Универсальные регистры
В сериях ИС и библиотеках БИС/СБИС программируемой логики имеется много вариантов регистров. Среди них есть многорежимные (многофункциональные) или универсальные, способные выполнять набор микроопераций. Так, например, универсальный регистр может обеспечивать параллельный прием и выдачу данных, сдвиг параллельно записанного слова влево или вправо, поразрядный ввод слова, как это осуществляется в регистрах сдвига, и выдачу этого слова на выход в параллельном коде, сброс всей записанной информации. Многорежимность достигается композицией в одной и той же схеме частей, необходимых для выполнения различных операций. Управляющие сигналы, задающие вид выполняемой операции, активизируют необходимые для этого части схемы. На рис. 3.37 показано условное обозначение типового универсального регистра. Входы D служат для параллельной записи восьмиразрядного слова данных, а выходы Q – для его выдачи. Возможна последовательная поразрядная загрузка слова со сдвигом всех разрядов влево или вправо. Через вход DSR осуществляется поразрядная загрузка слова через нулевой разряд со сдвигом всего записываемого слова в сторону старших разрядов. Вход DSL обеспечивает загрузку слова через седьмой разряд со сдвигом в сторону младших разрядов. Входы S0 и S, – управляющие. Вход S0 разрешает сдвиг влево, а вход S1 – вправо. Вход R обеспечивает асинхронный сброс всех разрядов регистра, т.е. его "обнуление", вход С – синхронизирующий. Выводы Ucc и GND служат для подключения к микросхеме напряжения питания.
Рис. 3.37. Универсальный регистр
6. Суммирующие, вычитающие и реверсивные двоичные счетчики.
Суммирующие счётчики
Простейшим счётчиком является Т-триггер, считающий до 2-х, то есть осуществляющий счёт и хранение не более 2-х сигналов.
Счётчик, образованный цепочкой из n триггеров сможет подсчитать в двоичном коде 2n импульсов. Число n определяет количество разрядов двоичного числа, которое может быть записано в счётчик. Число 2n называется модулем или коэффициентом счёта:
KСЧ = 2n
Схема простейшего 4-х разрядного счётчика приведена на рисунке 60,а. Принцип работы счётчика проиллюстрирован временными диаграммами, приведёнными на рисунке 60,б.
Рисунок 60 Схема двоичного суммирующего счётчика а)
и временные диаграммы его работы б).
Первый разряд счётчика переключается с приходом каждого входного импульса, что соответствует алгоритму работы Т-триггера. На каждые два входных импульса Т-триггер формирует один выходной импульс.
Второй разряд переключается в состояние «1» после прихода каждого 2-го импульса.
Третий разряд — после прихода каждого 4-го импульса.
Четвёртый разряд — после прихода каждого 8-го импульса.
Таким образом, единичные значения сигналов на выходах триггеров регистра появляются с приходом 1, 2, 4, 8 импульсов, что соответствует весовым коэффициентам двоичного кода. Поэтому с выходов триггеров регистра можно прочитать параллельный двоичный код числа импульсов, поступивших на его вход. Например, после прихода 5 импульсов единичные значения установятся на выходах Q1 и Q3(см. пунктирную линию на рисунке 60,б), что соответствует коду числа 5: 0101B. Аналогично, после прихода 13-и импульсов на выходах триггеров установится код 1101B.
Если число входных импульсов NВХ>KСЧ, то при NВХ=KСЧ происходит переполнение счётчика, после чего счётчик возвращается в нулевое состояние и повторяет цикл работы.
После каждого цикла счёта на выходе последнего триггера возникают перепады напряжения, то есть формируется один импульс. Это свойство определяет второе назначение счётчиков — деление числа входных импульсов.
Если входные сигналы периодичны и следуют с частотой fВХ, то частота fВЫХ:
fВЫХ = fВХ / KСЧ
В этом случае коэффициент счёта определяется как коэффициент деления и обозначается KДЕЛ.
У счётчика в режиме деления частоты используется сигнал только последнего триггера, а промежуточные состояния остальных триггеров не учитываются.
Всякий счётчик может быть использован как делитель частоты.
Вычитающие и реверсивные счётчики
Реверсивный счётчик может работать в качестве суммирующего и вычитающего.
Суммирующий счётчик, как было показано выше, получается при подсоединении к входу последующего каскада прямого выхода предыдущего.
Каждый входной импульс увеличивает число, записанное в счётчик, на 1. Перенос информации из предыдущего разряда в последующий происходит при смене состояния предыдущего разряда (триггера) с 1 на 0.
Вычитающий счётчик получается при подсоединении к входу последующего каскада инверсного выхода предыдущего. Он действует обратным образом: двоичное число, хранящееся в счётчике, с каждым поступающим импульсом уменьшается на 1.
Перенос из младшего разряда в старший имеет место при смене состояния младшего разряда с 0 на 1.
Переполнение происходит после достижения счётчиком нулевого состояния, при этом в счётчик записывается максимально возможное значение, т.е. во все разряды — единицы.
Путём включения в схему двоичного суммирующего счётчика (рисунок 60), дополнительных ЛЭ, переключающих на вход последующего триггера прямого и инверсного выходов предыдущего, получается схема реверсивного счётчика. Фрагмент схемы реверсивного счётчика приведён на рисунке 61.
Рисунок 61 Фрагмент схемы реверсивного счётчика
Схема имеет два входа для подачи входных сигналов: +1 — при работе в режиме суммирования, -1 — при работе в режиме вычитания. Дополнительный управляющий вход N задаёт направление счёта. При N=0 схема (рисунок 61) работает как суммирующий счётчик, а при N=1 — как вычитающий.