Особенности проектирования триггерных устройств MS структуры

При построении регистров и пересчётных схем используются, как правило, двухтактовые триггеры, обладающие свойством внутренней задержки. Такие триггеры строятся, в основном, по схеме M-S (M-Master основная ступень и S-Slave - вспомогательная ступень). Целью проектирования триггерного устройства является поиск уравнений, определяющих состояние триггера и позволяющих построить его схему. Тип проектируемого триггера определяется на предыдущем этапе курсового проектирования по результатам вычисления сложности схем управления регистром или счётчиком.

При построении регистров и пересчётных схем используются, как правило, двухтактовые триггеры, обладающие свойством внутренней задержки. Такие триггеры строятся, в основном, по схеме M-S (M-Master основная ступень и S-Slave - вспомогательная ступень). Целью проектирования триггерного устройства является поиск уравнений, определяющих состояние триггера и позволяющих построить его схему. Тип проектируемого триггера определяется на предыдущем этапе курсового проектирования по результатам вычисления сложности схем управления регистром или счётчиком.
Таблица 7

Таблица внешних переходов JK-триггера Описание работы триггера можно представить в виде таблицы внутренних состояний и переходов триггерного устройства Таблица 8

Каждой комбинации входных (C, J и K), а также выходного (Q_i) сигнала поставим в соответствие одно состояние триггера. Это состояние определим числом в скобках и расположим на пересечении строки, которая определяет номер состояния и значение сигнала Q_i, характеризующего это состояние, и столбца, который определяет комбинацию входных сигналов. Так, комбинации сигналов С=0, J=0, K=0, Q=0 поставим в соответствие состояние № =1, для этого на пересечении первой строки и первого столбца табл. 6 поставим (1); комбинации сигналов С=0, J=0, K=1, Q=0 поставим в соответствие состояние №=2, на пересечении строки 2 и столбца 2 поставим (2) и т. д. Всего возможно 16 устойчивых состояний триггера табл.8.

Прежде чем приступить к заполнению остальных позиций табл.8, необходимо определить ограничения на изменения входных сигналов. Эти ограничения определяются исходя из условий переключения выходного сигнала. Так, при С=1 необходимо запретить изменение сигналов J и K. Действительно, при изменении сигнала С из 1 в 0 происходит изменение выходного сигнала триггера, т.е. перезапись информации из ступени М в ступень S (рис. 11). Но прежде, чем произойдет перезапись информации из М в S, необходимо записать эту информацию в ступень М. Моменту изменения сигнала С из 1 в 0 предшествует время, когда С=1, именно в это время, и происходит запись входной информации в ступень М. Если не запретить в это время изменения входной информации, то эти изменения могут произойти так близко к моменту перезаписи, что будет неизвестно, успели эти изменения записаться в ступень М или нет. Для исключения возможных неопределенных ситуаций следует запретить изменения сигналов J и K при С=1. По этой же причине необходимо запретить одновременное изменение сигналов С, J и K. В то же время, при С=0 на изменения сигналов J и K никаких ограничений не накладывается.

20)

Для расчёта электрической энергии, потребляемой за определённый период времени, необходимо интегрировать во времени мгновенные значения активной мощности. Для синусоидального сигнала мощность равна произведению напряжения на ток в сети в данный момент времени. На этом принципе работает любой счётчик электрической энергии. На рис. 1 показана блок-схема электромеханического счётчика.

Рис. 1. Блок-схема электромеханического счетчика электрической энергии

Реализация цифрового счётчика электрической энергии (рис. 2) требует специализированных ИС, способных производить перемножение сигналов и предоставлять полученную величину в удобной для микроконтроллера форме. Например, преобразователь активной мощности — в частоту следования импульсов. Общее количество пришедших импульсов, подсчитываемое микроконтроллером, прямо пропорционально потребляемой электроэнергии.

Рис. 2. Блок-схема цифрового счетчика электрической энергии

Не менее важную роль играют всевозможные сервисные функции, такие как дистанционный доступ к счётчику, к информации о накопленной энергии и многие другие. Наличие цифрового дисплея, управляемого от микроконтроллера, позволяет программно устанавливать различные режимы вывода информации, например, выводить на дисплей информацию о потреблённой энергии за каждый месяц, по различным тарифам и так далее.

