При аналізі та діагностиці роботи регістрів в цифрових схемах досить часто використовують часові діаграми роботи. Розглянемо основні принципи їх побудови.
Методика побудови часової діаграми роботи регістра:
- Визначити тип регістра та згадати його таблицю істинності;
- За таблицею істинності визначити пріоритет входів та проаналізувати їх вплив на вихідний сигнал
- На часовій діаграмі визначити робочі періоди роботи регістру;
- Для кожного робочого періоду визначити режим роботи;
- Заповнити часову діаграму відповідно до таблиці істинності для кожного періоду з урахуванням початкових даних.
Примітка: в неробочий період регістр зберігає попередній стан.
Приклад 1. Відповідно до вхідних значень на цифровій діаграмі побудувати вихідні сигнали та вказати режим роботи.
| DSR | RG | ||||||||||||||||||||||
| c/c | |||||||||||||||||||||||
| DSL | |||||||||||||||||||||||
| Q0 | R | ||||||||||||||||||||||
| D0 | |||||||||||||||||||||||
| S0 | |||||||||||||||||||||||
| D1 | Q1 | ||||||||||||||||||||||
| S1 | |||||||||||||||||||||||
| D2 | |||||||||||||||||||||||
| Q2 | DSL | 
| |||||||||||||||||||||
| D3 | 
|
| |||||||||||||||||||||
| DSR | 
| ||||||||||||||||||||||
| S0 | Q3 | 
| |||||||||||||||||||||
| Q0 | 
| 
| |||||||||||||||||||||
| S1 | 
| 
| 
| 
|
| ||||||||||||||||||
| Q1 | 
|
| 
|
|
|
| |||||||||||||||||
| R | 
| |||||||||||||||||||||
| Q2 | 
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||
| C |
|
| ||||||||||||||||||||
| Q3 |
|
| |||||||||||||||||||||
| Режим | |||||||||||||||||||||||
| C | R | S0 | S1 | Режим | Паралельна загрузка | Зсув → | Зберігання | Зсув ← | Зберігання | Паралельна загрузка | Зсув ← | Зсув → | Зсув ← | ||||||||||
| 0/1 | х | х | Скидання | ||||||||||||||||||||
| 0/1 | Зберігання | ||||||||||||||||||||||
| 0/1 | Зсув → | ||||||||||||||||||||||
| 0/1 | Зсув ← | ||||||||||||||||||||||
| 0/1 | || загрузка | ||||||||||||||||||||||
| х | х | х | Неробочий стан | ||||||||||||||||||||
| х | х | х |
Завдання для самоконтролю
1. Проаналізуйте УГП регістра ІС КР1533ИР1. запишіть режими роботи під час дії кожного тактового імпульсу (a…h) та вихідну інформацію яка формується в ці такти.
2. Побудуйте часову діаграму роботи регістра, що відображатиме всі можливі режими його роботи.
| DSR | RG | ||||||||||||||||||||||
| c/c | |||||||||||||||||||||||
| DSL | |||||||||||||||||||||||
| Q0 | R | ||||||||||||||||||||||
| D0 | |||||||||||||||||||||||
| S0 | |||||||||||||||||||||||
| D1 | Q1 | ||||||||||||||||||||||
| S1 | |||||||||||||||||||||||
| D2 | |||||||||||||||||||||||
| Q2 | DSL | ||||||||||||||||||||||
| D3 | |||||||||||||||||||||||
| DSR | |||||||||||||||||||||||
| S0 | Q3 | ||||||||||||||||||||||
| Q0 | |||||||||||||||||||||||
| S1 | |||||||||||||||||||||||
| Q1 | |||||||||||||||||||||||
|
| R | ||||||||||||||||||||||
| Q2 | |||||||||||||||||||||||
|
| C | ||||||||||||||||||||||
| Q3 | |||||||||||||||||||||||
| Режим | |||||||||||||||||||||||
| S0 | S1 | Режим | |||||||||||||||||||||
| Зберігання | |||||||||||||||||||||||
| Зсув → | |||||||||||||||||||||||
| Зсув ← | |||||||||||||||||||||||
| || загрузка | |||||||||||||||||||||||
Підготовка до виконання лабораторної роботи №8
- Записати тему та мету лабораторної роботи;
- Ознайомитись з короткими теоретичними відомостями до лабораторної роботи;
- Виконати домашнє завдання.
Тема 4.3. Лічильники.
Лічильники, призначення. основні характеристики.
Лічильником називається цифровий пристрій, сигнали на вході якого у певному коді відображають кількість вхідних імпульсів, що надійшли.
Основу лічильника складають тригери, сполучені ланцюгами переносу інформації з розряду в розряд.
Загальне призначення лічильників:
- підрахунок імпульсів, які надходять на вхід лічильника;
- тимчасове зберігання кожного стану лічильника;
- перетворення послідовності імпульсів, що надходять на вхід лічильника в паралельний код на його виходах (у вигляді двійкового коду);
- ділення частоти вхідного імпульсного сигналу.
Галузь застосування
Лічильники відносяться до найпоширеніших типових цифрових пристроїв і застосовуються як перетворювачі кількості сигналів у певний код, дільники частоти, пристрої підсумовування або віднімання кількості сигналів. Вони використовуються для побудови розподілювачів сигналів, цифрових фазоперетворювачів тощо.
Лічильник є одним з основних функціональних вузлів комп'ютера, а також різних цифрових керуючих та інформаційно-вимірювальних систем. Основне застосування лічильників:
• утворення послідовності адрес команд програми (лічильник команд або програмний лічильник);
• підрахунок числа циклів при виконанні операцій ділення, множення, зсуву (лічильник циклів);
• одержання сигналів мікрооперацій і синхронізації; аналого-цифрові перетворення і побудова електронних таймерів (годинників реального часу).
Експлуатаційними характеристиками лічильників є:
1. Коефіцієнт перерахування (модуль лічби). Модуль лічби Клч визначає число станів лічильника. Модуль двійкового n- розрядного лічильника визначається цілим степенем двійки М = 2n; в лічильниках інших типів справедлива нерівність Клч ≤ М. Після лічби числа імпульсів Nвх = Клч лічильник повертається в початковий стан. Таким чином, модуль лічби, який часто називають коефіцієнтом перерахунку, визначає цикл роботи лічильника, після чого його стан повторюється. Тому число вхідних імпульсів і стан лічильника однозначно визначені тільки для першого циклу.
2. Ємність лічби Nmax визначає максимальну кількість вхідних імпульсів, яку може зафіксувати лічильник при одному циклі роботи. Ємність лічби Nmax = Клч - 1 за умови, що робота лічильника починається з нульового початкового стану.
Наприклад: Клч=16 то Nmax=16-1=15, лічильник може зафіксувати від 0 до 15 імпульсів при одному циклі роботи.
3. Час установлення tуст який визначається інтервалом часу між моментами надходження вхідного сигналу і моментом закінчення найтривалішого перехідного процесу в схемі – тобто максимальним часом установлення на лічильнику нового коду після надходження сигналу лічби.
4. Роздільна здатність tрозд, що визначається мінімальним періодом проходження вхідних сигналів, при якому ще не виникають перебої в роботі. Обернена величина fmax=1/t називається максимальною частотою лічби.
5. Швидкодія лічильника визначається максимальною частотою Fm надходження вхідних імпульсів в режимі ділення й обчислюється за формулою Fm = 1/ tT.
Класифікація лічильників
Лічильники класифікують за такими ознаками:
• способом кодування — позиційні та непозиційні;
• модулем лічби — двійкові, десяткові, з довільним постійним або змінним (програмованим) модулем;
• напрямком лічби — прості (підсумовуючі, віднімальні) і реверсивні;
• способом організації міжрозрядних зв'язків — з послідовним, наскрізним, паралельним і комбінованим переносами (позикою);
• типом використовуваних тригерів — Т, JK, D в лічильному режимі;
• елементним базисом — потенціальні, імпульсні та потенціально-імпульсні.
За способом організації роботи тригерів лічильники можуть бути:
• асинхронними, в яких для тригера молодшого розряду керуючим сигналом є сигнал лічби, а для кожного наступного тригера – потенціальний сигнал з виходу попереднього тригера;
• синхронними, в яких для тригера кожного розряду керуючим сигналом є сигнал лічби, а сигнал з виходу тригера попереднього розряду є інформаційним.
За видом переходів прості лічильники (Лч) розподіляються на підсумовуючі (прямої лічби), віднімальні (зворотної лічби) та реверсивні (прямої та зворотної лічби).
У підсумовуючих лічильниках кожний доданий імпульс U+ збільшує стан на одиницю, тобто реалізується мікрооперація інкремента Лч:= Лч + 1 таблиця 1. Граф переходів підсумовуючого лічильника показаний на рис. 1, де вершини означають стійкі стани. Із М-1-го стану черговий сигнал U+ повертає лічильник у початковий стан і видає сигнал переповнення Р.
Таблиця 1. Коди станів підсумовувального лічильника
| Номер сигналу (імпульсу) | Стан розрядів | Число на виході лч. | Номер сигналу (імпульсу) | Стан розрядів | Число на виході лч. | ||||
| Q3 | Q2 | Q1 | Q3 | Q2 | Q1 | ||||
Рис. 1. Графи підсумовуючого лічильників
У віднімальних лічильниках кожний віднімальний імпульс U- зменшує стан на одиницю, тобто реалізується мікрооперація декремента Лч:=Лч-1, таблиця 2. Граф переходів віднімального лічильника на рис. 2характеризується наявністю переходів тільки в зворотному напрямку від деякого (наприклад, М-1-го) попередньо встановленого стану. Після віднімання М імпульсів лічильник видає сигнал позики Z і повертається в початковий М-1-й стан.
Таблиця 2. Коди станів віднімального лічильника
| Номер сигналу (імпульсу) | Стан розрядів | Число на виході лч. | Номер сигналу (імпульсу) | Стан розрядів | Число на виході лч. | ||||
| Q3 | Q2 | Q1 | Q3 | Q2 | Q1 | ||||
Рис. 2. Графи віднімального лічильників
Реверсивні лічильники мають переходи в прямому і зворотному напрямках, що дозволяє рахувати підсумовуючі та віднімальні імпульси рис. 3.
Рис. 3. Графи реверсивного лічильників
