Схемотехника вычислительных систем

1. СХЕМОТЕХНИКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Ким Валерий Львович
д.т.н., профессор ТПУ
СХЕМОТЕХНИКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ
СИСТЕМ
Лекция 3
СЧЕТЧИКИ

2. Счетчики импульсов. Классификация

Счетчик – устройство, состояние которого определяется числом
поступивших на его вход счетных импульсов
Счетчики бывают – последовательные и параллельные,
суммирующие, вычитающие и реверсивные.
В последовательных счетчиках входные импульсы поступают только
на вход первого (младшего) разряда счетчика, в параллельных
счетчиках – на входы всех разрядов.
Состояние суммирующего счетчика увеличивается при поступлении
каждого счетного импульса, а вычитающего – уменьшается.
Реверсивный счетчик может работать как суммирующий и
вычитающий.
Строятся на основе T- триггеров.
Основные параметры – коэффициент (модуль) счета и
быстодействие.
Коэффициент счета - количество СИ, после поступления которых он
возвращается в исходное состояние.
16

3. Классификация

• По значению коэффициента счёта.
• По направлению счёта.
• По способу организации межразрядных связей.
3

4. По значению коэффициента счёта

• Двоичные (М= 2n), где n – разрядность счётчика;
• двоично-кодированные
(с
произвольным
коэффициентом счёта М, но с кодированием
состояний двоичным кодом);
• счётчики с одинарным кодированием (счётчики
Джонсона).
4

5. По направлению счёта

• Суммирующие (прямого счёта / Up Counter);
• вычитающие (обратного счёта / Down Counter);
• реверсивные (с изменяемым направлением счёта /
Up/Down Counter / Bidirectional Counter).
5

6. По способу организации межразрядных связей

Asynchronous Counter (Ripple Counter)
• c последовательным переносом;
Synchronous Counter
• с параллельным переносом;
• с комбинированным переносом;
• со сквозным переносом.
6

7. Двоичные счётчики

прямой
счёт
№ сигнала
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Двоичные счётчики
Q2
0
0
0
0
1
1
1
1
0
Q1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
Q0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
Триггер младшего
разряда должен
переключаться от
одного входного
сигнала. Триггер
разряда Q1 должен
переключаться через 2
входных сигнала, а Q2
через 4.
обратны
й счёт
7

8. Счетчики импульсов

Двоичный суммирующий последовательный счетчик
Q0
DD1
ТТ
xn
Q1
DD2
ТТ
Q
Т
1
DD3
ТТ
Q
Q
Т
Q
xn
Q2
2
Т
Q
3
4
5
Q
6
7
8
t
Q0
t
Q1
t
Q2
t
17

9. Суммирующий счётчик

9

10. Вычитающий счётчик

10

11. Реверсивный счётчик / Bidirectional Asynchronous Counter

• Такие счётчики изменяют направление счёта под
воздействием управляющего сигнала или при
смене точки подачи входного сигнала.
11

12. Реверсивный счётчик / Bidirectional Synchronous Counter

• UP при 1.
• Down при 0.
12

13. Счетчики

• .. По диаграммам легко убедиться, что
значение двоичного кода на основных выходах
триггеров соответствует числу пришедших
импульсов (см. диаграммы сумм. счетчика после
5-го и 7-го импульсов). С приходом 7-го
импульса информационная емкость счетчика
исчерпывается и 8-й им- пульс приводит к
последовательному сбросу в нулевое состояние
всех триггеров, который заканчивается через
время , равное сумме времен задержки каждого
триггера.
19

14. СЧЕТЧИКИ

• Это обстоятельство ограничивает частоту импульсов, т.
е. скорость счета, т. к. необходимо выполнить условие,
чтобы период счетных импульсов был больше
суммарного времени задержки триггеров.
Такой счетчик называется асинхронным. Хорошо видно,
что период следования импульсов с прямого выхода
каждого последующего триггера в 2 раза больше, чем у
предыдущего. Если снимать информацию, например, с
выхода второго триггера, то частота следования импульса
здесь будет в 4 раза ниже, чем у входных импульсов, т. е.
счетчик может выполнять роль делителя частоты входных
импульсов
19

15. Быстродействие счётчиков

• Временем установления кода tK, отсчитываемым
от начала входного сигнала, до момента
установления нового состояния. Максимально
допустимая
частота
поступления
входных
импульсов: Fmax=1/tK.
• Время распространения переноса – время от
начала поступления входного сигнала до начала
выходного, вызванного данным входным.
• Для повышения быстродействия перенос между
разрядами осуществляют различными способами:
параллельным, групповым, сквозным.
15

16. Счётчик с параллельным переносом

Достоинством схемы является достижение максимального
быстродействия. Быстродействие повышается за счет
того, что с приходом входного импульса одновременно
срабатывают все триггеры. Недостатки: схема «И», как
правило, имеет не более 8 входов; младший разряд
нагружается на все последующие, а значит количество
последующих разрядов ограниченно его нагрузочной
способностью; разная нагрузочная способность у выходов
16
счётчика (разрядов).

17. Счётчик с групповым переносом

• В качестве группы используется группа счётчиков с
параллельным переносом.
• Между группами сквозной или параллельный
перенос.
17

18. Счётчик с групповым переносом

• В качестве группы используется группа счётчиков с
параллельным переносом.
• Между группами последовательный перенос.
18

19. Счётчик со сквозным переносом

• На выходах одинаковая нагрузочная способность.
19

20. Двоично-кодированные счётчики

• В практических задачах зачастую необходимо
применить счётчики с коэффициентом пересчёта
отличным от 2n.
• Двоично-кодированные счётчики строятся на основе nразрядного счётчика с естественным модулем счёта 2n.
• Для исключения лишних состояний одним из способов
используют обратную связь, устанавливающий счётчик
в исходное состояние при достижении желаемого
коэффициента пересчёта.
20

21. Пример двоично-кодированного счётчика

21

22. Счётчик Джонсона

• Счётчик Джонсона – это кольцевой регистр с
перекрёстной обратной связью, которая замкнута на
вход первого регистра с инверсии выходного сигнала.
• Количество устойчивых состояний у такого счётчика
равно 2n, где n – количество триггеров.
22

23. Счётчик Джонсона

23

24. Счётчик Джонсона

№ сигнала
Q2 Q1 Q0
Формула
0
0
0
0
Q 2 Q0
1
0
0
1
Q1 Q 0
2
0
1
1
Q 2 Q1
3
1
1
1
Q 2 Q0
4
1
1
0
Q1 Q 0
5
1
0
0
Q 2 Q1
24

25. УГО счетчиков

Суммирующий
двоичный
Вычитающий
двоично-десятичный
Реверсивный
двоичный
с выходами переноса
DD1
С Т2
+1
DD2
DD3
Q0
С Т 2 /1 0 Q 0
С Т2
Q1
Q1
Q2
Q3
-1
Q2
Q0
Q1
+1
Q3
Q2
Q3
-1
TC+
TC-
18

26. JK-триггер

K
DD5
Т
1
Q
J
Q
K
J
Q n+ 1
1
0
0
Qn
1
0
1
1
1
1
0
1
1
0
1
Q
С
С
0
Qn
Q
J
D
С
K
DD6
Т
K
Т
DD7
Т
Q
J
С
Q
Qn
19

27.

19

28.

20

29.

Спасибо за внимание!
[email protected]