Исследование элементов

justify">    Распределители  на кольцевых регистрах находят применение при малом числе выходных каналов, когда необходимость иметь по триггеру на каждый канал не ведет к чрезмерно большим аппаратурным затратам. Достоинством распределителей на кольцевых регистрах является отсутствие дешифраторов в их структуре и, как следствие, высокое быстродействие (задержка перехода в новое состояние равна времени переключения триггера). Кольцевой регистр с перекрестной обратной связью (счетчик Джонсона и т. д.)  имеет обратную связь на первый триггер от инверсии выходного сигнала (рис. II. 6. 2. 5).  
 

    Рис. II. 6. 2. 5. Схема счетчика Джонсона

    Он  имеет 2n состояний, т. е. при той же разрядности вдвое больше, чем обычный кольцевой регистр. В то же время выход счетчика Джонсона представлен не в коде «1 из N», что требует преобразования кодов для получения выходов распределителя тактов. Такие преобразователи очень просты, что обуславливает применение счетчиков Джонсона в составе распределителей.

    

    Показанный  на рисунке четырехразрядный счетчик  Джонсона при начальном нулевом состоянии работает следующим образом. Первый импульс сдвига С установит первый триггер в единичное состояние (Q₄ = 1), в остальных разрядах будут нули как результат сдвига нулей от соседних слева разрядов. Второй импульс сдвига сохраняет единичное состояние первого триггера, т. к. по-прежнему Q₄ = 1. Второй разряд окажется в единичном состоянии, поскольку примет единицу от первого триггера. Остальные разряды будут нулевыми. Последующие сдвиги приведут к заполнению единицами всех разрядов счетчика, т. е. "волна единиц", распространяясь слева направо, приведет счетчик в состояние 1111. Следующий импульс сдвига установит первый разряд в ноль, т. к. теперь Q₄ ⁼ 0. Этим начинается процесс распространения "волны нулей". После восьми импульсов повторится состояние 0000, с которого было начато рассмотрение работы счетчика. Временные диаграммы описанных процессов показаны на рис. II. 6. 2. 6. 

    Рис. II. 6. 2. 6. Временные диаграммы работы счетчика Джонсона.

    Особенность рассмотренной схемы — четное число состояний при любом n (2n — всегда число четное). Обычный кольцевой регистр такого ограничения не имеет.

    Преобразование  выходного кода счетчика Джонсона в  код "1 из N" требует добавления "всего одного двухвходового элемента И либо И-НЕ для каждого выхода распределителя тактов. Принцип дешифрации состоит в выявлении положения характерной координаты временной диаграммы — границы между зонами единиц и нулей (табл. II. 6. 2. 1.).  

    Таблица II. 6. 2. 1   

    В двух случаях (для слов, состоящих  только из нулей или только из единиц) состояние выявляется анализом крайних разрядов. В остальных случаях анализируются разряды на границе зоны единиц и нулей.

    Как видно из таблицы, преобразование выходного кода счетчика Джонсона в код "1 из N" осуществляется согласно выражениям

    

    F_i (i = 0...7) — выходы распределителя тактов.

    

    Для схем со счетчиками Джонсона могут  возникнуть вопросы преодоления  ограничения обязательной четности числа состояний счетчика и обеспечения автоматического вхождения его в рабочий цикл (свойства самозапуска).

    Первую  задачу можно решить исключением "лишнего" состояния.

    Задача  обеспечения вхождения распределителя на основе счетчика Джонсона в рабочий цикл связана с тем, что базовая схема свойством самозапуска не обладает.

    Чтобы придать схеме свойство самозапуска, нужно модифицировать сигнал обратной связи, поступающий на вход счетчика. Это можно сделать многими путями. Одной из возможностей является выработка сигнала обратной связи согласно выражению

    

    

    Распределители на основе счетчиков Джонсона характеризуются небольшими аппаратурными затратами  и достаточно высоким быстродействием.[3]  

    ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДА.

    

    Модель  преобразователя кодов (шифратор - дешифратор) с характеристиками:

• Вход: 2-х элементный код
• Выход: 5-ти элементный код

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Принцип построения:

      Сначала строится схема преобразователя  двоичного кода в унарный, т.е. такой код, когда "1" может быть только на одном из N выходов преобразователя, номер которого совпадает с числом, представленным входным двоичным кодом. (такой преобразователь называется дешифратором). Число выходов дешифратора равно N = 2ⁿ , где n – число разрядов входного кода дешифратора.

