Синхронный счетчик с параллельным переносом

2.2. Синхронный  способ загрузки параллельного  кода

Устройства (в том числе регистры), в которых для записи входного параллельного кода Di  используется сигнал разрешения записи L, а тактовый сигнал C не используется, называются устройствами с асинхронной   параллельной записью кода.

Устройства (в том числе  регистры), в которых для записи входного параллельного кода  Di необходим, во-первых, сигнал разрешения записи L и, во-вторых, перепад синхросигнала на тактовом входе C - называются устройствами с синхронной параллельной записью кода.

2.3 Синхронный (параллельный) счетчик

Характерной чертой асинхронного счетчика является то, что импульсы счета поступают на тактовый вход только первого триггера, а каждый из последующих триггеров управляется  выходным сигналом предыдущего. Это  приводит к тому, что сигнал на вход последнего триггера приходит лишь тогда, когда все предыдущие триггеры переключились. Изменение каждого из выходных сигналов от z0 до zn происходит с задержкой, равной времени срабатывания триггера. В  многоразрядных последовательных счетчиках  высокая частота следования импульсов  счета может привести к тому, что n-й триггер не успеет переключиться  до прихода следующего импульса счета. Поэтому период следования импульсов  счета при использовании выходных кодов в процессе вычислений должен быть больше времени распространения  сигнала в цепи.

От этих недостатков свободны синхронные (параллельные) счетчики. В  отличие от асинхронных счетчиков  тактовые импульсы в синхронных счетчиках  одновременно подаются на С всех разрядов. Чтобы в каждом такте не переключались  все триггеры, для управления процессом  переключения используются логические J-и К-входы, как показано на рисунке 3.

В триггер F0 переключается  при поступлении каждого тактового  импульса. Для этого в триггере F0 должно выполняться условие J = К = 1. Триггер F1 при поступлении тактового  сигнала переключается только тогда, когда z0 = 1. Это достигается подключением J- и К-входов триггера F1 к выходу z0. Тогда этот триггер сохраняет  свое состояние до тех пор, пока z0 = 0, и изменяет его лишь при подаче следующего тактового импульса, когда z0 = 1

Рисунок 3. Синхронный (параллельный) счетчик.

Следует, что триггер F2 может переключиться при условии  z0 = z1 = 1. Для этого одна пара J- и К-входов соединена с z0, а другая – с z1. Соответственно у триггера F2 каждая пара J- и К-входов подключается к выходам предыдущих триггеров.

При использовании одинаковых триггеров с тремя J- и тремя  К-входами в триггерах F0 ¸ F2 некоторые J- и К-входы не используются. На эти  входы нужно подать логическую «1», чтобы обеспечить надежную работу схемы. При использовании триггеров  с одной парой J- и К-входов также  можно осуществить наращивание  разрядов, применяя в цепях межразрядных связей дополнительные схемы совпадения, на которые поступает информация с выходов предыдущих разрядов.

Очевидно, что наращивание  на произвольную длину невозможно из-за отсутствия многовходовых схем И. Поэтому  чаще всего используются группы из четырех триггеров (рисунок 3.3). Соединение групп производится через выход  переноса СЕ и вход разрешения E, которым  блокируется вся группа.

Выход переноса формируется  тогда, когда код группы равен 1111, и все младшие группы также  обеспечивают перенос. Для этого  в каждой группе должно выполняться  условие СE = Z0Z1Z2Z3E.

Таким образом, можно соединять  любое число групп счетчиков  без использования сложной логики, что иллюстрируется  на рисунке 4

Рисунок 4. Синхронный счетчик с логикой формирования переноса

Рисунок 5. Каскадирование синхронных счетных ступней

2.4. Счетчик с  изменяемым направлением счета  (реверсивный счетчик)

Синхронный двоичный счетчик  с помощью дополнительных ключей легко перестроить для работы в обратном направлении. При этом J- и К-входы подключаются вместо прямых выходов Q к инверсным выходам Q. Так как переключение касается только J- и K-входов, а не С-входов, состояние  счетчика не изменяется при изменении  направления счета. Это большое  преимущество по сравнению с асинхронными счетчиками. Поэтому в качестве реверсивных  счетчиков используются главным  образом синхронные устройства. Для  переключения можно применять логические управляемые ключи. По этому принципу построена схема, представленная на рисунке 3.5. При ее проектировании использовались триггеры, в которых новое состояние на выходах формируется при переходе тактового сигнала из «1» в «0».

До тех пор пока на управляющем  переключением входе V сохраняется  «1», нижние логические элементы И закрыты. Схема работает как синхронный суммирующий  двоичный счетчик, подобный показанному  на рисунке 3.3. При V = 0 верхние логические элементы И блокируются, и JK-пары подключаются к выходам Q. В этом случае схема  работает в режиме вычитающего счетчика. Так как перемена направления  счета вызывает изменение подключения J- и К-входов, то схема срабатывает  лишь тогда, когда тактовый сигнал равен  нулю.

Сигнал переноса в следующую  старшую группу может формироваться  в двух случаях, а именно, когда  в счетчике хранится код 1111 и V = 1 (в  режиме суммирования) или когда в  счетчике записан код 0000 и V= 0 (режим  вычитания). Для сигнала переноса СЕ можно записать

Этот сигнал поступает, как показано на рисунке 3.4, на вход разрешения Е следующей группы разрядов счетчика. Перенос всегда интерпретируется правильно, так как направление счета, естественно, изменяется одновременно для всех групп.

Если высокая скорость не требуется, отдельные группы счетчика объединяются последовательно, и при  этом сигнал переноса служит тактовым сигналом для следующей старшей  группы. При этом существует, однако, опасность, что из-за различия во времени  задержки на короткое время возникает  ложное значение СЕ = 1. Этот импульс  помехи поступает на старшую группу. Он может быть блокирован введением  коньюнктора СФ = СEФ поскольку  выбраны JК-триггеры, срабатывающие  по отрицательному фронту тактового импульса, то устойчивое состояние счетчика надежно обеспечивается, когда тактовый сигнал равен 1.

Рисунок 6. Двоичный счетчик с изменяемым направлением счета

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

1. К. А. Нешумова, «Электронные вычислительные машины и системы».
2. И. М. Мышляева, «Цифровая схемотехника».
3. И.И. Бобров «Импульсные и цифровые устройства».
4. В Л. Шило «Популярные цифровые микросхемы».
5. Справочник «Интегральные микросхемы».
6. Ю. В. Панов, Т. С. Леготкина, Методические рекомендации «Синтез    счетчиков сигналов»

Интернет источники:

http://www.khaer.com.ua/downloads/ke/rus/tema2/2.3.htm

http://www.bsuir.by/m/12_100229_1_67079.pdf