20. Интегральные схемы со структурами последовательностного типа

Последовательностная схема представляет собой автомат для выполнения логических операций, обладающий способностью запоминания отдельных состояний переменных. В отличие от схем комбинационного типа выходные переменные зависят не только от входных переменных, но и от текущего состояния устройства. Это состояние описывается вектором значение которого запоминается с помощью триггеров на длительность такта. Структурная схема последовательностного устройства приведена на рис. 20.1.

Новое состояние автомата определяется, с одной стороны, предшествующим состоянием с другой стороны, значениями входных переменных Последовательность состояний может быть представлена с помощью вектора входных состояний Можно провести сопоставление с комбинационной схемой: если на ее входы подать предшествующий вектор состояний то на выходе появится новый вектор состояний Соответствующее состояние системы должно сохраняться до следующего тактового импульса.

Рис. 20.1. Общая структурная схема автомата. -входной вектор. -выходной вектор, вектор состояний, такт.

Вектор состояний при этом может быть передан на выходы триггеров лишь при подаче следующего тактового импульса. Отсюда ясно, что нужно использовать триггеры, срабатывающие по фронту.

Существует несколько основных разновидностей последовательностных схем. В одних схемах, например, используются непосредственно переменные состояния. Примером другой разновидности схем являются цепи с одинаковой последовательностью состояний. При этом входные логические сигналы отсутствуют. Оба этих упрощения свойственны счетчикам. Следовательно, последние являются простейшими последовательностными схемами.

Принцип действия счетчиков довольно прост. В последующих разделах будут подробно рассмотрены важнейшие стандартные схемы счетчиков. В разд. 20.7 изложен систематический метод синтеза последовательностных схем, которые могут быть успешнб использованы для структур различного назначения.

20.1. ДВОИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ

До сих пор мы рассматривали применение логических схем для выполнения арифметических операций и кодирования. Другим важнейшим их применением является счет импульсов. В качестве счетчика можно использовать произвольную схему, установив для нее в определенных границах однозначное соответствие между числом поступивших импульсов и состоянием выходных переменных. Так как каждая выходная переменная может принимать лишь два значения, то для выходных переменных существует возможных состояний. Часто используется лишь часть из них. Вообще соответствие между числом поступивших импульсов и выходным кодом может быть произвольным. Однако в счетчиках целесообразно выбирать такое представление чисел, с которым легко оперировать в дальнейшем. Для простейших схем предпочитают Двоичное представление чисел.

Ниже представлена таблица 20.1 соответствия между числом входных импульсов и значениями выходных переменных для -рязрядного двоичного счетчика. Рассматривая эту таблицу сверху вниз, можно отметить две закономерности:

1. Значение переменной изменяется

Таблица 20.1 (см. скан) Таблица состоиний двоичного счетчика

тогда, когда переменная в соседнем младшем разряде переходит из состояния «1» в состояние «0».

2. Значение выходной переменной изменяется при поступлении очередного импульса счета в том случае, когда переменные во всех младших разрядах находятся в состоянии «1».

Эти же выводы можно сделать и при рассмотрении временной диаграммы на рис. 20.2. Первая закономерность указывает на возможность реализации счетчика асинхронного типа, вторая позволяет построить синхронный счетчик.

Иногда необходим счетчик, в котором при поступлении каждого импульса счета выходной код уменьшается на 1. Закон функционирования такого счетчика можно получить из табл. 20.1, читая ее снизу вверх.

Таким образом,

1) значение выходной переменной в вычитающем счетчике изменяется, когда переменная в соседнем младшем разряде переходит из состояния «0» в состояние «1»;

Рис. 20.2. Временные диаграммы выходных состояний суммирующего счетчика.

2) значение выходной переменной в вычитающем счетчике изменяется при поступлении очередного импульса счета в том случае, когда переменные во всех младшиц разрядах находятся в состоянии «0».