книги из ГПНТБ / Цифровые многозначные элементы и структуры учеб. пособие

десятичного разряда регистра на базе бестрансформаторного фазо-им­ пульсного элемента и диодно-конденсаторных ключей.

Основная операция над числами в регистре — это сдвиг. Быстрее всего (за два такта) операцию сдвига осуществляет схема, состоящая

Один из простых способов сдвига кода в пространстве при одном общем коммутаторе разрядов можно осуществить с помощью схемы на рис. 76. Импульс, соответствующий команде «Сдвиг», устанавли­ вает триггер Т в состояние «1 », а коммутатор КР в состояние п — 1 (то есть на п — 1 -й шине КР появляется разрешающий потенциал). На последовательном выходе регистра появляется импульс, характе­ ризующий состояние п — 1-й ячейки регистра. Этот импульс прохо­

производить и кольцевой сдвиг. Для этого необходимо иметь вспомо­ гательную ячейку для хранения цифры, которая была записана до сдвига в ячейке Пп,

140

Выход вспомогательной ячейки должен быть подключен к счи­ тывающей обмотке сердечника Ф.

Часто возникает необходимость обратиться непосредственно к про­ извольному разряду регистра. Поскольку сдвигающие регистры не об­ ладают достаточной гибкостью, целесообразно пользоваться при этом адресным принципом выборки информации. При этом выход и вход каждой фазо-импульсной ячейки памяти подключаются к адресным ключам, которые пропускают на выход число, поступившее на их вхо­ ды, только после предварительно поданной команды.

Команды по управлению адресными регистрами удобно представ­ лять фазо-импульсными кодами, так как при этом для реализации адресных ключей можно использовать простейшие радиокомпоненты— ферритовые сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса и тран­ зисторные схемы совпадения.

Описанные выше регистры построены на динамических элементах памяти и характеризуются неразрушающим считыванием информации, благодаря чему их можно применять (в отличие от феррит-транзис- торных и феррит-диодных регистров) вместо регистров на потенциаль­ ных триггерных декадах, например в цифровых измерительных при­ борах, где необходим постоянный выход на преобразователь коданалог или на цифровую индикацию.

Сравнение описанных регистров, а также некоторых других их вариантов [26], с широко распространенными регистрами на потен­ циальных триггерах показывает, что такие регистры обеспечивают выигрыш по количеству деталей в 3,5—4 раза, а по стоимости и потреб­ лению энергии в 4— 6 раз.

§ 5.3. Принципы построения счетчиков импульсов на фазо-импульсных элементах

___ Наиболее естественной и перспективной областью применения фа­ зо-импульсных многоустойчивых элементов является разработка устройств, работа которых основывается на прямом счете импульсов. Фазо-импульсный элемент может выполнять функции одноразрядного счетчика импульсов, поскольку появление каждого импульса на до­ полнительном (счетном) входе вызывает переход схемы в смежное состояние (рис. 31). При этом благодаря цикличности процессов в схеме ее переход из конечного состояния в начальное не отличается от любых других переходов и не требует применения специальной схе­ мы возврата.

Для пересчетного управления на входе фазо-импульсного элемента применяют двувходовую схему ИЛИ, на один вход которой поступают тактовые импульсы, а на второй — сдвинутые относительно них счетные (на рис. 31 схему ИЛИ образуют входные диоды). Напряжение на накопительном конденсаторе увеличивается с приходом как так­

141

тового, так и счетного импульса. Если счетный импульс хотя бы час­ тично совпадает во времени с тактовым, то на вход элемента поступит только один импульс, то есть произойдет просчет. Следовательно, что­ бы исключить просчет, необходимо принять специальные меры для смещения во времени счетных импульсов относительно тактовых.

Другой способ пересчетного управления заключается в использо­ вании дополнительной дозирующей цепочки для независимой подачи на накопительную емкость счетных импульсов. Если два импульса совпадают по времени, можно считать, что на схему действует только один импульс, но через две равные параллельно включенные дозирую­ щие емкости. Величина приращения напряже-

Известны также и другие способы организации пересчетного управ­ ления фазо-импульсным элементом [26], каждый из которых имеет свои преимущества.

При построении многоразрядных счетчиков необходимо, чтобы в процессе счета в момент перехода каждого предыдущего разряда из конечного состояния в начальное на последующий разряд поступал сигнал переноса. Так как фазо-импульсный элемент является динами­ ческим элементом, то на выходе одноразрядного фазо-импульсного счетчика всегда есть импульсы той или иной фазы, даже если счетные импульсы не поступают на его вход. Поэтому выходные импульсы одноразрядного счетчика нельзя использовать непосредственно в ка­ честве сигналов переноса.

