Последовательные цифровые устройства.

Цифровое устройство называется последовательным (ПЦУ), если сигналы на его выходе зависят не только от текущих значений входных сигналов, но и от состояния цифрового устройства (т.е. от предыдущих входных сигналов). В ПЦУ обязательно должны входить ячейки памяти. Ячейка памяти Т под воздействием входного сигнала изменяет своё состояние (0 или 1).

Простейший автомат – триггер.

Триггер – устройство, которое находится в одном из двух устойчивых состояний и переходит из одного в другое под воздействием входных сигналов. Для удобства триггер имеет два выхода: прямой Q и инверсный .

По способу приёма информации триггеры подразделяются:

1) Асинхронные переключаются непосредственно информационными сигналами,

2) Синхронные – реагируют на информационные сигналы при наличии сигнала на специальном управляющем входе С – вход синхронизации.

Управление может быть статическим (уровнем управляющего сигнала) и динамическим (фронтом импульса управляющего сигнала).

По функциональным возможностям:

1) Т – триггер.

Рис.7.9.

Асинхронный триггер переключается под действием информационного сигнала (1), а синхронный под действием тактового сигнала. Т- триггер иногда называют счётным.

2) D – триггер (триггер задержки).

Имеет один информационный вход и вход синхронизации. Триггер передаёт на выход значение входного сигнала, но с задержкой пока не приходит тактовый импульс.

Рис.7.10.

3) RS – триггер.

На рис.7.11 показано условное обозначение асинхронного RS - триггера с прямыми входами, реализация на базовых элементах 2ИЛИ-НЕ и таблица истинности. Функциональное уравнение имеет вид

(7.2).

Если RS - триггер реализовать на четырёх элементах 2И-НЕ, то получается RS - триггер с инверсными входами. Синхронный RS - триггер его реализация, а также таблица истинности приведены на рис.7.12.

Рис.7.11.

Рис.7.12.

4). JK- триггер (универсальный). Обозначение триггера таблица состояний приведены на рис.7.13.

Рис.7.13.

Функциональное уравнение для него есть

(7.3).

Триггер переключается тактовым импульсом при наличии логической единицы на обоих информационных входах. При остальных комбинациях повторяет RS - триггер. При объединении JK- входов превращается в Т - триггер. При объединении с одновременным инверсным выходом превращается в D - триггер.

7.5. Счётчики.

Счётчик - последовательное цифровое устройство, обеспечивающее хранение слова информации и выполнение над ним микрооперации счёта (т.е. изменения числа на ±1). В зависимости от направления счёта счётчики разделяют на суммирующие, вычитающие и реверсивные. По способу организации схемы переноса – с последовательным, параллельным и параллельно-последовательным переносом. По наличию синхронизации – синхронные и асинхронные счётчики. Счётчики обычно строят на Т – триггерах. Однако могут применятся и D - триггеры и JK - триггеры.

Суммирующие двоичные счётчики.

В счётчике с n триггерами число возможных состояний 2ⁿ. Каждому состоянию счётчика соответствует число в счётной последовательности от 0 до2^n-1 при последовательной подаче на вход С единицы. Исходное (начальное) состояние счётчика устанавливается подачей сигнала по шине «установка 0». После подачи 2ⁿ импульсов на вход С счётчик снова устанавливается в нулевое положение.

Рис.7.14.

В суммирующем счётчике (рис.7.14) при работе происходит суммирование предыдущего значения счётчика с единицей. Рассмотренный счётчик называется счётчиком с последовательным переносом. Сигнал для счёта подаётся на вход самого младшего разряда, каждый последующий разряд переключается задним фронтом сигнала с предыдущего разряда, все Т - триггеры соединены последовательно. При этом время задержки переносов растёт с ростом числа разрядов в счётчике, ограничивая его быстродействие.

Это устраняется в счётчике с параллельным переносом, где все триггеры срабатывают одновременно по счётному входному импульсу. При этом схема усложняется, поскольку требуются элементы «И» с большим числом входов (рис 7.15).

Рис.7.15.

Поэтому при построении многоразрядных счётчиков используются схемы с параллельно-последовательным переносом, когда внутри группы триггеров организуется параллельный перенос, а между группами – последовательный (рис.7.16).

Рис.7.16.

Вычитающий счётчик с приходом каждого счётного импульса предыдущий результат уменьшает на 1. Вход каждого последующего триггера соединяется с инверсным выходом предыдущего.

Рис.7.17.

Для построения десятичного счётчика используют четырёх разрядныё двоичный счётчик, число состояний которого уменьшают с 16 до 10 с помощью внешнего или внутреннего КЦУ.

Регистры.

Регистр – последовательностное цифровое устройство, используемое для хранения и выполнения логических преобразований над n-разрядным двоичным кодом. Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано некоторое КЦУ, с помощью которого обеспечивается выполнение логических операций или микроопераций над n-разрядными словами в ПЦУ: приём слова в регистр, передача слова из регистра, поразрядные логические опреации, сдвиг слова влево или вправо на определённое числоразрядов, установка в начальное состояние (сброс), преобразование последовательного кода в параллельный и обратно.

Состояние регистра представляется целым числом в двоичной системе. Многоразрядные регистры часто разбиваются на 8 – разрядные подрегистры (по байтное деление). Вместо двоичного представления тогда можно использовать таблицу из 256 символов. Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров, соединённых друг с другом с помощью соответствующих схем КЦУ.

Регистры разделяются на группы:

с параллельным приёмом и выдачей информации – регистры памяти;

с последовательным приёмом и выдачей информации – регистры сдвига;

смешанные регистры - последовательный ввод – параллельный вывод и наоборот. Регистры бывают с одним каналом (однофазные – собираются из D – триггеров) и двухканальные (парафазные, собираемые на RS – триггерах).

Рис.7.18.

Параллельный регистр.

В параллельном регистре разряды двоичного числа, поданные на входа D, записываются в ячейки регистра одновременно по сигналу синхронизации С и разрешающем коде на входах V₁V₂. На рис.7.18 показано обозначение параллельного регистра и его внутренняя схема.

Последовательный регистр.

В последовательном регистре разряд двоичного числа записывается и считывается последовательно во времени – разряд за разрядом по одному каналу. На рис.7.19 показан последовательный регистр. Запись производится с младшего бита. Считывание числа может осуществляться последовательно по сигналу синхронизации, так и параллельно с каждого триггера.

Рис.7.19.

Применение сдвиговых регистров.

Сдвиговые регистры применяются для следующих операций:

1. Преобразование последовательного кода в параллельный.

2. Преобразование параллельного кода в последовательный.

3. Умножение и деление. Аналогично десятичной системе, где умножение и деление на 10 равносильно сдвигу запятой, в двоичной системе умножение и деление числа на 2 равносильно сдвигу на разряд влево или вправо.

4. Временная задержка и буферизация данных. Можно преднамеренно задерживать цифровую информацию, пропуская её через сдвиговый регистр. Информация в регистре может храниться до тех пор, пока подано напряжение питания на регистр.

5. Устройство памяти с циркуляцией данных. Соединяя вход сдвигового регистра с выходом можно заставить циркулировать данные (бегущая строка).

Дата добавления: 2015-11-14