Последовательные цифровые устройства

Цифровое устройство называется последовательным (ПЦУ), если сигналы на его выходе зависят не только от текущих значений входных сигналов, но и от состояния цифрового устройства (т.е. от предыдущих входных сигналов). В ПЦУ обязательно должны входить ячейки памяти. Ячейка памяти Т под воздействием входного сигнала изменяет своё состояние (0 или 1).

Простейший автомат – триггер.

Триггер – устройство, которое находится в одном из двух устойчивых состояний и переходит из одного в другое под воздействием входных сигналов. Для удобства триггер имеет два выхода: прямой Q и инверсный .

По способу приёма информации триггеры подразделяются:

1) Асинхронные переключаются непосредственно информационными сигналами,

2) Синхронные – реагируют на информационные сигналы при наличии сигнала на специальном управляющем входе С – вход синхронизации.

Управление может быть статическим (уровнем управляющего сигнала) и динамическим (фронтом импульса управляющего сигнала).

По функциональным возможностям:

1) Т – триггер.

Рис.7.9.

Асинхронный триггер переключается под действием информационного сигнала (1), а синхронный под действием тактового сигнала. Т- триггер иногда называют счётным.

2) D – триггер (триггер задержки).

Имеет один информационный вход и вход синхронизации. Триггер передаёт на выход значение входного сигнала, но с задержкой пока не приходит тактовый импульс.

Рис.7.10.

3) RS – триггер.

На рис.7.11 показано условное обозначение асинхронного RS - триггера с прямыми входами, реализация на базовых элементах 2ИЛИ-НЕ и таблица истинности. Функциональное уравнение имеет вид

(7.2).

Если RS - триггер реализовать на четырёх элементах 2И-НЕ, то получается RS - триггер с инверсными входами. Синхронный RS - триггер его реализация, а также таблица истинности приведены на рис.7.12.

Рис.7.11.

Рис.7.12.

4). JK- триггер (универсальный). Обозначение триггера таблица состояний приведены на рис.7.13.

Рис.7.13.

Функциональное уравнение для него есть

(7.3).

Триггер переключается тактовым импульсом при наличии логической единицы на обоих информационных входах. При остальных комбинациях повторяет RS - триггер. При объединении JK- входов превращается в Т - триггер. При объединении с одновременным инверсным выходом превращается в D - триггер.

7.5. Счётчики.

Счётчик - последовательное цифровое устройство, обеспечивающее хранение слова информации и выполнение над ним микрооперации счёта (т.е. изменения числа на ±1). В зависимости от направления счёта счётчики разделяют на суммирующие, вычитающие и реверсивные. По способу организации схемы переноса – с последовательным, параллельным и параллельно-последовательным переносом. По наличию синхронизации – синхронные и асинхронные счётчики. Счётчики обычно строят на Т – триггерах. Однако могут применятся и D - триггеры и JK - триггеры.

Суммирующие двоичные счётчики.

В счётчике с n триггерами число возможных состояний 2ⁿ. Каждому состоянию счётчика соответствует число в счётной последовательности от 0 до2^n-1 при последовательной подаче на вход С единицы. Исходное (начальное) состояние счётчика устанавливается подачей сигнала по шине «установка 0». После подачи 2ⁿ импульсов на вход С счётчик снова устанавливается в нулевое положение.

Рис.7.14.

В суммирующем счётчике (рис.7.14) при работе происходит суммирование предыдущего значения счётчика с единицей. Рассмотренный счётчик называется счётчиком с последовательным переносом. Сигнал для счёта подаётся на вход самого младшего разряда, каждый последующий разряд переключается задним фронтом сигнала с предыдущего разряда, все Т - триггеры соединены последовательно. При этом время задержки переносов растёт с ростом числа разрядов в счётчике, ограничивая его быстродействие.

Это устраняется в счётчике с параллельным переносом, где все триггеры срабатывают одновременно по счётному входному импульсу. При этом схема усложняется, поскольку требуются элементы «И» с большим числом входов (рис 7.15).

Рис.7.15.

Поэтому при построении многоразрядных счётчиков используются схемы с параллельно-последовательным переносом, когда внутри группы триггеров организуется параллельный перенос, а между группами – последовательный (рис.7.16).

Рис.7.16.

Вычитающий счётчик с приходом каждого счётного импульса предыдущий результат уменьшает на 1. Вход каждого последующего триггера соединяется с инверсным выходом предыдущего.

Рис.7.17.

Для построения десятичного счётчика используют четырёх разрядныё двоичный счётчик, число состояний которого уменьшают с 16 до 10 с помощью внешнего или внутреннего КЦУ.