Дослідження синхронних лічильників

Мета роботи - - вивчення принципу роботи та схем побудови синхронних лічильників.

До синхронним чи паралельним відносять лічильники, у яких переключення розрядів відбувається одночасно незалежно від відстані розряду від лічильного входу. Це досягається подачею на всі тригери синхронізуючих імпульсів, що позитивним чи негативним фронтом викликають переключення тригерів відповідно до логіки роботи лічильника. Завдяки такій синхронізації досягається мінімальний час установлення лічильника , що не перевищує час встановлення одного тригера . Тим самим забезпечується максимальна частота зміни станів лічильника:

(3.16)

Схема найпростішого підсумовуючого синхронного лічильника ; показана на рис. 3.42, а. Тут потенціал переносу формується послідовно в міру поширення «логічної 1» через вентилі DD1, DD2, DD3 і т. д. Нагромадження затримки за рахунок, вентилів кола переносу обумовлює взайомний зсув лічильнй імпульсів і імпульсів переносу (рис. 3.42,б). Доти поки збіг імпульсів і внаслідок такого зсуву не порушується, лічильник працює без збоїв з максимально можливою частотою лічби, що відповідає вираженню (3.16). Очевидно, для цього необхідно, щоб виконувалася умова

(3.17)

де - кількість розрядів лічильника, - тривалість затримки наростання сигналу на виході вентиля переносу. Обмеження зверху на кількість розрядів лічильника або на частоту проходження вхідних імпульсів , що накладається умовою (3.17), може виявитися технічно неприйнятним і обумовлює використання інших схемних варіантів лічильників з додатковими витратами ІМС.

Принциповою передумовою для побудови синхронних лічильників довільної розрядності є закономірність, відображувана табл. 3.14: -й розряд лічильника переключається синхроімпульсом у новий стан, якщо всі тригери молодших розрядів до моменту приходу синхроімпульсу знаходяться в стані «1». Потенціал, що дозволяє переключення тригера -ro розряду в протилежний стан, повинний сформувати логічний елемент, що фіксує стан «1» усіх молодших розрядів. Цієї мети в синхронному лічильнику (рис. 3.43,а) служать вентилі DD1, DD2, DD3. Потенціали з виходів тригерів надходять одночасно на усі вентилі переносу старших розрядів, і переключення станів тригерів відбувається синхронно (рис. 3.43, б). З ростом номера розряду збільшується кількість входів логічних елементів кола переносу, тому відповідно з ростом кількості розрядів ускладнюється схема лічильника.

При побудові швидкодіючих двійкових лічильників з розрядністю використовується ієрархічна структура. Лічильник розбивається на секції (наприклад, по 8 розрядів). Для сигналів переносу між секціями організується схема паралельного переносу другого рівня, чи груповий перенос. Це дозволяє ціною незначного зменшення швидкодії істотно спростити схему в порівнянні з регулярною синхронною структурою. Принцип побудови секціонованого синхронного лічильника приведений на рис. 3.44. Технічна реалізація структури рис. 3.44 на логічних елементах І-НІ обумовлює включення в колі групового переносу додаткових інверторів і
відповідне зниження швидкодії.

Розглянемо приклади побудови реверсивних синхронних лічильників. Принципи побудови синхронного і асинхронного реверсивних лічильників аналогічні: пряма лічба реалізується при включенні кіл переносу з одиничних виходів тригерів молодших розрядів на входи старших розрядів, а зворотна лічба (віднімання) - при включенні кіл зайому між інверсними виходами тригерів молодших розрядів і входами старших розрядів. Для керування режимом лічби користуються сигналом так, щоб при здійснювався пряма лічба; а при - зворотна. У лічильнику (рис. 3.45) на основі -тригерів перенос і зайом реалізовані по типі наскрізного, для якого характерна відносна простота реалізації тому що складність схеми розряду лічильника не залежить від його номера.

Швидкодія такого лічильника нижче, ніж лічильника зі строго паралельним переносом, показаного на рис. 3.46. У лічильнику з паралельним формуванням сигналів переносу, як уже відзначалося, складність схеми розряду зростає з ростом його ваги, але ціною апаратурних витрат досягається максимальна швидкодія, однозначно обумовлене швидкодією (частотою переключення) одного -тригера.

Для побудови реверсивного синхронного лічильника на основі -тригерів з керуванням по інформаційному вході ознакою переносу і сигналом зворотного зв'язку тригера необхідно реалізувати функцію керування інформаційним входом так, щоб кожен сигнал переносу (зайома) змінював стан -тригера на протилежне

(3.17)

З урахуванням виразу (3.17) реалізовані кола переносу в реверсивному синхронному лічильнику на основі -тригерів (рис. 3.47). Для перенос , тому відповідно до вираз (3.17) .