2. Цифровые устройства на основе триггеров

Класс интегральных схем, предназначенных для обработки цифровой информации в вычислительных устройствах, отнесем к цифровым устройствам.

Цифровые устройства могут сопрягаться с архитектурой вычислительного устройства, а также технологически быть совместимыми с другими БИС микропроцессорного комплекта. Эти устройства относятся к интегральным системам последовательностного типа и реализуются на основе триггеров.

2.1. Счетчики

Каждая вычислительная система содержит несколько счетчиков, предназначенных для подсчета числа событий, временных интервалов, а также упорядочивания событий в хронологической последовательности. Счетчики состоят из триггеров.

Функциональная схема счетчика, имеющая 16 различных выходных состояний, представлена на рис. 10.1. Схема состоит из четырех Ж-триггеров, каждый из которых работает в режиме переключения (J'— К- 1).

Пусть в начальный момент состояния выходов счетчика соответствует двоичному числу 0000. При поступлении тактового импульса 1 на синхронизирующий вход С триггера Т\ этот триггер переключается и на индикаторе появится число 0001.

Тактовый импульс 2 возвращает триггер 7", в исходное состояние 0 (Q = 0), что стимулирует переключение триггера Т2 в состояние 1 (0= 1). На индикаторе появится число 0010.

Срез сигнала на выходе предыдущего триггера запускает следующий триггер. Триггер Т\ переключается с приходом каждого такого импульса, триггер Т2 переключается в два раза реже триггера Т1 и т. д. Под диаграммами, показанными на рис. 10.1, указаны двоичные числа, соответствующие различным состояниям счетчика.

Из диаграммы также следует, что тактовые импульсы запускают только триггер 7',, триггер 7', запускает триггер 7'2, триггер Т2, соответственно, 7'3 и т. д. Изменение состояния последовательно распространяется по цепочке триггеров, и такие счетчики называются счетчиками со сквозным переносом или асинхронными счетчиками.

Это четырехразрядный счетчик, на что указывает число двоичных разрядов на выходе. Для быстродействующих цифровых устройств важно, чтобы все ступени счетчика срабатывали одновременно. Такие счетчики называют синхронными. С этой целью тактовые импульсы одновременно подаются на выходы С всех триггеров. В данном режиме JK-триггеры используются как при J = К= 1, так и при J = К = 0.

2.2. Регистры сдвига

Регистры сдвига или сдвиговые регистры предназначены для сдвига числа на одну позицию каждый раз, когда вводится новое число.

Регистры сдвига обладают временной памятью. Регистры сдвига реализуются на триггерах. На рис. 10.2 приведена схема режима сдвига, реализованного на Ж-триггерах.

За четыре полных такта логическая единица с входа первого разряда передается на выход Q последнего разряда. На рис. 10.2, б приведены временные диаграммы работы четырехразрядного регистра сдвига.

Предполагается, что первоначальное состояние регистра нулевое, а логическое состояние на входе является логической единицей и не изменяется в течение четырех тактов синхронизации.

Если данные вводятся поразрядно, то регистр называется последовательным регистром сдвига.

Существует и параллельная загрузка, при которой информационные разряды вводятся в регистр одновременно по команде одного тактового импульса.