1.4. Типовые цифровые узлы
Цифровые узлы являются комплексными логическими элементами и относятся к среднему уровню интеграции. К этому типу устройств относятся регистры и счетчики.
1.4.1. Кольцевой регистр сдвига
Регистры выполняют функции промежуточного хранения, преобразования и выдачи информации. Одна из разновидностей этих устройств - кольцевые регистры сдвига. Кольцевые регистры сдвига находят применение в системах управления автономными инверторами и преобразователями частоты в качестве многоканальных распределителей импульсов.
Схема и диаграммы работы трехканального распределителя приведены на рис.11. Распределитель содержит три последовательно соединенных в кольцо JK-триггера. При этом установочные входы R двух триггеров соединены с установочным входом S третьего. В исходном состоянии по окончании импульса начальной установки XНУ выходные сигналы триггеров имеют значения: Q1 = 1, Q2 = Q3 = 0. По положительному перепаду первого тактирующего импульса C информация со входов JK-триггеров записывается на выходы их первых ступеней, а затем по отрицательному перепаду тактирующего импульса она передается на выходы Q1, Q2, Q3. В результате, по окончании первого тактового импульса, выходные сигналы триггеров принимают значения: Q1 = 0, Q2 = 1, Q3 = 0. То есть, информация, записанная в регистре, сдвинулась на одну позицию вправо. После второго тактирующего импульса Q1 = 0, Q2 = 0, Q3 = 1 сдвиг увеличивается еще на одну позицию вправо и т.д. Таким образом происходит циркуляция информации в регистре и распределение единичного сигнала по его выходам (каналам).
Частота циркуляции f определяется из выражения
,
где:
–
частота следования тактовых импульсов;
n – число триггеров регистра.
1.4.2. Двоичный счетчик
Счетчики выполняют функции счета импульсов, поступающих на их вход, и представления результата счета в двоичном коде на выходах. Одним из наиболее простых является асинхронный двоичный счетчик прямого счета с последовательным переносом. Такой счетчик содержит ряд последовательно соединенных JK-триггеров (рис.12).
По окончании импульса начальной установки XНУ выходные сигналы триггеров Q1…Q4 имеют нулевые значения. Затем при подаче счетных импульсов на вход первого триггера каждый из последующих триггеров переключается отрицательным перепадом сигнала, который поступает на его счетный вход с прямого выхода предыдущего триггера. Совокупность выходных сигналов Q1…Q4 в некоторый момент времени соответствует числу импульсов, поступивших на вход счетчика к данному моменту времени. Число триггеров n счетчика определяет его разрядность и числовую емкость N:
N = 2n – 1.
Е
сли
в качестве входных использовать сигналы
инверсных выходов триггеров, то получится
счетчик обратного счета. В исходном
состоянии в нем будет записано наибольшее
число (N), которое будет уменьшаться
на 1 при поступлении очередного импульса.
Из диаграмм работы триггера следует, что при каждом переходе от младшего разряда к старшему частота выходного сигнала триггеров снижается вдвое. Таким образом, данный счетчик может выполнять функцию делителя частоты, в котором частота выходного сигнала старшего разряда определяется соотношением
,
где f ВХ – частота входных импульсов.