4. Логическое проектирование.
За основу устройства принят шестиразрядный реверсивный счетчик, построенный в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 3.1. Для управления модулями счета в схему дополнительно введены 2 триггера (TV и DC), а так же блоки компаратора и мультиплексора.
Опишем работу счетчика в прямом и обратном направлении счета.
В прямом направлении счета на компараторе выставляется число M-1, где М – модуль счета. При появлении на счетчике числа М-1 компаратор срабатывает по выходу “равно”. Этот сигнал поступает на вход D-триггера, который выдает сигнал сброса, спустя такт.
В обратном направлении счета при том же модуле, а соответственно и тех же сигналах на компараторе на выходах счетчика появляется число N-1, где N – разрядность счетчика. В результате чего компаратор срабатывает по выходу ”больше”. Данный сигнал поступает на вход TV-триггера, который выдает сигнал сброса. Этот сигнал поступает на входы мультиплексоров, которые стоят перед каждым триггером счетчика. Управляющими сигналами мультиплексора являются сигналы управления модулем счета. Таким образом происходит обнуление необходимых триггеров и предустановка начального значения счетчика.
Для обеспечения независимости сбросов прямого и обратного счетов введены 3 конъюктора, на которые подан сигнал, управляющий направлением счета.
Как это описание ввязано со следующим рисунком 4.1 не ясно.
Разрядность счетчика равна 6. Вы уверены в правильности описания работы в режиме вычитания?
У Вас по заданию всего четыре модуля счета, т.е. устройству достаточно всего двух сигналов, управляющих модулем счета. А у Вас их целых шесть, для чего?
Реверсивный счетчик с переменным модулем счета .
Конечная схема полученная в результате логического моделирования показана на рисунке 4.1, а её временные диаграммы на рисунке 4.2.
Рисунок 4.1 — реверсивный счетчик с переменным модулем счета
а) 11
б) 18
в)
29
г)
47
Рисунок 4.2 — Временные диаграммы счетчика (прямой счет)
а)11
б)18
в)29
г)47
Рисунок 4.3 — Временные диаграммы счетчика (обратный счет)
Как будет работать устройство при понижении модуля счета из большего, чем новый модуль числа?
Например. M1 = 47 и текущее число на счетчике Q1 = 12, в этот момент переключаемся на модуль счета M2 = 11. Какое число появится на счетчике на очередном такте и далее?
RS-триггер.
Схема RS-триггера показана на рисунке 4.4.
R |
S |
Qn |
Qn+1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
x |
1 |
1 |
1 |
x |
Т
аблица
4.1 - таблица истинности RS-триггера.
Рисунок 4.4 — переключающийся по фронту RS-триггер в базисе И-НЕ
и его диаграмма работы
DC-триггер.
Схема DC-триггера показана на рисунке 4.5.
Qn
D
C
Qn+1
Qn
D
C
Qn+1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
Таблица 4.2 – Таблица истинности DC-триггера
Рисунок 4.5 — DC-триггер в базисе И-НЕ и его диаграмма работы
TV-триггер.
Схема TV-триггера показана на рисунке 4.6.
V |
T |
Qn |
Qn+1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Таблица 4.3 – таблица истинности TV-триггера
Qn+1=
;
Рисунок 4.6 — переключающийся по фронту TV-триггер в базисе И-НЕ и его диаграмма работы
Мультиплексор.
Для управления режимами счета (прямой - обратный) и сброса, используется мультиплексор 2-1. Его схема представлена на рисунке 4.7.
Рисунок 4.7 — мультиплексор 2-1 в базисе И-НЕ
Логическая
функция мультиплексора в соответствии
с логическим базисом.
Компаратор для управления счетом.
За основу возьмем схему двухразрядного компаратора с возможностью наращивания из книги «Цифровая схемотехника». рисунок 4.8.
Рисунок 4.8 —Двухразрядный компаратор
a |
b |
FA>B |
FA<B |
FA=B |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Таблица 4.4 – таблица истинности компаратора.
Логические функции компаратора с учетом входов повышения разрядности (F’):
Каскадируя данный компаратор получаем шестиразрядный (рисунок 4.9)
Рисунок 4.9 —Шестиразрядный компаратор
Максимальный путь равен 28 вентилям. Максимальный коэффициент разветвления по выходу равен 6.