то при переходе Р1 в состояние, одинаковое с состоянием РО, импуль­ сы с выхода первого разряда проходят через схему И на вход следую­

хождения Р1 в нулевом состоянии, в то время как для нормальной работы счетчика необходимо, чтобы на Р2 проходил только один им­ пульс переноса. С этой целью каждый разряд счетчика дополняется

142

триггером Т с раздельными входами установки нуля и единицы (рис.80). При переходе Р1 в состояние, которому соответствует выходной сиг­ нал с фазой 9, очередной импульс проходит через схему совпадения И2, на второй вход которой поступает опорная последовательность импуль­ сов с фазой 9. Выходной сигнал с И2 устанавливает триггер Т в со­ стояние «1», открывая тем самым схему И1. После поступления на вход PI очередного счетного импульса сигнал с выхода этой ячейки, совпа­ дая с опорным сигналом с выхода РО, проходит на вход Р2. Одновре­ менно этот же импульс через схему задержки С возвращает триггер в нулевое состояние, предотвращая тем самым выработку ложных

сигналов переноса.

Другой способ выделения сигналов переноса иллюстрируется схе­ мой рис. 81. Здесь коэффициент деления всех разрядов счетчика

Рис. 81. Схема выделения сигнала переноса с обратной связью.

выбирается на единицу больше основания принятой системы счисления (для десятичной системы счисления этот коэффициент равен 11). При переходе разряда Р1 счетчика из состояния с фазой 9 в следующее — одиннадцатое состояние — выходной импульс Р1 с фазой 0 совпадает во времени с одним из импульсов, появляющихся на выходе опорной ячейки РО. В этом случае на выходе И1 появляется импульс переноса, поступающий на вход Р2. Этот же импульс через схему задержки С воздействует на вход первого разряда, переводя его из одиннадцатого состояния в первое, соответствующее цифре 0.

Таким образом, при поступлении очередного импульса в результа­ те действия обратной связи разряд Р1 счетчика переходит из десятого состояния в первое, вырабатывая только один импульс переноса. Если все элементы обладают одиннадцатью устойчивыми состояниями, то последнее состояние в них является квазиустойчивым и используется только для выработки сигналов переноса.

Выше рассматривались способы построения суммирующих счет­ чиков. Легко заметить, что частота импульсов на входе формирова­ теля фазо-импульсного элемента равна сумме частот тактовых и счетных импульсов. Если же входную цепь фазо-импульсного элемента постро­ ить так, чтобы счетные импульсы уменьшали частоту импульсов на входе формирователя (это можно сделать, например, с помощью схемы типа ЗАПРЕТ), то счетчик будет вычитающим [26],.

143

Отличительной особенностью рассмотренных счетчиков является наличие в каждом разряде фазо-импульсного элемента со счетным вхо­ дом. Однако, для небольших скоростей счета применение таких счет­ чиков не целесообразно. Более эффективны счетчики на основе деся­ тичных фазо-импульсных регистров, в которых используются элементы типа синхронизированного релаксатора (рис. 32), отличающиеся схем­ ной простотой и высокой надежностью. Один из возможных вариантов такого счетчика (рис. 82) содержит регистр I с коммутатором разрядов

КР, десятичный сумматор II в цепи обратной связи с выхода регистра на его вход, синхронизатор и генератор фазо-импульсных констант (опорных последовательностей). Благодаря использованию фазо-им­ пульсного регистра удается, наряду с последовательным, организо­ вать параллельный выход со всех разрядов регистра, что обеспечивает хорошее сочетание счетчика с исполнительными органами и устрой­ ствами индикации. Рассмотрим особенности построения основных узлов такого счетчика.

Работа всех узлов синхронизируется генератором тактовых импуль­ сов ГИ, выполненном на мультивибраторе с выходными формирова­ телями. Для распознавания состояния фазо-импульсных элементов используется генератор констант ГК на феррит-транзисторном дели­ теле частоты, который выдает импульсы, соответствующие цифрам О, 1, ..., 9.

Сумматор (рис. 82) содержит триггер управления ТУ, набор управ­ ляющих схем И, ИЛИ, а также комбинационную схему КС, на вхо­ ды которой поступают сигналы х с выхода регистра и все константы.

