Генератор кодов последовательных чисел

     Вычитающий  счётчик (обратного счёта) начинает счёт с последнего числа и при поступлении на вход счётчика очередного импульса число на выходе счётчика уменьшается на единицу. На предпоследнем такте счётчик выдаёт ноль на выходе. Последний такт возвращает счётчик в исходное состояние.

     Реверсивный счётчик (с изменением направления счёта) кроме входов информации содержит также вход управления. В зависимости от значения сигнала на входе управления, реверсивный счётчик работает как суммирующий или как вычитающий. По принадлежности к тому или иному классу автоматов говорят о асинхронных (управляемых событием) счётчиках и синхронных (управляемых временем) счётчиках. Асинхронные счётчики - счётчики, в которых изменение сигнала на любом входе может вызвать изменение сигналов на каких-либо выходах. Синхронные счётчики представляют собой счётчики, в которых сигналы на выходах могут изменяться только после подачи определённых значений сигналов на входы синхронизации (тактовые входы).

     Синхронизация может производиться уровнем или фронтом. Синхронизация уровнем происходит при достижении сигнала на входе синхронизации уровней «0» или «1» в зависимости от конструкции счётчика. Синхронизация фронтом может производиться положительным, или отрицательным фронтом. Синхронизация положительным фронтом происходит при переходе сигнала на входе из состояния «0» в состояние «1». Синхронизация отрицательным фронтом - при переходе сигнала на входе синхронизации из состояния «1» в состояние «0».

     Кроме этого счётчики могут иметь вход принудительного сброса, что позволяет в любой момент вернуть счётчик в исходное состояние. Некоторые счётчики могут также содержать вход разрешения счёта, вход остановки или хранения информации, входы и выходы переноса, вход разрешения переноса.

     Быстродействие счётчика характеризуется временем установления в нём нового состояния, а также максимальной частотой выходных сигналов f max.

     Счётчики  широко используются в устройствах  управления цифровых систем для подсчёта числа выполненных операций, в  связной и контрольно-измерительной аппаратуре, для определения числа поступивших импульсов, для уменьшения частоты и других случаях. [2]

     Основой счётчиков являются триггеры, поэтому  состояние счётчика в любой момент времени определяется кодом Q, который зафиксирован на его триггерах.

     Триггер - двоичное цифровое устройство, в памяти которого в данный момент времени может быть зафиксировано не более нескольких десятков бит информации.

     Существует  несколько различных типов триггеров: RS, D, JK, T. Они имеют различные правила работы. 

     2.3 Триггеры

     Триггер – это устройство последовательного  типа с двумя устойчивыми состояниями  равновесия, предназначенное для  записи и хранения информации. Под  действием входных сигналов триггер  может переключаться из одного устойчивого  состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.

     Как правило, триггер имеет два выхода:  прямой и инверсный. Число входов зависит от структуры и функций, выполняемых триггером. По способу  записи информации триггеры делят на асинхронные  и синхронизируемые (тактируемые). В асинхронных триггерах информация может записываться непрерывно и определяется информационными сигналами, действующими на входах в данный момент времени. Если информация заносится в триггер только в момент действия так называемого синхронизирующего сигнала, то такой триггер называется синхронизируемым или тактируемым. Помимо информационных входов синхронизирующие триггеры имеют тактовый вход (вход синхронизации). В цифровой технике приняты следующие обозначения входов триггеров:

     S – раздельный вход установки в единичное состояние (напряжение высокого уровня на прямом выходе Q);

     R– раздельный вход установки в нулевое состояние (напряжение низкого уровня на прямом выходе Q);

     D – информационный вход (на него подается информация, предназначенная для занесения в триггер);

     С – вход синхронизации;

     Т – счетный вход.

     Наибольшее  распространение в цифровых устройствах  получили RS-триггер с двумя установочными входами, тактируемый D-триггер и счетный Т-триггер. Т.к. в нашем курсовом проекте необходимо использовать D-триггер, рассмотрим его функциональные возможности.

     Он  имеет информационный вход и вход синхронизации. Одна из возможных структурных  схем однотактного D-триггера и его условное обозначение показаны на рис.1.5:

      Рисунок 1.5 - Схема и условное обозначение тактируемого D-триггера 

     Если  уровень сигнала на входе С=0, состояние  триггера устойчиво и не зависит  от уровня сигнала на информационном входе. При этом на входы RS-триггера с инверсными входами (элементы 3 и 4) поступают пассивные уровни (S=R=1). При подаче на вход синхронизации уровня С=1 информация на прямом выходе будет повторять информацию, подаваемую на вход D. Таким образом, при С=0 Q^t+1=Q^t, а при С=1 Q^t+1=D. Таблица истинности для тактируемого D-триггера имеет вид: 

     Таблица 1.1

 

     Здесь Q^t означает логический уровень на прямом выходе до подачи импульса синхронизации, а Q^t+1 – логический уровень на этом выходе после подачи импульса синхронизации.

