Материал: 2160
Чтобы его включить, необходимо установить ключи в исходное положение, как показано на рис. 1.45 (D = 1, C = 0, R = 1). При этом индикатор R должен во время работы регистра светиться (он гаснет лишь при стирании – сбросе). При нажатии клавиши C под действием тактового импульса (C = 1) произойдет запись в младший разряд Q0 регистра значения сигнала D. В данном случае включится световой диод Q0, что означает Q0 = 1.
Если теперь нажать на клавишу D, а затем дважды нажать на кла-
вишу C (выключ ть |
вновь включить тактовый сигнал), то загорится |
|||
диод Q1, а Q0 погаснет, поскольку в него запишется сигнал D = 0. При |
||||
выключенном |
|
нформационном входе и нажимании только на клавишу |
||
C можно будет наблюдать сдвиг 1 в сторону старших разрядов регистра. |
||||
С |
|
|
||
Так работает рег стр сдвига. |
||||
Разл чают рег |
стры прямого сдвига (в сторону старших разрядов) |
|||
обратного сдв га (в сторону младших разрядов). Регистры, выпол- |
||||
няющ е только о ратные сдвиги, можно получить из регистра прямого |
||||
|
простой перенумерацией разрядов. Много сложнее получить ре- |
|||
сдвига |
||||
верс вный рег стр, о еспечивающий сдвиги в обоих направлениях. |
||||
Схема реверс вного регистра удет рассмотрена отдельно на лабора- |
||||
торной |
|
№3. |
|
|
|
работе |
|||
гистр циклическогоАсдвига. При этом начальное состояние регистра не может быть полностью очищенным. Соберем схему такого регистра таким образом, чтобы при сбросе в младшем разряде устанавливалась 1, а во всех остальных – нули.
Регистр циклического сдвига
Если замкнуть D-вход регистра сдвига на выход, то получится ре-
Такую начальную установку можно обеспечить с использованием
асинхронных |
(установочных) входов |
R и S D-триггера. Отсоединим |
|||||
|
|
|
Д |
||||
вход R первого D-триггера от общего R-провода (см. рис. 1.45) и при- |
|||||||
соединим к этому проводу вход S того же триггера. В результате полу- |
|||||||
чится схема, представленная на рис. 1.46. |
|
|
|
||||
1кΩ/5v |
|
|
|
|
|
|
|
+U |
LS |
Q0 LS |
Q1 LS |
|
Q2 |
LS |
Q3 |
|
S |
S |
S |
|
ИS |
||
|
1D |
1D |
1D |
|
|
1D |
|
|
C1 |
C1 |
C1 |
|
|
C1 |
|
[C] |
R |
R |
R |
|
|
R |
|
[R] |
|
|
|
|
|
|
R |
Рис. 1.46. Циклический регистр на D-триггерах с динамическим управлением
51
Начальная установка Q0 Q1 Q2 Q3 такого регистра будет 1000. Обычно разряды двоичного кода пишутся слева направо, начиная со старшего. То есть данное состояние читается как Q3 Q2 Q1 Q0 = 0001. Но для удобства наблюдений будем использовать ту же последователь-
ность разрядов, что и на рис. 1.46. Тогда после прохождения каждого тактового импульса, который формируется парой нажатий на клавишу СC (переходами тактового входа C с 1 на 0 и обратно), 1 в регистре будет
смещаться на один разряд вправо. Достигнув крайнего правого разряда, она смест тся в крайний левый (регистр вновь окажется в начальном
состоян ), при продолжении нажатий клавиши C смешение единицы циклбудет продолжаться в той же последовательности. Так работает регистр ческого сдв га: 1000 – 0100 – 0010 – 0001 – 1000 и т.д.
Подобные схемы часто используются для формирования сигналов разл чных устройств. На их основе создан интерфейс SPI, который бу-
дет рассмотрен на практическом занятии № 11.
|
Контрольные вопросы и задания |
|
1. |
Какое электронное цифровое устройство называется регист- |
|
|
ром? |
|
2. |
Каково назначение регистров и какие функции они могут вы- |
|
|
полнять? |
|
3. |
Из каких элементов состоит конструкция регистров? |
|
4. |
Начертите схему параллельного регистра, объясните способ |
|
|
|
Д |
|
его загрузки и оцените время задержки при загрузке. |
|
5. |
бАКаково основное назначение последовательных регистров? |
|
6. |
Начертите схему последовательного регистра, объясните |
|
|
принцип его работы. |
|
7. |
Начертите схему регистра циклического сдвига, объясните |
|
|
принцип его работы. |
И |
|
|
|
8. |
Что такое сверхоперативная компьютерная память? |
|
Практическое занятие №9 ДЕЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ИМПУЛЬСОВ СЧЕТЧ КИ
Цели занятия: изучение принципов организации счетчиков; исследование различного вида пересчетных схем, выполненных на интегральных элементах с потенциальным представлением информации.
Краткие теоретические сведения
Пересчетные схемы подразделяются на счетчики и делители частоты. Счетчиком называется устройство, предназначенное для подсчета количества импульсов, поступающих на его вход.
52
Задача счетчиков – формировать на выходе код, соответствующий числу поступивших на вход импульсов, тогда как делители частоты должны обеспечивать лишь заданный коэффициент деления частоты входного сигнала.
Электронные схемы счетчиков строятся на основе T-триггеров, JK-триггеров, D-триггеров, сдвигающих регистров и многоустойчивых триггерных схем. Наиболее широкое распространение имеют счетчики
СПо целевому назначению счетчики подразделяются на суммирующ е ( нкрементные), вычитающие (декрементные) и реверсивные,
на T-триггерах.
По модулю счета счетчики подразделяют на двоичные (с коэффициентом счета 2n, где n = 1, 2, 3…), двоично-десятичные (с коэффициен-
том счета 10), нес стемные (таймерные и прочие).
выполняющ е пересчет как в прямом, так и в обратном направлениях. По структурной организации (в зависимости от вида межразряд-
ных связей) счетч |
подразделяются [7, с. 13]: |
|
1) |
на последовательные; |
|
ки |
||
2) |
счетч ки с последовательным переносом (счетчики со связью |
|
по цепям переноса); |
|
|
3) |
параллельные; |
|
4) |
комбинированные(счетчики с комбинированными связями). |
|
Счетчики могут иметь разное число разрядов. Наиболее широкое |
||
применение получили четырехразрядные счетчики. |
||
Основными характеристиками счетчиков являются: |
||
kсч – модуль счетаАили коэффициент пересчета; |
||
fсч max – максимальная частота поступления счетных импульсов; |
||
tуст (или tзад ) – время установки нового состояния счетчика (или |
||
время задержки). |
Д |
|
|
|
|
Вцифровой технике счетчики используются для формирования адресов, преобразования кодов, подсчета количества циклов операций и т.д.
Делитель частоты импульсов
Построение делителя частоты (устройства, которое уменьшает частоту тактовых импульсов в два раза) также основано на использовании обратной связи.
Вкачестве исходного элемента возьмем динамический D-триггер с инверсными установочными входами R и S . Соединим инверсный вы-И
ход Q с входом D. В результате получим электронную схему (см. рис. 1.47, а) с одним входом C и одним выходом Q. Рассмотрим, как теперь такая схема будет работать.
53
СПусть в начальный момент состояние этого D-триггера Q = 0 (это дитсостоян е можно задать установочными входами R и S ). Поскольку данный D-тр ггер управляется срезом (сменой значения тактового сигнала C с 1 на 0), то его состояние изменится на Q = 1 в момент наступления среза. На р с. 1.47, верхняя эпюра соответствует тактовым импульсам, поступающ м на вход C, а срезы на ней обозначены стрелоч-
ДаннаябАсхема есть не что иное, как динамический асинхронный T-триггер. Его также называют счетным триггером. Для того чтобы превратить его в синхронныйДT-триггер, надо добавить синхронизирующий сигнал C1, соединить его с входом КЛУ И, ко второму входу элемента И присоединить сигнал T, а его выход соединить с входом
ками вн з. Только в моменты, соответствующие этим срезам, происхозменен е состояния триггера на противоположное. В результате эпюра напряжен й на выходе Q такой схемы будет представлять собой последовательность мпульсов, частота которых в два раза меньше частоты импульсов входа C. Следовательно, схема, представленная на рис.
1.47,а, представляет со ой делитель частоты входного сигнала.
асинхронного T-триггера. Синхронный T-триггер будет работать (как |
|
асинхронный) лишь при наличии сигнала C1 = 1, а при C1 = 0 он не бу- |
|
дет изменять своего состояния. |
И |
|
|
Простейший последовательный суммирующий счетчик
Соединим четыре счетных триггера последовательно следующим
образом (см. рис. 1.48). |
|
|
|
|
|
Q |
|
Q |
|
Q |
Q |
C T Q |
T |
Q |
T |
Q |
T Q |
Q0 |
|
|
Q1 |
Q2 |
Q3 |
Рис. 1.48. Схема четырехразрядного последовательного счетчика на счетных триггерах
54
В данной схеме при прохождении импульсов через каждый счетный триггер их частота будет уменьшаться в два раза. Входом у каждого последующего счетного триггера является выход из предыдущего счетного триггера. Тогда эпюры напряжений на выходах этих триггеров будут отражать следующую закономерность (см. рис. 1.49):
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
Q0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
1 |
|
|
|
0 |
1 |
|
|
0 |
|
1 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
0 |
|
|
t |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Q1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С0 0 |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
0 |
|
0 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
1 |
|
|
t |
|||||||||||||
Q2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
бА |
0 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
0 |
|
|
|
0 |
0 |
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
t |
||||||||||||||
Q3 |
0 |
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
0 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||||||||||||||||
t
Рис. 1.49. Эпюры напряжений на выходах четырехразрядного счетчика
Из рис. 1.49 видно, что в начальный момент состояние счетчика
соответствовало коду Q3 Q2 Q1 Q0 = 0000. После прохождения одного |
|
импульса оно изменилось на Q3 Q2 Q1 Q0 = 0001 (на выходе Q0 устано- |
|
вился высокий уровень напряжения, что соответствует логической еди- |
|
нице). После прохождения двух импульсов Q3 Q2 Q1 Q0 = 0010, трех – Q3 |
|
Q2 |
Q1 Q0 = 0011 и т.д. После прохождения десяти импульсов Q3 Q2 Q1 |
Q0 |
= 1010, что равняется числуД10 в двоичной системе счисления. |
Схемы |
И |
|
|
||
реносом |
|
|
рены в |
|
|
1. |
Какое электронное цифровое устройство называется счетчи- |
|
|
ком? |
|
2. |
Каково назначение счетчиков и какие функции они могут вы- |
|
|
полнять? |
|
3. |
Назовите основные виды счетчиков по их структурной органи- |
|
|
зации (в зависимости от вида межразрядных связей). |
|
4. |
Назовите основные параметры счетчиков. |
|
5. |
Начертите схему делителя частоты импульсов, объясните |
|
|
принцип его работы. |
|
55