Последовательностные устройства. В отличии от комбинационных устройств, состояние выходов последовательностного устройства определяется не только состоянием входов в данный момент дискретного

В отличии от комбинационных устройств, состояние выходов последовательностного устройства определяется не только состоянием входов в данный момент дискретного времени, но и состоянием входов и выходов устройства в предшествующий момент дискретного времени. Отсюда основное различие в описании последовательностных устройств: в описании работы последовательностного устройства обязательно присутствует переменная, имеющая смысл дискретного времени. Табличная форма описания последовательностного устройства называется таблицей состояний. Для последовательностного устройства очень важным является описание работы с помощью графика состояний. И еще одна форма описания: с помощью графа состояний.

Первая группа последовательностных устройств

Триггеры

Триггером называют логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями, и, поскольку устойчивых состояний два, то триггер — это классический бистабильный элемент.

· R-S триггер (Reset-Set)

Таблица состояний R-S триггера:

Rn	Sn	Qnm	Qnm
0		Qn	Qn
		-	-

Обозначение на электрических принципиальных схемах:

Реализация R-S триггера в базисе лабораторного макета представлена на рис. 1.5.1

Таблица состояний R-S триггера

Рис. 1.5.1схема электрическая принципиальная

R-S триггера

· Триггер типа D (Deleay)

Обозначение на электрических принципиальных схемах:

Таблица состояний триггера типа D

Dn	Cn	Qn+1	Qn+1
0		Qn	Qn
1		Qn	Qn

здесь С — вход синхронизации: на него подается тактовая частота соответствующая сетке дискретного времени:

при С = 1, на выход поступает информация со входа D.

Реализация синхронного D-триггера в базисе макета представлена на рис. 1.5.2

D-триггера:

Рис. 1.5.2Схема электрическая принципиальная синхронного D-триггера

· Асинхронный D-триггер реализуется либо по трехтриггерной схеме,

либо по схеме М-S ('мастер-слуга' — master-slave). Обратная связь в асинхронном D-триггере превращает его в T-триггер (time).

· Т-триггер:

Q_n+1 = Т Q_n+ Т Q_n

Обозначение на электрических принципиальных схемах:

Рис. 1.5.3Временная диаграмма состояний входа и выхода Т-триггера

Т-триггер — логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями, изменяющее свое состояние на противоположное всякий раз, когда на входе триггера появляется соответствующий активизирующий уровень.

Т-триггер — это счетный триггер, на котором могут быть реализованы различные виды счетчиков.

· J-K-триггер

Всякий раз изменяет свое состояние на противоположное, когда на входах J и K одновременно появляется активизирующий уровень, в остальных случаях вход J эквивалентен входу R, а вход K — входу S в R-S-триггере.

Обозначение на электрических принципиальных схемах:

Таблица состояний J-K-триггера выглядит следующим образом:

Здесь входы R и S входы начальной установки (приоритетные входы), J_1-3 и K_1-3 — трехвходовые элементы И (&), С — вход синхронизации, V — вход включения (выключения) элемента.

Счетчики

Характеризуется в основном двумя параметрами:

1. Число пересчета (число устойчивых состояний счетчика):

К_{сч max} = 2ⁿ;

2. Время установления счетчика — это интервал времени, за который все разряды принимают требуемые устойчивые состояния.

Классификация счетчиков.

Счетчики бывают прямого счета (суммирующие), обратного счета (вычитающие) и с управлением направления отсчета (реверсивные). По структурной классификации счетчики делятся на счетчики последовательного счета, параллельные счетчики и параллельно-последовательные.

· Последовательные счетчики.

Схема счетчика прямого счета (суммирующего) представлена на рис. 1.5.4

Рис. 1.5.4 Схема счетчика прямого счета, построенного на Т-триггерах

Граф состояний последовательного счетчика:

Твх

Твх

А

А

В

В

С

С

восемь устойчивых состояний счетчика

Осуществление межразрядной коммутации в реверсивном счетчике последовательного счета представлено на рис. 1.5.5

(-)

(+)

Рис. 1.5.5 Реализация межразрядной коммутации в реверсивном счетчике последовательного счета

Таймер — это устройство обратного счета, секундомер — прямого счета.

· Счетчики с требуемым коэффициентом пересчета.

Рассмотрим счетчик суточного пересчета часов. Сначала обратимся к формальному правилу коэффициента пересчета:

k_сатр<2ⁿ, где n=6;

используем двоично-десятичный код:

0000 00 — 64 состояния, из которых 40 оказываются лишними.

^{единицы десятки}

0000 10

1248 12 — веса разрядов

В этой таблице отсутствуют 40 лишних состояний, вот некоторые из них:

0101 00

1111 00

0101 10

1111 10

0010 01

1111 11

Рис. 1.5.6Схема электрическая принципиальная счетчика суточного пересчета часов

Пояснения к схеме:

Четырехвходовой элемент Ина схеме обеспечивает дешифрацию первого лишнего состояния счетчика: 0101 из первой и второй групп лишних состояний. В результате чего тетрада устанавливается в состояние 0000, исключая тем самым первые две группы лишних состояний. Шестивходовой элемент И обеспечивает дешифрацию первого лишнего состояния из третьей группы кодов: 0010 01 (24 часа) и через элемент ИЛИ устанавливает весь счетчик в состояние 0000 00, исключая тем самым третью группу лишних состояний.

Примечание: поскольку в схеме присутствует декадный счетчик, то его работу необходимо рассмотреть отдельно.

Время установления последовательного счетчика (Т_уст):

Т_уст = n ^. t_уст,

где n — число разрядов, а t_уст — время установления одного разряда.

Существенное время установления последовательного счетчика ограничивает сферу их применения. Альтернативой служит параллельный счетчик.

· Параллельный счетчик (счетчик со сквозным переносом)

Рис. 1.5.7 Схема электрическая принципиальная параллельного счетчика

Реализация параллельного счетчика высокой разрядности строится по параллельно-последовательной схеме: например, четырехразрядный параллельный счетчик последовательно соединен с четырехразрядным последовательным.

Счетчики

Характеризуется в основном двумя параметрами:

1. Число пересчета (число устойчивых состояний счетчика):

К_{сч max} = 2ⁿ;

2. Время установления счетчика — это интервал времени, за который все разряды принимают требуемые устойчивые состояния.

Классификация счетчиков.

Счетчики бывают прямого счета (суммирующие), обратного счета (вычитающие) и с управлением направления отсчета (реверсивные). По структурной классификации счетчики делятся на счетчики последовательного счета, параллельные счетчики и параллельно-последовательные.

· Последовательные счетчики.

Схема счетчика прямого счета (суммирующего) представлена на рис. 1.5.4

Рис. 1.5.4 Схема счетчика прямого счета, построенного на Т-триггерах

Граф состояний последовательного счетчика:

Твх

Твх

А

А

В

В

С

С

восемь устойчивых состояний счетчика

Осуществление межразрядной коммутации в реверсивном счетчике последовательного счета представлено на рис. 1.5.5

(-)

(+)

Рис. 1.5.5 Реализация межразрядной коммутации в реверсивном счетчике последовательного счета

Таймер — это устройство обратного счета, секундомер — прямого счета.

· Счетчики с требуемым коэффициентом пересчета.

Рассмотрим счетчик суточного пересчета часов. Сначала обратимся к формальному правилу коэффициента пересчета:

k_сатр<2ⁿ, где n=6;

используем двоично-десятичный код:

0000 00 — 64 состояния, из которых 40 оказываются лишними.

^{единицы десятки}

0000 10

1248 12 — веса разрядов

В этой таблице отсутствуют 40 лишних состояний, вот некоторые из них:

0101 00

1111 00

0101 10

1111 10

0010 01

1111 11

Рис. 1.5.6Схема электрическая принципиальная счетчика суточного пересчета часов

Пояснения к схеме:

Четырехвходовой элемент Ина схеме обеспечивает дешифрацию первого лишнего состояния счетчика: 0101 из первой и второй групп лишних состояний. В результате чего тетрада устанавливается в состояние 0000, исключая тем самым первые две группы лишних состояний. Шестивходовой элемент И обеспечивает дешифрацию первого лишнего состояния из третьей группы кодов: 0010 01 (24 часа) и через элемент ИЛИ устанавливает весь счетчик в состояние 0000 00, исключая тем самым третью группу лишних состояний.

Примечание: поскольку в схеме присутствует декадный счетчик, то его работу необходимо рассмотреть отдельно.

Время установления последовательного счетчика (Т_уст):

Т_уст = n ^. t_уст,

где n — число разрядов, а t_уст — время установления одного разряда.

Существенное время установления последовательного счетчика ограничивает сферу их применения. Альтернативой служит параллельный счетчик.

· Параллельный счетчик (счетчик со сквозным переносом)

Рис. 1.5.7 Схема электрическая принципиальная параллельного счетчика

Реализация параллельного счетчика высокой разрядности строится по параллельно-последовательной схеме: например, четырехразрядный параллельный счетчик последовательно соединен с четырехразрядным последовательным.

Регистры

Регистры делятся на параллельные, последовательные и параллельно-последовательные.

Типовой ячейкой параллельного регистра является R-S-триггер.По виду загрузки информации различают однофазный способ записи информации, когда используется один из установочных входов ячейки и парафазный способ записи информации, когда используются оба установочных входа с прямым и инверсным представлением информации, записываемой в данный разряд регистра.

Параллельные регистры предназначены для записи, хранения и считывания информации в форме параллельного двоичного кода. Число разрядов параллельного регистра равно числу разрядов информационного слова, с соответствующим поразрядным расположением регистра.

Последовательные регистры предназначены для записи, хранения, преобразования и считывания информации в форме двоичного кода, в частности, последовательный регистр обеспечивает преобразование унитарного двоичного кода в параллельный при сдвиге в последовательном регистре двоичного числа на один разряд вправо, если младший разряд слева, и оно увеличивается вдвое, при сдвиге влево — уменьшается вдвое (еще одна форма преобразования в последовательном регистре). Основным видом ячейки последовательного регистра является D-триггер.

Пример: рассмотрим четырехразрядный последовательный регистр, схема которого приведена ниже.

Рис. 1.5.8 Схема электрическая принципиальная последовательного четырехразрядного регистра со сдвигом вправо

Для сдвига влево необходимо выход B связать со входом D.

Используя двухвходовой мультиплексор, можно сделать перекоммутацию межразрядных связей, в результате чего регистр станет осуществлять сдвиг как вправо, так и влево, если при этом использовать установочные входы разрядов регистра, то такой регистр становится параллельно-последовательным или универсальным.

Таблица состояний регистра имеет следующий вид:

Дискретизация времени осуществляется по вертикали.

Используя регистр сдвига и сумматор можно реализовать генератор псевдослучайной импульсной последовательности или датчик случайных чисел.