Двоично-кодированные счетчики

Как уже отмечалось ранее, двоично-кодированный счетчик имеет модуль счета, отличный от целой степени числа 2. Примером такого счетчика может служить счетчик с модулем счета 10, т. е. двоично-десятичный счетчик.

Для построения счетчика с произвольным модулем М используется разрядность (количество триггеров) n=]log₂M[, где ][ — знак округления до ближайшего большего целого числа. Иными словами, исходной структурой как бы служит двоичный счетчик с модулем 2ⁿ, превышающим заданный и ближайшим к нему. Такой двоичный счетчик имеет 2ⁿ–М=L лишних (неиспользуемых) состояний, подлежащих исключению.

Способы исключения лишних состояний многочисленны, и для любого М можно предложить множество реализаций счетчика. Исключая некоторое число первых состояний, получим ненулевое начальное состояние счетчика, что приводит к отсутствию естественного порядка счета и регистрации в счетчике кода с избытком. Исключение последних состояний позволяет сохранить естественный порядок счета. Трудоемкость синтеза и схемотехнические затраты обоих вариантов приблизительно одинаковы, поэтому далее будем ориентироваться на схемы с естественным порядком счета. Состояния счетчиков во всех случаях предполагаем закодированными двоичными числами, т. е. будем рассматривать двоично-кодированные счетчики.

В счетчиках с исключением последних состояний счет ведется обычным способом вплоть до достижения числа М–1. Далее последовательность переходов счетчика в направлении роста регистрируемого числа должна быть прервана, и следующее состояние должно быть нулевым. При этом счетчик будет иметь М внутренних состояний (от 0 до М–1), т. е. его модуль счета будет равен заданному значению М.

При построении таких счетчиков получили распространение в основном два метода:

· метод исключения лишних состояний (или как его еще называют метод модификации межразрядных связей);

· метод управляемого сброса.

Первый метод заключается в использовании стандартной методики синтеза последовательностных устройств. При построении счетчика с модифицированными межразрядными связями последние, лишние, состояния исключаются непосредственно из таблицы функционирования счетчика. При этом после построения схемы обычным для синтеза автоматов способом получается счетчик, специфика которого состоит в нестандартных функциях возбуждения триггеров, и, следовательно, в нестандартных связях между триггерами, что и объясняет название способа. Схема получается как специализированная, изменение модуля счета требует изменения самой схемы, т. е. легкость перестройки с одного модуля на другой отсутствует. В то же время реализация схемы счетчика может оказаться простой.

Поэтому такой подход используется только при проектировании часто встречающихся устройств, выпускаемых большими партиями. В иных случаях его применение становится экономически нецелесообразным.

Рассмотрим более подробно этот метод на примере построения счетчика с модулем счета M=5. Отметим, что методика синтеза может быть полностью стандартизирована при использовании для минимизации логических функций управленияJиKвходами триггеров счетчика метода карт Карно (см. пример синтеза счетчика-делителя на 3 в методических указаниях к ЛР №2 по ЭПУ). Карты Карно делают синтез более надежным и наглядным, хотя при достаточной внимательности можно ограничиться и таблицей состояний с сигналами возбуждения используемых триггеров [2] (см. табл. 2.9).

8. Классификация, основные параметры двоичных шифраторов и дешифраторов.

Шифратор — это комбинационное устройство, преобразующее десятичные числа в двоичную систему счисления, причем каждому входу может быть поставлено в соответствие десятичное число, а набор выходных логических сигналов соответствует определенному двоичному коду. Шифратор иногда называют «кодером» (от англ. coder) и используют, например, для перевода десятичных чисел, набранных на клавиатуре кнопочного пульта управления, в двоичные числа. Если количество входов настолько велико, что в шифраторе используются все возможные комбинации сигналов на выходе, то такой шифратор называется полным, если не все, то неполным. Число входов и выходов в полном шифраторе связано соотношениемn = 2^m, где n — число входов, m — число выходов. Так, для преобразования кода кнопочного пульта в четырехразрядное двоичное число достаточно использовать лишь 10 входов, в то время как полное число возможных входов будет равно 16 (n = 2⁴ = 16), поэтому шифратор 10x4 (из 10 в 4) будет неполным.

Рассмотрим пример построения шифратора для преобразования десятиразрядного единичного кода (десятичных чисел от 0 до 9) в двоичный код. При этом предполагается, что сигнал, соответствующий логической единице, в каждый момент времени подается только на один вход. Условное обозначение такого шифратора и таблица соответствия кода приведены на рис. 3.35.

Используя данную таблицу соответствия, запишем логические выражения, включая в логическую сумму те входные переменные, которые соответствуют единице некоторой выходной пере­менной. Так, на выходе у₁ будет логическая «1» тогда, когда логическая «1» будет или на входе Х₁,или Х₃, или Х₅, или Х₇, или X₉, т. е.

у₁= Х₁ + Х₃ + Х₅ + Х₇ + X₉

Аналогично получаем

у₂= Х₂+ Х₃+ Х₆+ X₇

у₃= Х₄+ Х₅+ Х₆+ Х₇

у₄= Х₈+ X₉

Представим на рис. 3.36 схему такого шифратора, используя элементы ИЛИ.

На практике часто используют шифратор с приоритетом. В таких шифраторах код двоичного числа соответствует наивысшему номеру входа, на который подан сигнал

«1», т. е. на приоритетный шифратор допускается подавать сигналы на несколько входов, а он выставляет на выходе код числа, соответствующего старшему входу.

Рассмотрим в качестве примера (рис. 3.37) шифратор с приоритетом (приоритетный шифратор) К555ИВЗ серии микросхем К555 (ТТЛШ).

Шифратор имеет 9 инверсных входов, обозначенных через PR_l, ..., PR₉ . Аббревиатура PR обозначает «приоритет». Шифратор имеет четыре инверсных выхода B_l, ..., B₈ . Аббревиатура B означает «шина» (от англ. bus). Цифры определяют значение активного уровня (нуля) в соответствующем разряде двоичного числа. Например, B₈ обозначает, что ноль на этом выходе соответствует числу 8. Очевидно, что это неполный шифратор.

Если на всех входах — логическая единица, то на всех выходах также логическая единица, что соответствует числу 0 в так называемом инверсном коде (1111). Если хотя бы на одном входе имеется логический ноль, то состояние выходных сигналов определяется наибольшим номером входа, на котором имеется логический ноль, и не зависит от сигналов на входах, имеющих меньший номер.

Например, если на входе PR₁ — логический ноль, а на всех остальных входах — логическая единица, то на выходах имеются следующие сигналы: В₁ − 0, В₂ − 1, В₄− 1, В₈ − 1, что соответствует числу 1 в инверсном коде (1110).

Если на входе PR₉ логический ноль, то независимо от других входных сигналов на выходах имеются следующие сигналы: В₁ − 0 , В₂ − 1 , В₄ − 1, В₈ − 0, что соответствует числу 9 в инверсном коде (0110).

Основное назначение шифратора — преобразование номера источника сигнала в код (например, номера нажатой кнопки некоторой клавиатуры).

Дешифратором называется комбинационное устройство, преобразующее n-разрядный двоичный код в логический сигнал, появляющийся на том выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду. Число входов и выходов в так называемом полном дешифраторе связано соотношением m = 2ⁿ, где n — число входов, а m — число выходов. Если в работе дешифратора используется неполное число выходов, то такой дешифратор называется неполным. Так, например, дешифратор, имеющий 4 входа и 16 выходов, будет полным, а если бы выходов было только 10, то он являлся бы неполным.

Обратимся для примера к дешифратору К555ИД6 серии К555 (рис. 3.38).

Дешифратор имеет 4 прямых входа, обозначенных через А₁, ..., А₈. Аббревиатура A обозначает «адрес» (от англ. address). Указанные входы называют адресными. Цифры определяют значения активного уровня (единицы) в соответствующем разряде двоичного числа.

Дешифратор имеет 10 инверсных выходов Y₀, ..., Y₉. Цифры определяют десятичное число, соответствующее заданному двоичному числу на входах. Очевидно, что этот дешифратор неполный.

Значение активного уровня (нуля) имеет тот выход, номер которого равен десятичному числу, определяемому двоичным числом на входе. Например, если на всех входах — логические нули, то на выходе Y₀ — логический ноль, а на остальных выходах — логическая единица. Если на входе А₂ — логическая единица, а на остальных входах — логический ноль, то на выходе Y₂ — логический ноль, а на остальных выходах — логическая единица. Если на входе — двоичное число, превышающее 9 (например, на всех входах единицы, что соответствует двоичному числу 1111 и десятичному числу 15), то на всех выходах — логическая единица.

Дешифратор — одно из широко используемых логических устройств. Его применяют для построения различных комбинационных устройств.

Рассмотренные шифраторы и дешифраторы являются примерами простейших преобразователей кодов.

9. Запоминающие устройства (классификация, система параметров). Основные структуры запоминающих устройств (2D, 3D, 2DM).

Запоминающее устройство - носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям.