На рис. 6.20 показан запоминающий регистр на JK-триггерах. Чтобы синхронизировать работу такого регистра с работой других частей системы, синхронизирующие линии всех регистров и отдельных триггеров объединяются вместе и подключаются к центральному источнику синхроимпульсов.
Запоминающий регистр принимает информацию через схему загрузки (рис. 6.21), подключающую входы каждого триггера в регистре к источнику данных. Эта схема обеспечивает занесение данных в регистр только при наличии сигнала «разрешение приема», открывающего вентили И; в противном случае низкий уровень сигнала «разрешение приема» создает логические нули на входах J и К всех триггеров, и регистр сохранит неизменной ранее занесенную в него информацию.
В большинстве случаев информация на регистр должна поступать более чем из одного источника. При этом каждому источнику должна соответствовать своя схема загрузки. Выходы одноименных разрядов (нулевого, первого и т.д.) разных схем загрузки объединяются с помощью вентилей ИЛИ.
Сдвиг данных в регистре – одна из основных операций в цифровых системах. С ее помощью решаются такие задачи, как преобразование данных из последовательной в параллельную форму и обратно, умножение и деление на степени двойки и т.д. Сдвиговый регистр на двухступенчатых D-триггерах показан на рис. 6.22.
Так же как и для запоминающего регистра, все входы синхронизации объединены в общую синхролинию. Вход D каждого триггера, кроме самого левого, подключен к выходу Q соседа слева. Поэтому при каждом синхроимпульсе все триггеры, за исключением самого левого, будут принимать текущее состояние своего левого соседа. Состояние крайнего левого триггера определяется линией "последовательный вход". Заметим, что состояние крайнего правого триггера теряется при каждом синхроимпульсе. Важную модификацию регистра можно получить, соединяя выход крайнего правого триггера с D-входом крайнего левого. Такой регистр называется циклическим сдвиговым регистром.
С помощью рассматриваемого регистра (рис. 6.22) можно осуществить преобразование последовательных данных, представляющих собой последовательность сменяющих друг друга во времени битов, в параллельную форму. Для этого последовательные данные бит за битом подаются на линию «последовательный вход», а импульсы синхронизации – на линию «синхронизация». Каждый бит принимается в левый триггер, и одновременно предыдущее состояние этого триггера и всех других триггеров сдвигается вправо. По прошествии нужного количества синхроимпульсов данные в параллельной форме представляются на выходах (Q0,Q1,…,Qn). С помощью такого же регистра можно осуществить обратное преобразование данных из параллельной формы в последовательную. Для этого данные сигнала загружаются в регистр в параллельной форме: импульс «загрузка» открывает вентили, и через установочные входы S триггеры принимают значение входных битов D0,D1,…Dn. Загрузка осуществляется в отсутствие синхроимпульсов. После загрузки данных в регистр, их можно получить в последовательной форме с выхода правого триггера, подав на вход синхронизации серию синхроимпульсов.
В регистре на рис. 6.22 данные сдвигаются только вправо. С помощью вентилей можно осуществить соединение таким образом, что сдвиг данных в регистре будет осуществляться либо вправо, либо влево в зависимости от управляющих этими вентилями сигналов. Такие регистры называют двунаправленными (реверсивными) сдвиговыми регистрами.
Существует очень много модификаций регистров. Они входят в состав сложных БИС и СБИС, а также выпускаются отдельно в виде интегральных микросхем.
6.9. Счетчики
В электрических системах широкое распространение получили, регистры, предназначенные для счета импульсов, или просто счетчики.
Различают асинхронные (рис. 6.23) и синхронные (рис. 6.24) счетчики. В последних при поступлении на вход очередного импульса все подлежащие переключению триггеры изменяют свое состояние одновременно. В суммирующих счетчиках каждым входным импульсом прибавляется 1 к числу, хранящемуся в регистре, в вычитающих – вычитается 1 из этого числа.
Один из принципов построения реверсивного счетчика, т. е. суммирующего импульсы, поступающие на вход «+», и вычитающего импульсы, поступающие на вход «–», показан на рис. 6.25. Важная характеристика счетчика – разрешающее время tр, или минимальное время между двумя импульсами, регистрируемыми отдельно. Если за промежуток времени Dt < tp поступят два или даже группа импульсов, то будет иметь место «просчет», или потеря информации, так как все они будут восприняты счетчиком как один импульс. Это один из многочисленных примеров регистрирующих устройств с мертвым временем. В течение мертвого времени, которое в данном случае равно tp, счетчик как бы выключается из процесса измерения и не воспринимает поступающую на его вход информацию.
Если на вход устройства с мертвым временем tм поступают сигналы, распределенные во времени случайным образом, например, импульсы, вызванные актами распада ядер радиоактивного вещества, то критерием качества работы устройства в целом является его счетная характеристика (рис. 6.26).
Как самостоятельные приборы двоичные счетчики применяются достаточно редко из-за неудобства снятия показаний. Существует ряд способов построения счетчиков, работающих в десятичной системе счисления. Такие счетчики состоят из последовательности «декад» – счетных регистров с коэффициентом пересчета 10.
Минимальное число триггеров, из которых может быть синтезирована декада, – четыре. Принцип построения – исключение из 16 возможных состояний двоичного регистра на четырех триггерах шести состояний путем введения цепей запрета и обратной связи. Схемы декад на триггерах типа JК приведены на рис. 6.27.
6.10. Схемы преобразования и коммутации цифровых сигналов
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.