет опрокидывание Ті из положения 1 в положение 0. Таким образом, триггер осуществляет деление на два числа поступающих на его вход однополярных им­ пульсов (с точностью до остатка, фиксированного положением триггера).

Четырехкаскадная схема, изображенная на рис. 10.4а, обла­ дает коэффициентом деления /с = 24 = 16, т. е. при поступлении на вход схемы 16 импульсов появляется один импульс на выходе. На рис. 10.46 и в табл. 10.4 приведены состояния всех четырех

Т а б л и ц а 10.4

триггеров рассматриваемой схемы в зависимости от числа вход­ ных импульсов.

Из табл. 10.4 следует, что при подаче на вход схемы, напри­ мер, 11 импульсов состояние счетчика соответствует двоичному числу 1011, причем положение триггера Т\ соответствует значе­ нию первого (младшего) разряда двоичного числа, состояние Т2— значению второго разряда и т. д. После поступления 16-го . им­ пульса получится один импульс иа выходе счетчика и схема воз­ вратится в исходное состояние. При поступлении 17 импульсов

1) Подчеркнем, что в счетчике сигналы, поступающие иа вход триггера 7\, снимаются с инверсного выхода 7\_і, а состояния триггеров определяются, как обычно, значениями сигналов на основных выходах.

452