Республики казахстан южно-казахстанский экономико-технологический

T-триггер

Работа схемы T-триггера (при T=1) на базе восьми 2И-НЕ логических вентилей. Слева — входы, справа — выходы. Синий цвет соответствует 0, красный — 1

Т-триггер по каждому такту изменяет своё логическое состояние на противоположное при единице на входе Т, и не изменяет выходное состояние при нуле на входе T. Т-триггер часто называют счётным триггером.Т-триггер может строиться как на JK, так и на D-триггерах. Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединяя входы J и К.Наличие в D-триггере динамического С входа позволяет получить на его основе T-триггер.При этом вход D соединяется с инверсным выходом, а на вход С подаются счётные импульсы. В результате триггер при каждом счётном импульсе запоминает значение , то есть будет переключаться в противоположное состояние.

Т-триггер часто применяют для понижения частоты в 2 раза, при этом на Т вход подают единицу, а на С — сигнал с частотой, которая будет поделена.

Регистры

Регистром называют последовательное устройство предназначенное для хранения небольшого объёма цифровой информации (числа). Один из типов регистров, последовательный регистр, позволяет производить над этим числом арифметические операции умножения и деления.

Процедура ввода числа в регистр называется записью. Процедура вывода числа называется считыванием. По способу записи и считывания различают следующие типы регистр: 1. Параллельный регистр, в котором и запись и считывание производят в параллельном коде, т.е. во все разряды одновременно записывается число и одновременно со всех разрядов считывается. 2. Последовательный регистр, в котором и запись и считывание производятся в последовательном коде, т.е. последовательно разряд за разрядом. 3. Параллельно – последовательный регистр, в котором запись производится в параллельном коде, а считывание в последовательном. 4. Последовательно – параллельный, в котором запись производится в последовательном коде, а считывание в параллельном.

Рассмотрим примеры построения схем перечисленных типов регистров.

1. 
   П
   араллельный регистр на D – триггерах.
   

Информация (число) записывается во все разряды регистра, во все D – триггеры одновременно, т.е. параллельным кодом. В приведенной на рисунке схеме считывание выполняется с использованием элементов И – НЕ, часть из которых превращается в инверторы путем объединения двух входов. При отсутствии сигнала считывания, которым является логическая единица, т.е. при нуле на входе считывания, на всех выходах установятся логические нули. При единице на входе «счит.» число на выходах будет равно числу, записанному в триггерах.

Первым тактовым импульсом первая единица старшего разряда числа 101 записывается в первый триггер. Вторым тактовым импульсом в первый триггер записывается значение следующего разряда (в нашем примере 0), а во второй триггер записывается единица, которая была перед приходом второго тактового импульса на выходе первого триггера.

Таким образом каждый тактовым импульсом в регистре происходит сдвиг числа на один разряд. Трехразрядное число будет полностью записано в регистр после третьего тактового импульса. При этом на выходе регистра можно просчитать значения разряда, который был записан первым. Для считывания значений следующих двух разрядов нужно подать ещё два тактового импульса. В двоичной системе счисления при сдвиге числа на один разряд в сторону старших разрядов происходит увеличения числа в два раза. При сдвиге числа в сторону младших разрядов число записывается в регистр уменьшается в два раза. Таким образом сдвигающий регистр можно использовать для умножения или деления числа на 2ⁿ , где n – количество сдвигов равное количеству под тактовых импульсов.

Рис 1.14.10

Рис 1.14.11

В приведенной схеме JK – триггеры дважды превращены в D – триггеры. Одно превращение осуществлено для организации записи с использованием вспомогательных инверсных входов S и R и, добавлением двух элементов И –НЕ. Этот способ построения триггера показан на рис 1.14.5. Запись числа в регистр в параллельном коде происходит при подаче числа на входы х₁, х₂, х₃ и сигнала «1» на вход «зап». Для считывания информации из регистр в последовательном коде JK – триггеры второй раз превращены в D – триггеры у которых выходы каждого триггера соединены со входом D следующего, как это делается в последовательном регистре. Во втором случае JK – триггеры превращены в D – триггеры способом показанном на рис 1.14.8, но вместо дополнительного инвертора используется инверсный выход предыдущего триггера. Исключение составляет первый триггер, у которого входы J и K объединены и соединены с основным входом этого же триггера. Благодаря такой схеме после подачи импульсов считывания первый триггер оказывается в состоянии «0».
Последовательно – параллельный регистр
Для построения последовательно – параллельного регистра достаточно в последовательном регистре организовать параллельное считывание используя дополнительные элементы И – НЕ, как это показано на рис 1.14.12.


Рис. 1.14.12

При подаче сигнала «1» на вход «счит» значение разрядов числа с инверсных выходов триггеров поступают на выходы У₁, У₂, У₃ через элементы И – НЕ.

Счетчик относится к последовательным логическим устройствам. Число разрядов счетчика определяется наибольшим числом подсчитываемых импульсов. В счетчиках имеется один вход и n выходов по числу разрядов. Для установки начального состояния счетчика (сброс в ноль) обычно предусматривается вход сброса.

По назначению счетчики могут быть суммирующими, вычитающими и реверсивными.

Суммирующие счетчики производят сложение чисел поступающих на вход импульсов с тем числом, которое хранилось в нем.

Вычитающие счетчики производят вычитание числа поступающего импульса из начального числа, записанного в нем заранее.