Для выполнения некоторых нестандартных функций, например, согласования уровней, используются дополнительные ИС. Сейчас начали выпускать специализированные ИС — преобразователи мощности в частоту — и специализированные микроконтроллеры, содержащие подобные преобразователи на кристалле. Но, зачастую, они слишком дороги для использования в коммунально-бытовых индукционных счётчиках. Поэтому многие мировые производители микроконтроллеров разрабатывают специализированные микросхемы, предназначенные для такого применения.

Перейдём к анализу построения простейшего варианта цифрового счётчика на наиболее дешёвом (менее доллара) 8-разрядном микроконтроллере Motorola. В представленном решении реализованы все минимально необходимые функции. Оно базируется на использовании недорогой ИС преобразователя мощности в частоту импульсов КР1095ПП1 и 8-разрядного микроконтроллера MC68HC05KJ1 (рис. 3). При такой структуре микроконтроллеру требуется суммировать число импульсов, выводить информацию на дисплей и осуществлять её защиту в различных аварийных режимах. Рассматриваемый счётчик фактически представляет собой цифровой функциональный аналог существующих механических счётчиков, приспособленный к дальнейшему усовершенствованию.

Рис. 3. Основные узлы простейшего цифрового счетчика электроэнергии

Сигналы, пропорциональные напряжению и току в сети, снимаются с датчиков и поступают на вход преобразователя. ИС преобразователя перемножает входные сигналы, получая мгновенную потребляемую мощность. Этот сигнал поступает на вход микроконтроллера, преобразующего его в Вт·ч и, по мере накопления сигналов, изменяющего показания счётчика. Частые сбои напряжения питания приводят к необходимости использования EEPROM для сохранения показаний счётчика. Поскольку сбои по питанию являются наиболее характерной аварийной ситуацией, такая защита необходима в любом цифровом счётчике.

Алгоритм работы программы (рис. 4) для простейшего варианта такого счётчика довольно прост. При включении питания микроконтроллер конфигурируется в соответствии с программой, считывает из EEPROM последнее сохранённое значение и выводит его на дисплей. Затем контроллер переходит в режим подсчёта импульсов, поступающих от ИС преобразователя, и, по мере накопления каждого Вт·ч, увеличивает показания счётчика.

Рис. 4. Алгоритм работы программы

При записи в EEPROM значение накопленной энергии может быть утеряно в момент отключения напряжения. По этим причинам значение накопленной энергии записывается в EEPROM циклически друг за другом через определённое число изменений показаний счётчика, заданное программно, в зависимости от требуемой точности. Это позволяет избежать потери данных о накопленной энергии. При появлении напряжения микроконтроллер анализирует все значения в EEPROM и выбирает последнее. Для минимальных потерь достаточно записывать значения с шагом 100 Вт·ч. Эту величину можно менять в программе.

Схема цифрового вычислителя показана на рис. 5. К разъёму X1 подключается напряжение питания 220 В и нагрузка. С датчиков тока и напряжения сигналы поступают на микросхему преобразователя КР1095ПП1 с оптронной развязкой частотного выхода. Основу счётчика составляет микроконтроллер MC68HC05KJ1 фирмы Motorola, выпускаемый в 16-выводном корпусе (DIP или SOIC) и имеющий 1,2 Кбайт ПЗУ и 64 байт ОЗУ. Для хранения накопленного количества энергии при сбоях по питанию используется EEPROM малого объёма 24С00 (16 байт) фирмы Microchip. В качестве дисплея используется 8-разрядный 7-сегментный ЖКИ, управляемый любым недорогим контроллером, обменивающийся с центральным микроконтроллером по протоколу SPI или I2C и подключаемый к разъёму Х2.

Реализация алгоритма потребовала менее 1 Кбайт памяти и менее половины портов ввода/вывода микроконтроллера MC68HC05KJ1. Его возможностей достаточно, чтобы добавить некоторые сервисные функции, например, объединение счётчиков в сеть по интерфейсу RS-485. Эта функция позволит получать информацию о накопленной энергии в сервисном центре и отключать электричество в случае отсутствия оплаты. Сетью из таких счётчиков можно оборудовать жилой многоэтажный дом. Все показания по сети будут поступать в диспетчерский центр.

