Побудова часової діаграми роботи регістра

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

c/c

DSL

DSR

Режим

Паралельна загрузка

Зсув →

Зберігання

Зсув ←

Зберігання

Паралельна загрузка

Зсув ←

Зсув →

Зсув ←

0/1

Скидання

0/1

Зберігання

0/1

Зсув →

0/1

Зсув ←

0/1

|| загрузка

Неробочий стан

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

c/c

DSL

DSR

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 К_лч визначає число станів лічильника. Модуль двійкового n- розрядного лічильника визначається цілим степенем двійки М = 2ⁿ; в лічильниках інших типів справедлива нерівність К_лч ≤ М. Після лічби числа імпульсів N_вх ⁼ К_лч 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 N_max визначає максимальну кількість вхідних імпульсів, яку може зафіксувати лічильник при одному циклі роботи. Ємність лічби N_max = К_лч - 1 за умови, що робота лічильника починається з нульового початкового стану.

Наприклад: К_лч=16 то N_max=16-1=15, лічильник може зафіксувати від 0 до 15 імпульсів при одному циклі роботи.

3. Час установлення t_уст 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 t_розд, що визначається мінімальним періодом проходження вхідних сигналів, при якому ще не виникають перебої в роботі. Обернена величина f_max=1/t називається максимальною частотою лічби.

5. Швидкодія лічильника визначається максимальною частотою F_m надходження вхідних імпульсів в режимі ділення й обчислюється за формулою F_m = 1/ t_T.

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