     На  рисунке 1.6 изображены временные диаграммы  тактируемого D-триггера. В таком триггере происходит задержка сигнала на выходе по отношению к сигналу, поданному на вход, на время паузы между синхросигналами. Для устойчивой работы триггера необходимо, чтобы в течение синхроимпульса информация на входе была неизменной.

       

Рисунок 1.6 - Временные диаграммы сигналов в тактируемом D-триггере

     

     Рисунок 1.7 – D-триггера, синхронизируемый одним фронтом 

     Тактируемые D-триггеры могут быть с потенциальным и динамическим управлением. У первых из них информация записывается в течение времени, при котором уровень сигнала С=1. В триггерах с динамическим управлением информация записывается только в течение перепада напряжения на входе синхронизации. Динамические входы изображают на схемах треугольником. Если вершина треугольника обращена в сторону микросхемы, то триггер «срабатывает» по фронту входного импульса, если от нее – по срезу импульса. В таком триггере информация на входе может быть задержана на один такт по отношению к входной информации.

     В интегральной технике создаются  только D-триггеры, управляемые одним фронтом. На рисунке 1.7 показана схема на элементах И-НЕ.

     Данный  тип триггера широко распространён  в микросхемотехнике. Другие его названия: триггер Вебба, триггер с самоблокировкой, схема трёх триггеров.

      Выходным  триггером в этой схеме является RS-триггер на элементах 5-6. Элементы 1, 2 служат его входными конъюнкторами. При С=0 оба они заперты и триггер 5-6 не реагирует на изменение D-входа (моменты t1 t2  t7) (рис), т. е. D-триггер находится в режиме хранения.

      По  положительному фронту сигнала (моменты t3  t8) в зависимости от уровня на D-входе открывается один из конъюнкторов (1 или 2) и переключает триггер 5-6 (или подтверждает его состояние, если оно совпало с требуемым). Элементы 4 и 3, управляемые D-входом, своими уровнями подготавливают один из конъюнкторов (2 или 1) для того, чтобы он открылся очередным С-сигналом.

Рисунок 1.8 - Временные диаграммы  сигналов в синхронном D-триггере управляемым одним фронтом тактового импульса 

     Система связей элементов 1-4 обладает одним  нетривиальным свойством. Переключившись на фронте С-сигнала в 0, элемент 1 по связи выход элемента 1 - вход элемента 2 блокирует для элемента 2 возможность  открыться, даже если несколько позже, уже при С=1, вход D переключится в 0 (момент t4). Элемент 2, в свою очередь, сработав по фронту С-сигнала (моменты t8), по цепочке 2-4-3-1 делает невозможным последующее срабатывание элемента 1, даже в случае переключения входа D в 1.

      Рассмотренное поведение триггера при С=1 показывает, что данный триггер непроницаем  по D-входу ни для каких изменений его уровня. Шестиэлементный D-триггер - это триггер, переключаемый фронтом. Схема шестиэлементного триггера чисто противогоночная, и она допускает для своих элементов любые сочетания задержек, т. е. элементы переключаются строго один за другим без параллельных путей переноса, на которых возможны гонки.

      Данный  триггер может также работать как RS-триггер в асинхронном режиме при D=0 и С=0 (управление по входам R' и S').

        Шестиэлементный D-триггер по числу элементов экономичнее большинства других непроницаемых триггеров и, что очень важно для триггеров, реализуемых на матричных БИС, обеспечивает непроницаемость для помехи по D-входу при С=1. При этом в отличие от двухступенчатого триггера он не предъявляет требований к нормированию ни разницы времён задержки определённых элементов, ни разницы их порогов переключения.

      Условное  графическое обозначение триггера показано на рисунке 1.9. 
 

      

      Рисунок 1.9 - Условное графическое обозначение  синхронного D-триггера управляемого одним фронтом тактового импульса 

 

2 КОНКРЕТИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО  ЗАДАНИЯ 

    Тема  проекта: “ Генератор кодов последовательности чисел”.

    Исходные  данные:

1. Последовательность чисел – 1,9,7,5,3,14,11,8,6,2
2. Код представления чисел – 6-4-2-1
3. Режим работы – ждущий
4. Синхронизация – внутренняя
5. Тип триггеров – RS
6. Элементная база – TTЛШ (элементный базис И-НЕ)

Вариант кода представления чисел: