СЧЕТЧИКИ И РЕГИСТРЫ СДВИГА
Основная функция счетчика — регистрация числа сигналов,, поступающих на его счетный вход. Подсчитанное число входных сигналов представляется на выходе счетчика в определенной системе кодирования состояний.
Если система позиционная двоичная, то и счетчики называют двоичными. Двоичные счетчики находят массовое применение в устройствах автоматики и вычислительной техники. Широкое распространение получили счетчики, работающие в непозиционной системе кодирования, например в циклическом коде, кодах Грея, Джонсона и т. д. Такие счетчики используются и для распределения входных сигналов. Существенной характеристикой счетчика является коэффициент пересчета, или модуль счета. Он определяет максимальное число входных сигналов, которое может зафиксировать данный счетчик. В предыдущей главе был синтезирован одноразрядный двоичный счетчик — Т-триггер. В настоящей главе рассматривается синтез многоразрядных двоичных и недвоичных счетчиков с различными коэффициентами пересчета, а также регистров сдвига.Моделью рассматривае-
ройств, иными словами, в качестве подавтоматов берут D-триггеры или другие разновидности триггеров с динамическим входом управления (§ 3.5). Такой подход обладает рядом достоинств, особенно при реализации, например, счетчиков на отдельных интегральных схемах, содержащих логические элементы или одноразрядные счетчики. Однако при реализации счетчиков на одной интегральной схеме не менее полезным может оказаться подход, состоящий в проектировании счетчиков из более мелких, чем триггеры, подавтоматов. Использование в качестве подавтоматов бистабильных ячеек позволяет расширить класс схемотехнических решений счетчиков, найти новые и полезные схемы, ориентированные на интегральное исполнение. Многоразрядные счетчики, построенные из одноразрядных, образуют в расширенном классе схемотехнических решений только одно из подмножеств.
Особенностью счетчиков и регистров сдвига, рассмотренных в настоящей главе, является то, что в соответствии с композиционной моделью выходы УА использованы для кодирования внутренних состояний УА. Полученные схемы обладают устойчивостью ко всем видам состязаний, возможных в композиционной модели.
5.1. ДВОИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ С ПОСТОЯННЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ПЕРЕСЧЕТА
Проведем синтез двухразрядного счетчика по модулю четыре. Воспользуемся графом автомата и композиционной моделью счетчика для построения таблицы состояний синтезируемого счетчика (табл. 5.1) . Каждая строка табл. 5.1 соответствует вершине графа, изображенного на рис. 3.11. Так как в композиционной модели счетчика входными сигналами для УА помимо неза-
Формулы (5.2) определяют схему двухразрядного двоичного счетчика, устойчивую ко всем видам состязаний. Синтезированный счетчик содержит 12 элементов ИЛИ—НЕ с суммарным числом входов 32 (рис. 5.3). Нетрудно убедиться, что полученная схема итеративна. На рис. 5.3 указаны выходы двухразрядного счетчика, являющиеся входами для третьего разряда. Достоинство счетчика состоит в том, что он обладает высоким быстродействием, равным быстродействию одного симметричного Г-триггера, независимо от числа разрядов (однако с ростом •числа разрядов увеличивается нагрузка логических элементов, что приводит к увеличению их времени задержки). Схему счет-
Формулы (5.4) определяют схему счетчика [20], устойчивую ко всем видам состязаний (рис. 5.4). Два разряда этого счетчика содержат 12 элементов с общим числом входов 28. Однако быстродействие данного варианта счетчика ниже, чем быстродействие счетчика, представленного на рис.
5.3.10 — 5499
Рис. 5.4. Схема двухразрядного двоичного счетчика с меньшим числом связей между логическими элементами
Счетчик, определяемый формулами (5.6), свободен от всех видов состязаний. Синтезированный счетчик содержит 11 элементов с общим числом входов 32 (рис. 5.6). Особенность данной схемы счетчика — наличие в УА трехстабильного триггера. Быстродействие этого счетчика такое же, как и у счетчика на рис.
іо*
Схема устойчивого к состязаниям счетчика, определяемая формулами (5.9), содержит 10 элементов с общим числом входов 25 (рис. 5.9). По сравнению с известными счетчиками по модулю три [1, 3] синтезированная схема более простая и обладает более высоким быстродействием.
В данном параграфе методика синтеза счетчиков, устойчивых ко всем видам состязаний, в целях наглядности иллюстрировалась на примерах двухразрядных схем. Аналогичным способом можно синтезировать счетчики большей разрядности.