Побудова часової діаграми роботи регістра

При аналізі та діагностиці роботи регістрів в цифрових схемах досить часто використовують часові діаграми роботи. Розглянемо основні принципи їх побудови.

Методика побудови часової діаграми роботи регістра:

- Визначити тип регістра та згадати його таблицю істинності;

- За таблицею істинності визначити пріоритет входів та проаналізувати їх вплив на вихідний сигнал

- На часовій діаграмі визначити робочі періоди роботи регістру;

- Для кожного робочого періоду визначити режим роботи;

- Заповнити часову діаграму відповідно до таблиці істинності для кожного періоду з урахуванням початкових даних.

Примітка: в неробочий період регістр зберігає попередній стан.

Приклад 1. Відповідно до вхідних значень на цифровій діаграмі побудувати вихідні сигнали та вказати режим роботи.

  DSR RG                                          
      c/c                                    
  DSL                                          
  Q0   R                                    
D0                                        
      S0                                    
D1 Q1                                        
    S1                                    
D2                                          
  Q2   DSL                                  
D3                                    
      DSR                                  
  S0 Q3                                      
    Q0                            
  S1                                
    Q1                    
R                                        
      Q2                      
C                                      
      Q3                            
          Режим                                    
  C R S0 S1 Режим   Паралельна загрузка Зсув → Зберігання Зсув ← Зберігання Паралельна загрузка Зсув ← Зсув → Зсув ←
  0/1 х х Скидання  
  0/1 Зберігання  
  0/1 Зсув →  
  0/1 Зсув ←  
  0/1 || загрузка  
  х х х Неробочий стан                      
  х х х                      

 

Завдання для самоконтролю

1. Проаналізуйте УГП регістра ІС КР1533ИР1. запишіть режими роботи під час дії кожного тактового імпульсу (a…h) та вихідну інформацію яка формується в ці такти.

                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             
                                                             

2. Побудуйте часову діаграму роботи регістра, що відображатиме всі можливі режими його роботи.

  DSR RG                                          
      c/c                                    
  DSL                                          
  Q0   R                                    
  D0                                        
      S0                                    
  D1 Q1                                        
    S1                                    
  D2                                          
  Q2   DSL                                    
  D3                                        
      DSR                                    
  S0 Q3                                        
    Q0                                    
  S1                                          
    Q1                                    
R                                          
      Q2                                    
C                                          
      Q3                                    
          Режим                                    
  S0 S1 Режим                                    
  Зберігання                                    
  Зсув →                                    
  Зсув ←                                    
  || загрузка                                    
                                             
                                             

 

Підготовка до виконання лабораторної роботи №8

- Записати тему та мету лабораторної роботи;

- Ознайомитись з короткими теоретичними відомостями до лабораторної роботи;

- Виконати домашнє завдання.

 

 

Тема 4.3. Лічильники.

Лічильники, призначення. основні характеристики.

Лічильникомназивається цифровий пристрій, сигнали на вході якого у певному коді відображають кількість вхідних імпульсів, що надійшли.

Основу лічильника складають тригери, сполучені ланцюгами переносу інформації з розряду в розряд.

Загальне призначення лічильників:

- підрахунок імпульсів, які надходять на вхід лічильника;

- тимчасове зберігання кожного стану лічильника;

- перетворення послідовності імпульсів, що надходять на вхід лічильника в паралельний код на його виходах (у вигляді двійкового коду);

- ділення частоти вхідного імпульсного сигналу.

Галузь застосування

Лічильники відносяться до найпоширеніших типових цифрових пристроїв і застосовуються як перетворювачі кількості сигналів у певний код, дільники частоти, пристрої підсумовування або віднімання кількості сигналів. Вони використовуються для побудови розподілювачів сигналів, цифрових фазоперетворювачів тощо.

Лічильник є одним з основних функціональних вузлів комп'ютера, а також різ­них цифрових керуючих та інформаційно-вимірювальних систем. Основне застосу­вання лічильників:

• утворення послідовності адрес команд програми (лічильник команд або про­грамний лічильник);

• підрахунок числа циклів при виконанні операцій ділення, множення, зсуву (лічильник циклів);

• одержання сигналів мікрооперацій і синхронізації; аналого-цифрові пере­творення і побудова електронних таймерів (годинників реального часу).

Експлуатаційними характеристиками лічильників є:

1. Коефіцієнт перерахування (модуль лічби). Модуль лічби Клч визна­чає число станів лічильника. Модуль двійкового n- розрядного лічильника визнача­ється цілим степенем двійки М = 2n; в лічильниках інших типів справедлива нерів­ність Клч ≤ М. Після лічби числа імпульсів Nвх = Клч лічильник повертається в поча­тковий стан. Таким чином, модуль лічби, який часто називають коефіцієнтом пере­рахунку, визначає цикл роботи лічильника, після чого його стан повторюється. Тому число вхідних імпульсів і стан лічильника однозначно визначені тільки для першого циклу.

2. Ємність лічби Nmax визначає максимальну кількість вхідних імпульсів, яку може зафіксувати лічильник при одному циклі роботи. Ємність лічби Nmax = Клч - 1 за умо­ви, що робота лічильника починається з нульового початкового стану.

Наприклад: Клч=16 то Nmax=16-1=15, лічильник може зафіксувати від 0 до 15 імпульсів при одному циклі роботи.

3. Час установлення tуст який визначається інтервалом часу між моментами надходження вхідного сигналу і моментом закінчення найтривалішого перехідного процесу в схемі – тобто максимальним часом установлення на лічильнику нового коду після надходження сигналу лічби.

4. Роздільна здатність tрозд, що визначається мінімальним періодом проходження вхідних сигналів, при якому ще не виникають перебої в роботі. Обернена величина fmax=1/t називається максимальною частотою лічби.

5. Швидкодія лічильника визначається максимальною частотою Fm надходження вхідних імпульсів в режимі ділення й обчислюється за формулою Fm = 1/ tT.

Класифікація лічильників

Лічильники класифікують за такими ознаками:

• способом кодування — позиційні та непозиційні;

• модулем лічби — двійкові, десяткові, з довільним постійним або змінним (програмованим) модулем;

• напрямком лічби — прості (підсумовуючі, віднімальні) і реверсивні;

• способом організації міжрозрядних зв'язків — з послідовним, наскрізним, паралельним і комбінованим переносами (позикою);

• типом використовуваних тригерів — Т, JK, D в лічильному режимі;

• елементним базисом — потенціальні, імпульсні та потенціально-імпульсні.

За способом організації роботи тригерів лічильники можуть бути:

• асинхронними, в яких для тригера молодшого розряду керуючим сигналом є сигнал лічби, а для кожного наступного тригера – потенціальний сигнал з виходу попереднього тригера;

• синхронними, в яких для тригера кожного розряду керуючим сигналом є сигнал лічби, а сигнал з виходу тригера попереднього розряду є інформаційним.

За видом переходів прості лічильники (Лч) розподіляються на підсумовуючі (прямої лічби), віднімальні (зворотної лічби) та реверсивні (прямої та зворотної лічби).

У підсумовуючих лічильниках кожний доданий імпульс U+ збільшує стан на одиницю, тобто реалізується мікрооперація інкремента Лч := Лч + 1 таблиця 1. Граф переходів підсумовуючого лічильника показаний на рис. 1, де вершини означають стійкі стани. Із М-1-го стану черговий сигнал U+ повертає лічильник у початковий стан і видає сигнал переповнення Р.

Таблиця 1. Коди станів підсумовувального лічильника

Номер сигналу (імпульсу) Стан розрядів Число на виході лч. Номер сигналу (імпульсу) Стан розрядів Число на виході лч.
Q3 Q2 Q1 Q3 Q2 Q1
 

Рис. 1. Графи підсумовуючого лічильників

У віднімальних лічильниках кожний віднімальний імпульс U- зменшує стан на одиницю, тобто реалізується мікрооперація декремента Лч:=Лч-1, таблиця 2. Граф перехо­дів віднімального лічильника на рис. 2характеризується наявністю переходів тільки в зворотному напрямку від деякого (наприклад, М-1-го) попередньо встанов­леного стану. Після віднімання М імпульсів лічильник видає сигнал позики Z і повер­тається в початковий М-1-й стан.

Таблиця 2. Коди станів віднімального лічильника

Номер сигналу (імпульсу) Стан розрядів Число на виході лч. Номер сигналу (імпульсу) Стан розрядів Число на виході лч.
Q3 Q2 Q1 Q3 Q2 Q1
 

Рис. 2. Графи віднімального лічильників

Реверсивні лічильники мають переходи в прямому і зворотному напрямках, що дозволяє рахувати підсумовуючі та віднімальні імпульси рис. 3.

Рис. 3. Графи реверсивного лічильників