Определённый интерес представляет собой семейство 8-разрядных микроконтроллеров с расположенной на кристалле FLASH-памятью. Поскольку его можно программировать непосредственно на собранной плате, обеспечивается защищённость программного кода и возможность обновления ПО без монтажных работ.

Рис. 5. Цифровой вычислитель для цифрового счетчика электроэнергии

Ещё более интересен вариант счётчика электроэнергии без внешней EEPROM и дорогостоящей внешней энергонезависимой ОЗУ. В нём можно при аварийных ситуациях фиксировать показания и служебную информацию во внутреннюю FLASH-память микроконтроллера. Это к тому же обеспечивает конфиденциальность информации, чего нельзя сделать при использовании внешнего кристалла, не защищённого от несанкционированного доступа. Такие счётчики электроэнергии любой сложности можно реализовать с помощью микроконтроллеров фирмы Motorola семейства HC08 с FLASH-памятью, расположенной на кристалле.

Переход на цифровые автоматические системы учёта и контроля электроэнергии — вопрос времени. Преимущества таких систем очевидны. Цена их будет постоянно падать. И даже на простейшем микроконтроллере такой цифровой счётчик электроэнергии имеет очевидные преимущества: надёжность за счёт полного отсутствия трущихся элементов; компактность; возможность изготовления корпуса с учётом интерьера современных жилых домов; увеличение периода поверок в несколько раз; ремонтопригодность и простота в обслуживании и эсплуатации. При небольших дополнительных аппаратных и программных затратах даже простейший цифровой счётчик может обладать рядом сервисных функций, отсутствующих у всех механических, например, реализация многотарифной оплаты за потребляемую энергию, возможность автоматизированного учёта и контроля потребляемой электроэнергии.

21)

Микросхемы К155ИЕ6 и К155ИЕ7-четырехразрядные реверсивные счетчики, аналогичные по структуре. Счетчик ИЕ6 (рис. 1.67, а) двоично-десятичный, а счетчик ИЕ7 (рис. 1.67, б) - двоичный. Внутреннюю схему счетчика К155ИЕ7 можно изучить по рис. 1.67, в. На рис. 1.67, г показана цоколевка этих счетчиков. Импульсные тактовые входы для счета на увеличение Сu (вывод 5) и на уменьшение Сd (вывод 4) в этих микросхемах раздельные. Состояние счетчика меняется по положительным перепадам тактовых импульсов от низкого уровня к высокому на каждом из этих тактовых входов.

Рис. 1.67. Счетчики ИЕб, ИЕ7

Для упрощения построения счетчиков с числом разрядов, превышающим четыре, обе микросхемы имеют выводы окончания счета на увеличение (_ТСu, вывод 12) и на уменьшение (_ТСd, вывод 13). От этих выводов берутся тактовые сигналы переноса и заема для последующего и от предыдущего четырехразрядного счетчика. Дополнительной логики при последовательном соединении этих счетчиков не требуется: выводы _ТСu и _ТСd предыдущей микросхемы присоединяются к выводам Сu и Сd последующей. По входам разрешения параллельной загрузки РЕ и сброса R запрещается действие тактовой последовательности и даются команды загрузки четырехразрядного кода в счетчик или его сброса.

В микросхемах ИЕ6 и ИЕ7 счетчики основаны на четырех двухступенчатых триггерах "мастер-помощник". Десятичный счетчик отличается от двоичного (см. его схему на рис. 1.67,в) внутренней логикой, управляющей триггерами. Счетчики можно переводить в режимы сброса, параллельной загрузки, а также синхронного счета на увеличение и уменьшение.

Если на вход Cd подается импульсный перепад от низкого уровня к высокому (дается команда на уменьшение-down), от содержимого счетчика вычитается 1. Аналогичный перепад, поданный на входе Сu, увеличивает (up) счет на 1. Если для счета используется один из этих входов, на другом тактовом входе следует зафиксировать напряжение высокого логического уровня. Первый триггер счетчика не может переключиться, если на его тактовом входе зафиксировано напряжение низкого уровня. Во избежание ошибок менять направление счета следует в моменты, когда запускающий тактовый импульс перешел на высокий уровень, т. е. во время плоской вершины импульса.

