Тактовые генераторы

Порядок выполнение операций во многих цифровых схемах определяет работу всей схемы. Ино­гда одна операция должна предшествовать другой, иногда две операции должны происходить одновременно.

Для контроля временных параметров в цифровые схемы встраиваются тактовые генераторы, позволяющие обеспечить синхрони­зацию.

Тактовый генератор— это схема, которая вырабатывает серию импульсов. Все импульсы одинаковы по длительности. Интервалы между последовательны­ми импульсами также одинаковы.

Временной интервал между началом одного импульса и началом следующего называется временем такта.Частота импуль­сов обычно составляет от 1 до 500 МГц, что соответствует времени такта от 1000 до 2 нс. Частота тактового генератора обычно контролируется кварцевым гене­ратором, позволяющим добиться высокой точности.

В компьютере за время одного такта может произойти множество событий. Если они должны осуществляться в определенном порядке, то такт следует раз­делить на подтакты.

Чтобы достичь лучшего разрешения, чем у основного такто­вого генератора, нужно сделать ответвление от задающей линии тактового гене­ратора и вставить схему, создающую определенную временную задержку.

Временная диаграмма, показанная на рисунке, предла­гает четыре точки начала отсчета времени для дискретных событий:

1. Фронт C₁ ;

2. Спад C₁;

3. Фронт С₂.

4. Спад С₂,

Связав различные события с разными перепадами (фронтами и спадами), можно достичь требуемой последовательности выполнения действий. Если в пределах одного такта нужно более четырех точек начала отсчета, можно сде­лать еще несколько ответвлений от задающей линии с различным временем за­держки.

В некоторых схемах важны временные интервалы, а не дискретные моменты времени. Например, некоторое событие может происходить не на фронте им­пульса, а в любое время, когда уровень импульса С₁ высокий. Другое событие может происходить только в том случае, когда уровень импульса С₂ высокий.

Ес­ли необходимо более двух интервалов, нужно предоставить больше линий пере­дачи синхронизирующих импульсов или сделать так, чтобы состояния с высо­ким уровнем импульса у двух тактовых генераторов частично пересекались во времени. В последнем случае можно выделить 4 отдельных интервала: и , и , и , и ,

Тактовые генераторы могут быть синхронными. В этом случае время сущест­вования импульса с высоким уровнем равно времени существования импульса с низким уровнем (см. рис. 3.20_т б).

Чтобы получить асинхронную серию импуль­сов (см. сигнал С на рис. 3.20, в), нужно сдвинуть сигнал задающего генератора, использовав цепь задержки. Затем нужно соединить полученный сигнал с изна­чальным сигналом с помощью логической функции И.

Часто удобно, чтобы защелка меняла состояние только в определенные момен­ты. Чтобы обеспечить это используются син­хронные SR-защелки:

Эта схема имеет дополнительный синхронизирующий вход. Если этот вход равен 0, то оба выхода вентилей И равны 0, не зависимо от значения S и R и защелка не меняет своего состояния.

Когда значение синхронизирующего входа равно 1, состояние защелки становится зависимым от S и R. Для обозначения факта появления единицы на синхронизирующем входе часто используются термины включениеи стробирование.

В случае когда S = R = 1, . И когда и R, и S в конце концов возвращаются к 0, схема становится не­определенной. Если один из входов принимает значение 0 раньше, чем другой, оставшийся в состоянии 1 «побеждает», потому что именно единичный вход управляет состоянием защелки.

Если оба входа переходят к 0 одновременно (что очень маловероятно), защелка выбирает одно из своих устой­чивых состояний произвольным образом.