1 Які елементи називають тригерами? Наведіть класифікацію тригерів. Назвіть основні параметри тригерів.
2 Поясніть принцип побудови і роботи RS-, D-, T-, JK-тригерів.
3 Які елементи називають регістрами? Наведіть класифікацію регістрів. Назвіть основні параметри регістрів.
4 Поясніть принцип побудови і роботи регістрів зберігання.
5 Поясніть принцип побудови і роботи зсувних регістрів.
6 Практичне заняття № 6
Лічильники
МЕТА ЗАНЯТТЯ: практично засвоїти принцип побудови і роботи лічильників.
ТРИВАЛІСТЬ ЗАНЯТТЯ: 2 ауд. год.
Основні теоретичні відомості
Цифровим лічильником імпульсів називають вузол виконаний на лічильних тригерах, який лічить імпульси, що надходять на його вхід. Підсумок у лічильнику буде в двійковому або двійково-десятковому коді і може зберігатися протягом потрібного часу.
Основні параметри лічильника — це вид коду (модуля лічби), розрядність і швидкодія.
За модулем лічби лічильники розподіляють на двійкові та десяткові.
Розрядність двійкового лічильника залежить від його призначення і може бути досить великою. Наприклад, існують ІМС, що мають 15–розрядні лічильники. У десяткових лічильниках для формування кожного десяткового розряду (декади) потрібно не менше чотирьох двійкових розрядів.
Швидкодія лічильника визначається максимальною частотою вхідних імпульсів, з якою він виконує свої функції. Вона залежить від схеми лічильника і від типу застосовуваних елементів.
За напрямком лічби лічильники поділяють на лічильники додавання (з прямою лічбою), лічильники віднімання (зі зворотною лічбою) та реверсивні. У лічильниках додавання з приходом чергового імпульсу результат збільшується на одиницю, у лічильниках віднімання — зменшується на одиницю. Реверсивні лічильники можуть працювати як у першому, так і в другому режимі. За способом організації перенесення розрізняють лічильники з послідовним, паралельним і комбінованим перенесеннями.
Розглянемо принцип побудови лічильників на прикладі трирозрядного лічильника додавання із послідовним перенесенням. Порядок зміни станів такого лічильника показано у табл. 6.1. За початковий узято нульовий стан, тобто коли Q1=Q2=Q3=0. З табл. 6.1 видно, що у першому розряді Q1 лічильний тригер почергово переходить або в стан лог. 0, або в стан лог. 1. Зміна ж стану кожного наступного розряду відбувається у разі зміни стану попереднього розряду від лог. 1 до лог. 0. Це означає, що лічильний тригер, переходячи з лог. 1 в лог. 0, має формувати сигнал перенесення, який перевертає наступний лічильний тригер. Зазначений порядок зміни станів реалізується, якщо схема є послідовним з'єднанням T‑тригерів, у якому лічильний імпульс подається на вхід першого тригера. Трирозрядний двійковий лічильник додавання з послідовним перенесенням зображено на рис. 6.1.
Таблиця 6.1 – Стани лічильника додавання.
Номер стану
Q3
Q2
Q1
а)
в)
б)
а — умовне графічне позначення; б — функціональна схема; в — часові діаграми роботи
Рисунок 6.1 – 3-х розрядний лічильник додавання з послідовним перенесенням
Лічильник віднімання можна отримати зі схеми лічильника, що зображений на рис. 6.1,б, якщо під’єднувати тактовий вхід наступного Т‑тригера з виходом Q попереднього тригера.
Підвищення швидкодії лічильника досягається прискоренням перенесення. Один із способів прискорення перенесення в лічильниках засновано на уведенні в схему додаткових логічних елементів, які забезпечують можливість одночасного (паралельного) формування сигналів перенесення для всіх розрядів (рис. 6.2).
Рисунок 6.2 – 3-х розрядний лічильник з паралельним перенесенням на JK‑тригерах
Максимальне значення двійкового числа, до якого відбувається підрахунок імпульсів вище наведеними лічильниками, обчислюється за формулою:
,
де N — кількість розрядів лічильника. Лічильники, зображені на рис. 6.1 і рис. 6.2 ведуть підрахунок імпульсів до 7. З приходом 8-го імпульсу вони скидаються в нульовий стан і підрахунок повторюється.
Іноді з’являється необхідність в підрахунку іншої кількості імпульсів. Наприклад, дуже часто постає потреба у переліченні на 10, тоді двійковий лічильник перетворюють на двійково-десятковий (лічильник за модулем 10). Для цього можна використати 4-х розрядний лічильник. Для переривання нормальної роботи лічильника, використовують схему, яка розпізнає стан 1010 (десять) та формує сигнал скидання всіх тригерів у початковий нульовий стан. Для лічильника з послідовним перенесенням може бути застосовано схему, зображену разом із часовими діаграмами на рис. 6.3.
Стан 1010 визначають елементом І. На його виході з'являється сигнал лог. 1, який установлює додатковий RS-тригер T5 у стан лог. 1. На інверсному виході Q5 з'являється негативний перепад, який за інверсними входами R установлює всі основні тригери в нульовий стан, після чого на виході елемента І буде також сигнал лог. 0. Наступний вхідний лічильний імпульс C0 розпочинає новий цикл відліку й одночасно встановлює тригер T5 за входом R у нульовий стан. Додатковий RS-тригер потрібен для підвищення функціональної надійності лічильника.
а)
б) в)
а — функціональна схема, б — часові діаграми , в — умовне позначення лічильника
Рисунок 6.3 – Двійково-десятковий лічильник із послідовним перенесенням
Завдання для самостійної підготовки
Засвоїти теоретичний матеріал згідно з такими питаннями.
1 Лічильники. Класифікація лічильників і їх основні параметри. Застосування лічильників.
2 Побудова і принцип роботи лічильників додавання і віднімання із послідовним перенесенням.
3 Побудова і принцип роботи лічильників додавання і віднімання із паралельним перенесенням.
4 Побудова і принцип роботи лічильників на заданий модуль лічби.
а)
в)
б)
,