На выходах _ТСu (окончание счета на увеличение, вывод 12) и _ТСd (окончание счета на уменьшение, вывод 13) нормальный уровень-высокий. Если счет достиг максимума (цифра 9 для ИЕ6 и 15 для ИЕ7), с приходом следующего тактового перепада на вход Cu от высокого уровня к низкому (более 9 или более 15) на выходе _ТСu появится низкое напряжение. После возврата напряжения на тактовом входе Сu к высокому уровню напряжение на выходе _ТСd останется низким еще на время, соответствующее двойной задержке переключения логического элемента ТТЛ.

Аналогично на выходе _ТСd появляется напряжение низкого уровня, если на вход Сu пришел счетный перепад низкого уровня. Импульсные перепады от выходов _ТСu и _ТСd служат, таким образом, как тактовые для последующих входов Сu и Сd при конструировании счетчиков более высокого порядка. Такие многокаскадные соединения счетчиков ИЕ6 и ИЕ7 не полностью синхронные, поскольку на последующую микросхему тактовый импульс передается с двойной задержкой переключения.

Если на вход разрешения параллельной загрузки РЕ (вывод 11) подать напряжение низкого уровня, то код, зафиксированный ранее на параллельных входах DO-D3 (выводы 15, 1, 10 и 9), загружается в счетчик и появляется на его выходах QO-Q3 (выводы 3, 2, 6 и 7) независимо от сигналов на тактовых входах. Следовательно, операция параллельной загрузки - асинхронная.

Параллельный запуск триггеров запрещается, если на вход сброса R (вывод 14) подано напряжение высокого уровня. На всех выходах Q установится низкий уровень. Если во время (и после) операций сброса и загрузки придет тактовый перепад (от Н к В), микросхема примет его как счетный.

Счетчики К155ИЕ6 (74192) и К155ИЕ7 (74193) потребляют ток 102 мА. Маломощные варианты этих микросхем с переходами Шотки имеют ток потребления 34 мА. Максимальная тактовая частота 25 МГц;

время задержки распространения сигнала от входа Сu до выхода _Тсu 26 нc, аналогичные задержки от входа РЕ до выхода Q3 составляют 40 нc. Время действия сигнала сброса (от входа R до выходов Q) 35 нc.

На рис. 1.68а показана диаграмма работы десятичного счетчика ИЕ6, где обозначены логические переходы сигналов при счете на увеличение и уменьшение. Кольцевой счет возможен в пределах 0...9, остальные шесть состояний триггерам запрещены. Кольцо счета для двоичного счетчика ИЕ7 внутренних запретов не имеет (см. рис. 1.68,6).

22)

Для обращения к ППЗУ большой емкости необходимо значительное число адресных линий. Например, для адресации к модели 27256 емкостью 8x32 Кб нужно 15 адресных линий с АО по А14. Как правило, намного удобнее использовать двоичный счетчик, который сканирует всю память, поскольку в классическом варианте для управления счетчиком требуется только два бита (один для тактового входа, другой для обнуления), а не 15. К сожалению, нет счетчиков с таким количеством выходов, несмотря на то что некоторые версии имеют 14 каскадов (например, микросхема CD4020). Но из 14 каскадов реально используется только 12, так как выходы Q1 и Q2 не подключены к внешним выводам.

Для счетчика CD4060 ситуация еще хуже, поскольку здесь можно использовать только 10 выходов. В результате необходимо применять каскадное соединение микросхем.

Рис. 1. Каскадное соединение счетчиков

Модель CD4040 отлично подходит для решения этой задачи. Последний выход первого счетчика (Q12, если начинать отсчет от Q1), соединен с тактовым входом второго счетчика (рис. 1).

Входы обнуления соединяются и управляются общим сигналом сброса. Составленный таким образом счетчик будет иметь 24 выхода, но использоваться будут только 15 первых.

Аналогичный подход возможен также при работе с ППЗУ большего объема. При необходимости ничто не помешает вслед за вторым счетчиком поставить и третий. Такой вариант схемы можно применять для последовательного поиска данных (например, при синтезировании звуковых сигналов или при создании сообщения на алфавитно-цифровом индикаторе). В этом случае управление устройством лучше доверить микроконтроллеру, хотя при желании можно разработать управляющую схему на дискретных логических элементах.

