7.10. Кольцевые счетчики

Счетчики по имеющие выходов, называются кольцевыми, если в каждый момент времени только один выходной сигнал равен 1 (счет в прямом унитарном коде или 0 (счет в инверсном унитарном коде Такие счетчики используются для построения коммутаторов электронных цифровых устройств, а также коммутаторов аналоговых сигналов, выполненных на основе аналоговых ключей. Методика проектирования кольцевых счетчиков на сдвигающих регистрах была изложена в § 4.6 — функции возбуждения сдвигающего регистра описываются выражениями:

при счете в прямом унитарном коде и

при счете в инверсном унитарном коде.

С точки зрения связи внутренних состояний с выходами счетчика (см. рис. 7.127), представляющие собой счетчики Джонсона по с дешифраторами внутренних состояний, следует отнести к кольцевым счетчикам, выполняющим счет в прямом унитарном коде. Из этого следует, что кольцевые счетчики могут быть построены и на основе счетчиков с произвольным кодированием их внутренних состояний, если к выходам его триггеров подключить полный дешифратор, преобразующий код внутренних состояний счетчика в унитарный код.

Проектирование кольцевых счетчиков на сдвигающих регистрах.

Сигналы переполнения многих m-разрядных двоичных суммирующих и реверсивных счетчиков с синхронной параллельной загрузкой данных описываются функциями (7.28) и (7.53), которые при значении сигнала принимают вид:

где число триггеров в счетчике.

Сравнение выражений (7.94) с соотношениями (7.92) и (7.93) указывает на возможность построения кольцевых счетчиков на

основе двоичных, так как двоичные счетчики с синхронной параллельной загрузкой данных легко преобразуются в сдвигающие регистры (см. рис. 7.52,б). На рис. 7.132 показана схема кольцевого счетчика по mod 5, выполненная на Вход управляет только счетом при поэтому можно положить и или вообще не подавать на него константы О или 1, так как воздействие этого входа на ИС блокировано значением сигнала

Рис. 7.132

Функция обеспечивает циркуляцию в 4-разрядном сдвигающем регистре, в который превращен счетчик только одного символа 0. Выходы кольцевого счетчика описываются инверсным унитарным кодом

т. е. кольцевой счетчик является генератором унитарного кода.

В состоянии сигнал переноса поэтому функция и -триггер можно исключить, использовав в качестве пятого разряда унитарного кода сигнал При этом не следует забывать, что задержка сигнала относительно тактового сигнала несколько больше задержки сигнала (см. рис. 4.51,б).

Реверсивные двоичные счетчики позволяют проектировать кольцевые счетчики для генерации как инверсного (при так и прямого (при унитарного кода, что следует из соотношений (7.92) - (7.94). На рис. 7.133 показана схема генератора -разрядного инверсного унитарного кода, выполненная на двух счетчиках Функция обеспечивает циркуляцию в 8-разрядном сдвигающем регистре только одного символа 0. Кольцевой счетчик, представленный на рис. 7.133, работает на частоте

Генератор -разрядного прямого унитарного кода может быть получен из схемы, изображенной на рис. 7.133, подачей значения сигнала и инвертированием сигнала так как при этом в соответствии с (7.94) функция

Генератор -разрядного прямого унитарного кода изображен на рис. 7.134 (числами обозначены выходы кольцевого счетчика — разряды унитарного кода причем входы и выходы с одинаковыми номерами следует соединить). Для увеличения быстродействия здесь, как и при каскадировании реверсивных двоичных счетчиков, использована схема параллельного переноса, описываемая функциями:

(хотя при применении сдвигающих регистров, нет смысла говорить о сигналах переноса, все-таки удобно использовать терминологию, принятую для описания счетчиков).

На рис. 7.135 приведены временные диаграммы, поясняющие преимущества параллельного переноса. Штриховыми линиями изображены сигналы при использовании схемы последовательного переноса, когда сигнал подается на вход следует при этом заменить на ЛЭ НЕ). При задержке сигнала в и ЛЭ ИЛИ-НЕ на период тактового сигнала циркулировать в 16-разрядном сдвигающем регистре будут уже две единицы. Кольцевой счетчик, изображенный на рис. 7.134, работает на частоте тактового сигнала а кольцевой счетчик с последовательным переносом, выполненный на трех на частоте Для построения генераторов прямого унитарного кода можно использовать и двоично-десятичные реверсивные счетчики так как при их сигнал переполнения совпадает с сигналом переполнения двоичных реверсивных счетчиков

Генератор -разрядного инверсного унитарного кода может быть получен из схемы, изображенной на рис. 7.134, подачей значения сигнала и заменой ЛЭ ИЛИ-НЕ на ЛЭ ИЛИ. В этом случае двоично-десятичные счетчики использовать нельзя.

(кликните для просмотра скана)

Коммутаторы аналоговых сигналов.

Комбинационные аналоговые коммутаторы (ключи и мультиплексоры-демультиплексоры) были описаны в § 4.5. Для последовательной коммутации аналоговых ключей может быть использована представляющая собой -разрядный сдвигающий регистр с асинхронной потенциальной установкой состояний триггеров значением сигнала Напряжения питания ИС должны удовлетворять неравенствам: Регистр выполнен с открытыми стоковыми выходами по технологии.

Рис. 7.137

Реализованная в ИС функция

позволяет получить кольцевой счетчик по (рис. 7.137,а) подачей выходного сигнала на вход DS (Data Serial - вход последовательного ввода данных). Открытые стоковые выходы -каналов необходимо подключить через резисторы к источнику напряжения питания Временные диаграммы, представленные на рис. поясняют работу этого кольцевого счетчика (значение выхода идентифицирует 11-е внутреннее состояние, но не используется для управления ключами). На рис. 7.137, б штриховыми линиями показаны значения сигналов при

Двоичные счетчики с параллельной асинхронной

потенциальной загрузкой данных могут быть использованы для построения коммутаторов аналоговых сигналов с последовательной и произвольной выборкой каналов. Так, представляет собой такой 16-канальный коммутатор, изготавливаемый по технологии (напряжения питания Параметры коммутатора: Ом, этих параметров см. в § 4.5).

Рис. 7.138

Структурная схема ИС 591КН1 приведена на рис. 7.138,6 и состоит из счетчика по mod 16, аналогового мультиплексора-демультиплексора и схемы управления (Control Logic), принципиальная схема которого показана на рис. 7.139. Функционирование схемы управления при значении сигнала описывается табл. 7.13. Сигнал используется для обеспечения последовательного режима выборки при каскадировании нескольких ИС (ES - Enable Sequential Mode). Сигнал блокировки переводит в Z-состояние входы-выходы и -канального аналогового мультиплексора-демультиплексора независимо от значений других сигналов.

Если конъюнкция то схема управления представляет собой комбинационную схему (табл. 7.13), и при сигналы можно использовать для включения ИС, так

Рис. 7.139

Таблица 7.13. (см. скан) Режимы работы

как в этом случае На рис. 7.140 показана схема -канального коммутатора с произвольной выборкой каналов, адреса которых задаются сигналами (адрес подается в обратном коде). Так как счетчик в выполнен с асинхронной потенциальной загрузкой данных, то при значении сигнала загрузки любое изменение адресных сигналов сразу же приводит к изменению выходных сигналов счетчика Адресные сигналы производят выбор одной из четырех ИС. Таким образом, изображенная на рис. 7.140 схема представляет собой обычный мультиплексор-демультиплексор

На рис. 7.141 показан коммутатор с последовательной выборкой каналов и программируемым их числом. Так как сигналы управления то сигнал (см. табл. 7.13) и сигнал переноса счетчика, т. е. счетчик переведен в режим счета с программированием модуля пересчета сигналом Поскольку асинхронная потенциальная загрузка числа производится в состоянии счетчика то будет осуществляться последовательная циклическая коммутация аналоговых сигналов Так, при получится -канальный коммутатор с последовательной выборкой каналов. Если связь с выхода на вход не введена, то коммутатор будет иметь 16 каналов с последовательной их выборкой.

На рис. 7.142 показано каскадирование коммутаторов с последовательной выборкой каналов. При включении питания значения сигналов всех трех ИС равны 0 до тех пор,

(кликните для просмотра скана)

пока конденсатор не зарядится через резистор до уровня логической 1, что обеспешт включение только одной так как вход Для этой же цели можно использовать ключ или внешний сигнал. Число последовательно коммутируемых каналов в каждой ИС программируется независимо числами и Эти числа могут принимать значения Сигнал в состоянии счетчика соответствующей ИС. Сигнал загружает в счетчик число при Z-состоянии ее входов-выходов. При переходе счетчика из состояния состояние установятся значения сигналов этой ИС, что приведет к ее отключению (переводу в Z-состояние входов-выходов) и включению сигнал принимает значение 1). Схема, изображенная на рис. 7.142, имеет кольцевую структуру, поэтому остальные ИС работают аналогично При загрузке чисел данная схема является -канальным коммутатором с последовательной выборкой каналов.

Регистры последовательных приближений.

При необходимости в качестве кольцевых счетчиков можно использовать -разрядные регистры последовательных приближений (рис. 7.143), используемые для построения аналого-цифровых преобразователей [45]: сигнал запуска преобразования, вход последовательного ввода данных, сигнал разрешения преобразования, DOS (Data Output Serial) - выход последовательного вывода данных, выход триггера указания завершения преобразования (СС - Conversion Complete), являющегося самым младшим разрядом регистра, состоящего из 13 триггеров.

Сигнал при значении сигнала устанавливает значения Затем при установке значений начинается ввод данных в регистр по входу DS в сторону младших разрядов, причем при вводе значения DS в разряд разряд обнуляется (этим самым осуществляется адресация триггера, в который будет производиться запись значения DS в следующем такте). Если при значение сигнала было равно 1, то в первом такте после установки значений в триггер записывается 0 (значение а не значение После этого значение сигнала не влияет на ввод данных который завершается при установке значения (регистр заполнен).

Последовательная установка разрядов в нуль позволяет

Рис. 7.143

Рис. 7.144

использовать регистры последовательных приближений в качестве -разрядных кольцевых счетчиков. Для этого на них следует подать сигналы и (рис. 7.144,а). Временные диаграммы, изображенные на рис. 7.144,в, поясняют работу этого счетчика (тактовый сигнал не показан; длительность значений сигналов равна периоду тактового сигнала схеме кольцевого счетчика, представленного на рис. 7.144,а, модуль пересчета можно изменять от 2 до 13 переключением обратной связи на выходы Если сигнал то получится кольцевой счетчик по с выходами

На рис. 7.144,г показаны временные диаграммы, поясняющие работу счетчика, изображенного на рис. 7.144,а, при подаче значения сигнала Триггеры изменяют состояние с 0 на 1 одновременно, а с 1 на 0 последовательно Такой счетчик можно использовать для генерации сигналов с различной скважностью. Скважность сигналов на выходах равна ( а на выходе . Обратную связь в этом случае также можно переключать на выходы

Кольцевые счетчики можно каскадировать для увеличения их разрядности. На рис. 7.144, б показана схема кольцевого счетчика по Если положить при то получится счетчик по с выходами