Реверсивные счетчики могут производить как сложение, так и вычитание поступающих на вход импульсов в зависимости от управляющих сигналов, меняющих режим работы счетчика.

По способу переноса сигнала в старший разряд счетчики могут быть с последовательным, параллельным и сквозным переносом.

Счетчики отличаются друг от друга кодом, в котором они работают. Код всегда бывает двоичным, но может иметь различные веса разрядов, например вес 8421 или 5211 и т.п., двоично-десятичным, когда значение каждого разряда десятичного числа кодируется двоичным кодом.

Счетчики бывают синхронными, когда счетные импульсы подаются счетные входы всех триггеров, и асинхронными, когда сигнал на счетный вход какого-либо триггера подается с выхода одного из триггеров младших разрядов.

Счетчики строятся на Т – триггерах или на универсальных JK – триггерах.

Максимальное число, которое может быть записано в счетчике, равно числу его состояний и называется модулем счета К_сч . Счетчик , не имеющий дополнительных связей , имеет модуль счета К_сч = 2ⁿ . Счетчики, имеющие модуль счета 2ⁿ , называются двоичными. Если К_сч  2ⁿ, то счетчик называется не двоичным. Одним из недвоичных является двоично-десятичный счетчик.
Суммирующий двоичный асинхронный счетчик с последовательным переносом

С
хема двоичного счетчика с последовательным переносом на JK – триггерах, работающего в коде 8421, показана на рис 1.14.13. Здесь JK – триггеры превращены в Т – триггеры путем подачи «1» на вход J и K .

Рис. 1.14.13

Поскольку триггеры имеют инверсный динамический вход, то каждый последующий триггер будет переключаться при сбросе в «0» предыдущего триггера. Важным параметром счетчика является его максимальное время установления кода, т.е. время, необходимое для установления кода после подачи счетного импульса. В схемах счетчиков с последовательным переносом максимальное время установления Т_уст определяется суммой времени задержки переключения всех триггеров. Время установления Т_уст определяет быстродействие счетчика. Счетчики с последовательным переносом обладают сравнительно плохим быстродействием.

P₁₂ = Q₁C₁; P₂₃ = Q₁Q₂C; P₃₄ = Q₁Q₂Q₃C,

, где Р₁₂ – сигнал переноса из первого разряда во второй; Р₂₃ – сигнал переноса из второго разряда в третий и т.п.

Для любого разряда P_n(n+1) = Q₁Q₂Q₃, …, Q_nC . В схеме счетчика с параллельным переносом сигналы переноса в каждый разряд формируются согласно приведенным формулам.

Схема счетчика с параллельным переносом показана на рис 1.1.4.14.

Рис. 1.14.14

Время установления кода при параллельной организации переноса определяется задержкой переключения одного триггера и временем задержки срабатывания схем И и существенно меньше, чем при последовательном переносе.

Недостатком параллельного переноса является то, что при большом числе разрядов требуются схемы И с большим числом входов.

Связи между триггерами реверсивного счётчика соответствуют как суммирующему, так и вычитающему счётчику, но работает только одна из связей, которая определяется командой «Реверс» и подается на элемент И–НЕ, включенные в цепи передачи сигнала переноса. Схема реверсивного счётчика показана на Рис 1.14.16.

Счетчик может работать на увеличение выходного кода по каждому входному импульсу; это основной режим, имеющийся во всех счетчиках, он называется режимом прямого счета. Счетчик может также работать на уменьшение выходного кода по каждому входному импульсу; это режим обратного или инверсного счета, предусмотренный в счетчиках, называемых реверсивными. Инверсный счет бывает довольно удобен в схемах, где необходимо отсчитывать заданное количество входных импульсов.

Большинство счетчиков работают в обычном двоичном коде, то есть считают от 0 до (2^N–1), где N - число разрядов выходного кода счетчика. Например, 4-разрядный счетчик в режиме прямого счета будет считать от 0 (код 0000) до 15 (код 1111), а 8-разрядный - от 0 (код 0000 0000) до 255 (код 1111 1111). После максимального значения кода счетчик по следующему входному импульсу переключается опять в 0, то есть работает по кругу. Если же счет - инверсный, то счетчик считает до нуля, а дальше переходит к максимальному коду 111...1.

Имеются также двоично-десятичные счетчики, предельный код на выходе которых не превышает максимального двоично-десятичного числа, возможного при данном количестве разрядов. Например, 4-разрядный двоично-десятичный счетчик в режиме прямого счета будет считать от 0 (код 0000) до 9 (код 1001), а затем снова от 0 до 9. А 8-разрядный двоично-десятичный счетчик будет считать от 0 (код 0000 0000) до 99 (код 1001 1001). При инверсном счете двоично-десятичные счетчики считают до нуля, а со следующим входным импульсом переходят к максимально возможному двоично-десятичному числу (то есть 9 - для 4-разрядного счетчика, 99 - для 8-разрядного счетчика). Двоично-десятичные счетчики удобны, например, при организации десятичной индикации их выходного кода. Применяются они гораздо реже обычных двоичных счетчиков.

По быстродействию все счетчики делятся на три большие группы:

• 
  Асинхронные счетчики (или последовательные).
  
• 
  Синхронные счетчики с асинхронным переносом (или параллельные счетчики с последовательным переносом, синхронно-асинхронные счетчики).
  
• 
  Синхронные счетчики (или параллельные).