23)

Счетчики обратного счета (вычитающие счетчики). На рис. 3.34, а приведена схема асинхронного трехразрядного двоичного вычитающего счетчика, построенного на базе D-триггеров. Отметим, что условия для изменения состояний триггеров вычитающих счетчиков аналогичны условиям для суммирующих счетчиков, с той лишь разницей, что они должны «опираться» на значения инверсных, а не прямых выходов триггеров. Следовательно, рассмотренный выше счетчик можно превратить ввычитающий, если переключить входы «С» триггеров с выходов Q на выходы . Когда в качестве разрядных триггеров используются D-триггеры, синхронизируемые передним фронтом синхроимпульсов, то для получения вычитающего счетчика (асинхронного) входы «С» последующих тригеров соединяются с прямыми выходами предыдущих так же, как в счетчике прямого счета, построенного на JK-триггерах.

Работу вычитающего счетчика на D-триггерах иллюстрирует рис. 3.34, б, из которого следует, что после нулевого состояния всех триггеров (с приходом первого синхроимпульса) они устанавливаются в состояние «1». Поступ­ление второго синхроимпульса приводит к уменьшению этого числа на одну единицу и т. д. После поступления восьмого импульса все триггеры снова обнуляются и цикл счета повторяется, что соответствует модулю М = 8.

В некоторых случаях необходимо, чтобы счетчик мог работать как в прямом, так и в обратном направлении счета. Такие счетчики называются реверсивными. Реверсивные счетчики могут быть как асинхронного, так и синхронного типа. Они строятся путем применения логических коммутаторов (мультиплексоры) в цепях связи между триггерами. Так, например, асинхронный реверсивный двоичный счетчик можно построить, если обеспечить подачу сигналов с прямого (при суммировании) или с инверсного (при вычитании) выхода предыдущего JK- или Т-триггера на счетный вход последующего. В случае, когда реверсивный счетчик строится на базе
D-триггеров, управляемых передним фронтом, при получении режима прямого счета следует соединить инверсный выход предыдущего со счетным входом последующего триггера.

Рис. 3.34

Все рассмотренные типы счетчиков могут быть использованы в цифровых устройствах «умеренного» быстродействия, когда частота следования синхроимпульсов не превышает критического значения, при котором время задержки установки триггеров последних (старшие) разрядов счетчика становится соизмеримым с длительностью периода входных тактовых импульсов. В связи с этим асинхронные счетчики строятся на относительно небольшое количество разрядов, так как при бо́льшем количестве разрядов выходные сигналы триггеров старших разрядов появляются позднее, чем управляющие фронты синхроимпульсов (поступающие на вход первого триггера).

Параллельные счетчики (синхронные счетчики). Как было уже сказано выше, параллельные счетчики бывают двух типов: синхронные параллельные и синхронные последовательные.

Синхронный последовательный счетчик. По способу подачи синхроимпульсов такие счетчики параллельные, т.е. синхроимпульсы поступают на все триггеры счетчика параллельно, а по способу управления (подача управляющих импульсов) – последовательные. Схема синхронного последовательного счетчика, реализованного на JK-триггерах, приведена на рис. 3.35.

Рис. 3.35

Синхронный последовательный счетчик обладает повышенным быстродействием, но за счет последовательного формирования управляющих уровней на входы «J» и «К» счетных триггеров это быстродействие несколько уменьшается. Этот недостаток отсутствует у параллельных синхронных счетчиков, в которых формирование управляющих уровней и их подача на соответствующие входы триггеров счетчика осуществляется одновременно, т. е. параллельно. Пример реализации параллельного синхронного счетчика проиллюстрирован рис. 3.36.

Рис. 3.36

Поскольку счетчик имеет одну общую линию синхронизации, то состояние триггеров меняется синхронно, т. е. те триггеры, которые по синхроимпульсу должны изменить свое состояние, делают это одновременно, а это существенно повышает быстродействие синхронных счетчиков.

Счетчики с произвольным коэффициентом счета. Принцип построения подобного класса счетных устройств состоит в исключении нескольких состояний обычного двоичного счетчика, являющихся избыточными для счетчиков с коэффициентом пересчета, отличающихся от двоичных. При этом избыточные состояния исключаются с помощью обратных связей внутри счетчика.

