Синхронные счетчики

Синхронные (или параллельные) счетчики - наиболее быстродействующая разновидность счетчиков. На­ращивание их разрядности при соблюдении определенных ус­ловий не приводит к увеличению полной задержки срабатыва­ния. То есть можно считать, что именно синхронные счетчики работают как идеальные счетчики, все разряды которых сраба­тывают одновременно, параллельно. Задержка срабатывания счетчика в этом случае примерно равна задержке срабатывания одного триггера. Достигается такое быстродействие существен­ным усложнением внутренней структуры микросхемы.

Вместе с тем недостатком синхронных счетчиков является более сложное управление их работой по сравнению с асин­хронными счетчиками и с синхронными счетчиками с асин­хронным переносом. Поэтому синхронные счетчики целесооб­разно применять только в тех случаях, когда действительно тре­буется очень высокое быстродействие, очень высокая скорость переключения разрядов. Иначе усложнение схемы управления может быть не оправдано.

Рис. 1.1. Временная диаграмма работы синхронных двоичных счетчиков.

Временная диаграмма работы синхронного счетчика (рис. 1.1) отличается от временной диаграммы синхронного счетчика с асинхронным переносом способом формирования сигнала пере­носа, используемого при каскадировании счетчиков для увели­чения разрядности. Сигнал переноса CR вырабатывается в данном случае тогда, когда все выходы счет­чика устанавливаются в единицу (при прямом счете) или в нуль (при обратном счете). Входной тактовый сигнал в образовании сигнала переноса при этом не участвует.

При совместном включении для увеличе­ния разрядности, например, двух счетчиков тактовые входы С обоих счетчиков объединяются, а сигнал переноса первого счетчика подается на вход разрешения счета (ЕСТ) второго счетчика. В результате второй счетчик будет считать каждый шестнадцатый входной тактовый импульс (так как он будет срабатывать только при переносе от первого счетчика). Выход­ные сигналы второго счетчика будут переключаться по фронту общего тактового сигнала одновременно с выходными сигнала­ми первого счетчика. Условием правильной работы будет в дан­ном случае следующее: за период тактового сигнала должен ус­петь выработаться сигнал переноса первого счетчика.

Рис. 1.2 Синхронные счетчики стандартных серий.

В стандартные серии микросхем входят несколько разно­видностей синхронных (параллельных) счетчиков (рис. 1.2). Различаются они способом счета (двоичные или двоично-десятичные, реверсивные или не реверсивные), управляющими сигналами (наличием или отсутствием сигнала сброса). Все счетчики считают по положительному фронту тактового сигна­ла, все имеют выход переноса CR и входы расширения для кас­кадирования. Все счетчики имеют возможность параллельной записи информации.

Счетчики ИЕ9 и ИЕ10 отличаются друг от друга только тем, что ИЕ9 — двоично-десятичный, а ИЕ10 — двоичный

Счетчики ИЕ12 (двоично-десятичный) и ИЕ13 (двоичный) отличаются от ИЕ9 и ИЕ10 тем, что они реверсивные, то есть допускают как прямой, так и обратный счет.

Микросхемы ИЕ16 (двоично-десятичный счетчик) и ИЕ17 (двоичный счетчик) отличаются от рассмотренных синхронной параллельной записью по фронту тактового сигнала С, возмож­ностью прямого и обратного счета и отсутствием сигнала сбро­са в нуль.

Возможности применения синхронных (параллельных) счетчиков очень широки. Достаточно сказать, что они без всяких проблем могут заменить во всех схемах как асин­хронные (последовательные) счетчики, так и синхронные счетчики с асинхронным (последовательным) переносом. При необходимости достижения максимального быстродей­ствия они имеют большие преимущества по сравнению со всеми другими счетчиками. Их выходной код устанавливает­ся одновременно при любом количестве разрядов без приме­нения дополнительных выходных регистров (которые требо­вались в случае асинхронных счетчиков и синхронных счет­чиков с асинхронным переносом).

При объединении двух счетчиков (рис. 1.3) никаких про­блем не возникает: выход переноса -CR младшего счетчика со­единяется со входом разрешения счета старшего счетчика ЕСТ. Ус­ловие правильной работы будет простым и легко выполнимым: период тактового сигнала С не должен быть меньше, чем за­держка выработки сигнала переноса CR.

Рис. 1.3 Объединение двух счетчиков ИЕ17.

При объединении трех счетчиков ситуация несколько усложня­ется (рис. 1.4). Сигнал с выход переноса первого счетчика подает­ся на входы ЕСТ второго и третьего счетчиков. Сигнал с выход переноса второго счетчика подается на вход ECR третьего счетчи­ка. В результате третий счетчик будет считать только тогда, когда имеется перенос как у первого счетчика, так и у второго счетчика.

Рис. 1.4. Объединение трех счетчиков ИЕ17.

Условие правильной работы схемы остается тем же, что и в случае двух счетчиков.

При необходимости объединения большого количества счетчиков (большего четырех) можно избежать накопления суммарной задержки переноса, включив на входах старших счетчиков ЕСТ логические элементы ИЛИ с нужным числом входов. Эти элементы должны собирать все сигналы переноса с более младших счетчиков, то есть на их выходах должен быть нуль тогда, когда сигналы CR всех предыдущих счетчиков ну­левые. При этом, правда, в суммарную задержку переноса, ко­торая не должна превышать периода тактового сигнала С, вой­дут задержки этих самых элементов ИЛИ.

В любом случае при выполнении условия правильной рабо­ты счетчиков схема будет работать как идеальный счетчик, то есть все разряды многокаскадного счетчика будут переключать­ся одновременно.

55. Регистры сдвига. Реализация схем с их использованием..

Рис. 11.11.Сдвиговые регистры.

Регистр ИР8 — наиболее простой из регистров сдвига. Он представляет собой 8-разрядную линию задержки, то есть имеет только один информационный вход, на который подается последовательная сдвигаемая информация (точнее, два входа, объединенных по функции 2И), и восемь параллельных выходов. Сдвиг в сторону выходов со старшими номерами осуществляется по переднему фронту тактового сигнала С. Имеется также вход сброса R, по нулевому сигналу на котором все выходы регистра сбрасываются в нуль.

Регистр ИР9 выполняет функцию, обратную регистру ИР8. Если ИР8 преобразует входную последовательную информацию в выходную параллельную, то регистр ИР9 преобразует входную параллельную информацию в выходную последовательную. Однако суть сдвига не меняется, просто в регистре ИР9 все внутренние триггеры имеют выведенные параллельные входы, и только один, последний триггер имеет выход (причем как прямой, так и инверсный). Запись входного кода в регистр производится по нулевому сигналу на входе WR. Сдвиг осуществляется по положительному фронту на одном из двух тактовых входов С1 и С2, объединенных по функции 2ИЛИ. Имеется также вход расширения DR, сигнал с которого в режиме сдвига перезаписывается в младший разряд сдвигового регистра.

Как и все остальные сдвиговые регистры, регистры ИР8 и ИР9 допускают каскадирование, то есть совместное включение для увеличения разрядности. На рис. 11.12 показано совместное включение трех регистров ИР9. В результате объединения получается 24-разрядный сдвиговый регистр. При этом увеличение разрядности не приводит к увеличению задержки сдвига, так как тактовые входы всех используемых регистров объединяются параллельно. Входной 24-разрядный параллельный код преобразуется в выходной последовательный код.

Рис. 11.12.Соединение регистров ИР9 для увеличения разрядности.