144

Комбинационная схема реализует функции

х+ 1 (mod 10 ),

х—• 1 (mod 10 ),

9х = |9 при х = 9,

(5.1)

(0 при х=т^9,

0 10 при * = 0 ,

(5.2)

(0 при х Ф 0 ,

жественных операций (§ 2.3). При этом выражения для функций х + + 1 (mod 10 ) и х — 1 (mod 10) имеют вид:

На рис. 83 показана схема, реализующая функцию (5.4), выпол­ ненная на транзисторных ключах и ферритах. Транзисторы Т10 и Г/, где / = 0, 1, ..., 9, могут быть использованы также для получе­ ния выражений (5.1) — (5.3). Чтобы выполнить суммирование и вы­ читание, необходимо два такта (такт — временной интервал между двумя соседними импульсами констант). Поэтому импульсы, соответ­ ствующие константе 9, поступают на коммутатор разрядов через де­

литель частоты (деление частоты на два), выполненный на триггере ТД. Быстродействие описываемого счетчика определяется выражением

пительным конденсатором является С1. Емкость его выбирается так* чтобы элемент в этом случае обладал девятью состояниями, то есть ре­ ализовал функцию х — 1 (mod 10). При открытом ключе ТЗ емкость

накопительного конденсатора увеличивается на величину С2, которая подбирается таким образом, чтобы элемент обладал одиннадцатью состояниями, то есть реализовал функцию х + 1 (mod 10).

Особенно эффективен описанный метод построения счетчиков в многосчетчиковых системах (рис. 86). Если счет импульсов может одно­ временно производиться только одним из счетчиков, количество

146

сумматоров в этом случае можно сократить до одного, что дает дополни­ тельное упрощение системы.

Представляет интерес оценка аппаратурных затрат, необходимых для построения системы из т, «-разрядных счетчиков. Для построения такой системы (рис. 86) необходимо т регистров, два коммутатора н а т и п выходов соответственно, сумматор и вспомогательные устрой­ ства (генератор тактовых импульсов, генератор констант и др.) Сле­ довательно, аппаратурные затраты Lx (Л, т) на построение системы счетчиков

Lj («, т) = / 4 (16 -f пт + « + т),

L2(«, т) = /4 (10 + Зпт).

Из этих выражений можно найти значения « 0 и т0, начиная с кото­ рых целесообразно применять описанный метод построения счетчиков, а именно:

Lx(«0, т0) = Z-2 («о, т 0).

Отсюда

Анализ полученного выражения показывает, что если при « > 3 число тп > 7, то система счетчиков на основе регистров требует для построения меньше аппаратуры, чем система, построенная на основе фазо-импульсных элементов со счетными входами.

147

§5.4. Последовательные накапливающие сумматоры

Вустройствах с фазо-импульсным представлением информации целесообразно применять последовательный принцип выполнения арифметических операций (§ 5.1). В связи с этим представляют инте­ рес последовательные накапливающие сумматоры, являющиеся основ­ ными узлами арифметических устройств.

Способы сложения цифр, представлен­ ных фазо-импульсными кодами, обычно

сумматора по цепи реализации переноса П в момент начала обработки следующего разряда.

Рис. 88. Функциональная схема последовательного сумматора.

Отметим одну характерную для фазо-импульсного принципа представления информации особенность: импульс, соответствующий сумме, не всегда может появляться в том же такте, в который приходят импульсы слагаемых (в противном случае, например при 5 + + 7 (mod 10) = 2, импульс суммы должен был бы появиться раньше

148

слагаемых). Отсюда вытекает необходимость выделения, по крайней мере, двух тактов для выполнения операции сложения двух цифр. Если разряды yt и х{слагаемых вводить в сумматор последовательно (первое у ( непосредственно на установочный вход элемента Э в первом такте, второе х{— по каналу преобразования во втором такте), то операция сложения требует трех тактов.

Двухтактное суммирование можно обеспечить параллельной ра­ ботой двух каналов преобразования информации на входе элемента Э.

Рис. 89. Временная диаграмма работы последовательного сумматора.

На рис. 88 показана функциональная схема последовательного сумматора. В первом такте Т (рис. 89) элемент Э устанавливается им­ пульсом с фазой I/< (на рис. 89 yt = 4) в состояние yt. Во втором такте при сложении на счетный вход этого элемента из десяти синхроим­ пульсов СИ поступает Ю — xt импульсов, а при вычитании — х{ импульсов. Благодаря этому элемент Э устанавливается в состояние у( + Х{ (mod Ю) при сложении или в состояние yt — xi (mod Ю) при вычитании. Появление импульса на выходе элемента во втором такте свидетельствует о единичном значении сигнала заема при вычитании

149