Число избыточных состояний для любого счетчика определяется по выражению

М = 2^m – К_сч,

где М – число запрещенных состояний; К_сч – требуемый коэффициент счета; 2^m – число устойчивых состояний двоичного счетчика.

Задача синтеза счетчика с произвольным коэффициентом счета заключается в определении необходимых обратных связей и минимизации их числа. Требуемое количество триггеров определяется по выражению

n = [log₂ К_сч],

где [log₂ К_сч] – двоичный логарифм заданного коэффициента пересчета К_сч, округленный до ближайшего целого числа.

В каждом отдельном случае приходится применять какие-то конкретные методы получения требуемого коэффициента пересчета. Существует несколько методов получения счетчиков с заданным коэффициентом пересчета К_сч. Один их этих методов заключается в немедленном сбросе на «0» счетчика, установившегося в комбинацию, соответствующему числу К_сч. Его называют также методом автосброса. Рассмотрим пример реализации счетчика с коэффициентом пересчета К_сч=10 методом автосброса. Очевидно, что «сбрасывая» двоичный четырехразрядный счетчик на нуль каждый раз, когда он будет принимать состояние 1010, можно обеспечить «возврат» счетчика в исходное состояние после каждых десяти импульсов.

Рис. 3.37

Подобный прием удобен при использовании счетчиков в интегральном исполнении, которые имеют ячейки конъюнкции (И) на входах установки в нуль, как это сделано в микросхеме К1533ИЕ5. В данном примере (рис. 3.37) организованы соединения, обеспечивающие коэффициент пересчета Ксч = 10. Как следует из рис. 3.37, роль ячейки, выявляющей факт достижения кодовой комбинации 1010 на выходах счетчика, играет ячейка И, уже имеющаяся на входе сброса ИМС К1533ИЕ5.

Таблица 3.1

Рассмотрим табл. 3.1, поясняющую конфигурации соединений для получения различных коэффициентов пересчета с помощью счетчика К1533ИЕ5. Наиболее очевидные варианты получения коэффициентов (2, 4, 8, 16) в табл. 3.1 не указаны. В строке «Соединения» указано, какие выводы микросхемы должны быть соединены между собой: например, указание 1–12 означает, что нужно соединить вывод 1 с выводом 12. В строках «Ввод» и «Выход» указаны номера выводов микросхемы, на которые следует подавать входные импульсы и с которых надлежит снимать выходные соответственно. Следует отметить, что ИМС К1533ИЕ5 состоит из четырех счетных триггеров, один из которых имеет раздельные выводы входа и выхода, а остальные три триггера соединены последовательно по схеме асинхронного счетчика.

Синтез счетчика с произвольным коэффициентом счета. Один из методов проектирования счетчиков с заданным коэффициентом счета заключается в построении таблицы переходов, в первых столбцах которых будут отражены текущие состояния триггеров счетчика, а в последующих – следующие за ними состояния. Анализ таблицы позволяет установить те переходы, которые должны быть «сделаны» триггерами, входящими в состав счетчика.

Рис 3.38

Затем с помощью управляющей таблицы соответствующего триггера находятся значения логических функций на управляющих входах триггеров, позволяющие осуществить эти переходы. Приведём пример синтеза синхронного двоично-десятичного счет­чика на базе JK-триггеров, граф которого поясняет последовательность переходов десятичного счетчика (рис. 3.38) и таблицу переходов (табл. 3.2). В правой части (табл. 3.2) приведены значения входных сигналов четырех триггеров. Для поиска этих значений должны быть проанализированы реализованные переходы, а затем с помощью управляющей таблицы (см. рис. 3.15, а) определены соответствующие значения «J» и «K» входов триггеров.

24)

Регистры и счетчики относятся к разряду цифровых устройств и являются одним из наиболее распространенных элементов вычислительной техники. Они широко используются для построения устройств ввода, вывода и хранения информации, а также для выполнения некоторых арифметических и логических операций.

Для построения счетчиков и регистров используются синхронные триггеры, переключение которых происходит только при наличии синхронизирующего сигнала (синхроимпульса) на входе С. Наиболее часто для построения регистров и счетчиков используется универсальный Д - триггер, имеющий специальный информационный вход Д, и динамический вход С (рис.1).

2.1. Устройство, называемое регистром, служит в основном для хранения чисел в двоичном коде при выполнении над ними различных арифметических и логических операций. С помощью регистров выполняютоя такие действия над числами, как передача их из одного устройства в другое, арифметический и логический сдвиг в сторону младших или старших разрядов, преобразование кода из последовательного в параллельный и наоборот и т.д. Функциональная схема и условно - графическое обозначение регистра параллельного типа, собранного на универсальных Д-триггерах, приведена на рис.2.

По сигналу на входе С информация, поступившая на входы DО¸DЗ, записывается в регистр и хранится в нем до тех пор, пока не произойдет запись другой информации, либо не поступит сигнал на вход R, обнуляющий регистр.

Функциональная схема и условно-графическое обозначение регистра сдвига представлены на рис.З.

Последовательный информационный код поступит на вход D регистра. Импульс команды сдвига С подается одновременно на синхронизирующие входы всех триггеров регистра и переводит каждый триггер в состояние, в котором находился триггер предыдущего разряда. Таким образом, каждый импульс команды сдвига "продвигает" записываемое число на один разряд вправо.

2.2. Устройство, называемое счетчиком, предназначено для подсчета числа поступающих на вход сигналов (импульсов) в произвольной системе счисления. Двоичные счетчики строятся на основе триггеров, работающих в счетном режиме (Т - триггер или счетный триггер).

Счетный триггер может быть получен из универсального D - триггера путем соединения его инверсного выхода 0 со входом D.

Счетный триггер и эпюры сигналов, поясняющие его работу, представлены на рис.4.

У счетного триггера состояние выхода изменяется на противоположное при поступлении на вход С каждого очередного счетного импульса.

Функциональная схема и условнографическое обозначение двоичного счетчика с коэффициентом пересчета 23 представлена на рис.5.

Каждый поступающий на вход счетчика импульс перебрасывает первый триггер в противоположное состояние (рис.6). Сигнал с инверсного выхода предыдущего триггера является входным сигналом для последующего и, таким образом, комбинация сигналов на выходах Q1, Q2, Q3 будет соответствовать числу поступивших на вход счетчика импульсов, представленному в двоичном коде. Счетчик данного типа называется асинхронным счетчиком.

Если на счетный вход каждого последующего триггера счетчика подавать сигнал с прямого выхода предыдущего триггера, то счетчик будет производить операцию вычитания. Счетчики, способные выполнять функции сложения и вычитания, называются реверсивными.

Для построения счетчика с требуемым коэффициентом пересчета М, отличным от величины 2N (N - число двоичных разрядов счетчика), используется принудительный сброс счетчика в исходное состояние при достижении счетчиком числа М. Пример такого счетчика с М=9 (М=10012) представлен на рис.7.

3. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА И СРЕДСТВ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Функциональная схема исследуемого устройства представлена на рис.8. Устройство включает двоично - десятичный счетчик ДД2, двоичный счетчик ДДЗ, коммутатор входных сигналов ДД1 и логические элементы ДД4 и ДД5, выполняющие функции элементов объединения.

Для подачи информационных и управляющих сигналов используется специальное устройство, управляемое наборными кнопками с фиксацией SА1¸SА16. Нажатому состоянию соответствует сигнал логической "1", отжатому состоянию - сигнал логического "0". Кнопки SА1¸SА16 расположены в левой части лабораторного стенда под надписью "Программатор кодов".

3.2. Функцию двоичного счетчика выполняет микросхема К155ИЕ7. Данная микросхема представляет собой реверсивный четырехразрядный счетчик - регистр, в котором кроме двух счетных входов (суммирующего "+1" и вычитающего "-1") и входа сброса Р имеется четыре информационных входа DО¸DЗ и вход С, разрешающий запись информации в счетчик. Кроме того, для наращивания разрядности счета в микросхеме предусмотрены выходы "³15" и " < 0", на которых при достижении счетчиком указанных чисел появляются сигналы логического "0". Выход "³15" в этом случае следует соединять с входом "+1", выход "< 0" - с входом "-1" аналогичной микросхемы.

3.3. Функцию двоично-десятичного счетчика ДД2 выполняет микросхема К155ИЕ6. У заданной микросхемы коэффициент пересчета М=10 и сигнал переноса в старшие разряды на выходе “³9” вырабатывается при превышении счетчиком числа 9.

Рис.8

25)

26)

27)