      Затем строится схема преобразователя, осуществляющего  обратную операцию, т.е. преобразование унарного кода в двоичный. Число  входов такого преобразователя, который  называется шифратором, равно M = 2^m , где m – число разрядов выходного кода шифратора.

      Схема преобразователя кода образуется соединением  выходов дешифратора и входов шифратора в соответствии с таблицей соответствия десятичных цифр.[4]

     Описание  работы:

    Рассмотрим  пример, соответствующий десятичному числу 2.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Если  на вход подавать X2 = 1 и X1 = 0, на шине X2 будет идти сигнал 1,а на шине - 0. На шине X1 будет идти сигнал 0,а на шине - 1. Сигналы пройдут через логические элементы И, и на шине 1 будет идти сигнал 0, на шине 2 – 0,

3 – 1, 4 – 0. На выходе Y5 будет идти сигнал 1, Y4 – 0, Y3 – 1, Y2 – 0,Y1 – 1. Данный код соответствует коду десятичного числа 2 в таблице. Следовательно, составленная схема преобразования кода верна. 

СУММИРУЮЩИЙ СЧЕТЧИК.

Суммирующий счетчик на JK-триггерах с модулем счета 64.

  

 
 
 
 

Диаграммы состояний:

Возьмем случай, когда на вход поступило 16 импульсов:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Принцип построения и характеристики счетчика:

    Т.к. модуль счета равен 64, то количество триггеров исходя из формулы M = 2ⁿ, где M – модуль счета, а n – количество триггеров получаем, что количество триггеров равно 6.

    Входы J и К в каждом триггере ТТ объединены, и на эти входы подан уровень лог. 1, таким образом, в каждом триггере синхронизирующий вход С является счетным входом триггера;

    Сигнал с прямого выхода триггера каждого разряда поступает на счетный вход С триггера следующего, более старшего разряда, а на счетный вход триггера 1 первого разряда подаются входные импульсы.

    Если  на счетном входе С триггера действует  импульс, то его положительным фронтом переключается ведущая часть триггера, отрицательным — ведомая. При каждом изменении сигнала на счетном входе с уровня лог.1 на уровень лог.0 изменяется на противоположное состояние выхода триггера. Таким образом, при отрицательном фронте сигнала на выходе триггера происходит переключение следующего за ним триггера более старшего разряда.

    

    С каждым входным импульсом число  в счетчике увеличивается на единицу. Такое нарастание числа происходит до тех пор, пока после (2ⁿ -1)-го входного импульса (п— число разрядов в счетчике) в счетчике не устанавливается двоичное число 11.. 1 .Далее с приходом 2ⁿ-го импульса в счетчике устанавливается исходное состояние 00...0, после чего счет ведется сначала. При непрерывной подаче на вход импульсов счетчик циклически с периодом 2ⁿ входных импульсов устанавливается в исходное состояние.[5] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

    

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

    В данной работе исследовались элементы цифровой схемотехники. Теоретически были рассмотрены: элементы интегрально-инжекционной логики (И²Л), общие сведения о счетчиках. На основе теории о счетчиках была разработана схема счетчика на JK-триггерах с модулем счета 64. Также был изучен принцип построения преобразователя кода и разработана схема преобразователя, имеющего на входе 2-х элементный код, а на выходе – 5-ти элементный код. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

    

    БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.

1. Преснухин, Л. Н. Расчет элементов цифровых устройств [Текст] / Л. Н. Преснухин. – М. : Высшая школа, 2003. – 523 с.
2. Опадчий, Ю. Ф. Аналоговая и цифровая схемотехника [Текст] / Ю. Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров. – М. : Горячая линия-Телеком, 2003. – 168 с.
3. Угрюмов, Е. Цифровая схемотехника [Текст] / Е. Угрюмов. – СПб. : БХВ-Петербург, 2004. – 528 с.
4. Новиков, Ю. В. Основы цифровой схемотехники [Текст] / Ю. В. Новиков. – М. : МИР , 2001. – 379 с.
5. Калабеков, Б. Цифровые устройства и микропроцессорные системы [Текст] / Б. Калабеков. – М. : Горячая линия-Телеком, 2003. – 336 с.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    

    

    ПРИЛОЖЕНИЯ.

    Список  используемых сокращений.

    БИС – большие интегральные схемы

    МДП – металл-диэлектрик-полупроводник

    ТЛНС  – транзисторная логика с непосредственными связями

    ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика

    ЦУ  – центральное устройство

    РТ  – распределитель тактов

    РУ  – распределитель уровней

    РИ  – распределитель импульсов