Тема 11. Послідовна інтегральна мікро схемотехніка

До послідовних схем відносяться ІС, що містять елементи пам’яті, які здатні зберігати двійкову інформацію. У всіх послідовних ИС використовуються елементи пам'яті, як які звичайно служать бістабільні осередки БО або тригери різних типів.

Основними типами послідовних ИС, а також схем, які входять а склад БІС і СБИС є лічильники, регістри і генератори чисел.

Регістром називається функціональний вузол, який виконує зберігання операндів і їх зрушення на певне число розрядів.

Генератори чисел – це числова послідовність _ вузол, який формує на виходах задану послідовність двійкових чисел.

Лічильником називається послідовний пристрій, призначений для рахунку вхідних імпульсів і фіксації їх числа в двійковому коді.

Робота лічильників характеризується статичними та динамічними параметрами. Основним статичним параметром лічильника є модуль рахунку М, який характеризує максимальне число імпульсів, після приходу якого лічильник встановлюється в початковий стан.

До динамічних параметрів, які характеризують швидкодію лічильника, відноситься час встановлення вихідного коду, визначуваний тривалістю часового інтервалу між моментами подачі вхідного сигналу і встановлення нового коду на виході.

Лічильники класифікуються по наступних параметрах.

По значенню модуля рахунку лічильники підрозділяють на:

двійкові - модуль рахунку яких рівний цілому ступеню числа 2 ;

двійково-кодовані - в яких модуль рахунку може приймати будь-яке значення, не рівне цілому ступеню числа 2.

По напряму рахунку лічильники підрозділяють на:

такі, що додають – поява імпульсу на вході такого лічильника збільшує на одиницю код числа, який в ньому зберігається;

такі, що віднімають - поява імпульсу на вході такого лічильника зменшує на одиницю код числа, який в ньому зберігається ;

реверсивні - лічильники, які залежно від комбінацій вхідних сигналів можуть працювати як в режимі зменшення, так і в режимі збільшення кода , який зберігається, на одиницю.

За способом організації міжрозрядних зв'язків лічильники діляться на:

лічильники з послідовним переносом, в яких перемикання тригерів розрядних схем здійснюється послідовно один за іншим;

лічильники з паралельним переносом, в яких перемикання тригерів розрядних схем здійснюється одночасно по сигналу синхронізації;

лічильники з комбінованим послідовно-паралельним переносом , в яких використовуються різні комбінації переносу.

Основним елементом лічильників є тригер, що працює в рахунковому режимі ( Т– тригер ) . Якщо декілька таких тригерів з'єднати послідовно, (рис.11.3) з'єднавши вхід кожного наступного з прямим виходом попереднього, встановити всі тригери в “0” і потім подавати на вхід С першого тригера імпульси, то робота такої схеми відбуватиметься так, як показано на рис. 11.4.

Рис.11.3

Рис.11.4.

З діаграми роботи лічильника, представленої на рис.11.4, видно, що після приходу на тактовий вхід тригера N-ого імпульсу лічильник приходить в стан, відповідний двійковому коду числа N. Тому така схема називається двійковим лічильником імпульсів. При цьому вхід С першого тригера називається входом лічильника, тригери – його розрядами, а прямі виходи тригерів – виходами лічильника.

Оскільки після приходу на вхід чергового імпульсу, записаний в лічильнику код збільшується на одиницю, режим роботи лічильника називається режимом додавання.

Якщо з'єднати входи тригерів лічильника не з прямими, а з інверсними виходами попередніх тригерів, то кожний вхідний імпульс зменшуватиме записаний в лічильник код на одиницю. Такий лічильник працює в режимі віднімання.

Для чотирьох розрядного лічильника, зображеного на рис.11.1., модуль рахунку M = 16. Взагалі для двійкових лічильників, що складаються з L тригерів, M = .

Якщо усередині чотирьох розрядного лічильника ввести зв'язки так, як показано на рис. 11.5, то він підраховуватиме імпульси в двійковому коді, проте модуль рахунку його стане рівним M = 10. Такий лічильник називається двійково-десятковим, а його схема - декадою. Діаграма роботи декади показана

на рис.11.8.

Рис.11.5.

Лічильники в інтегральному виконанні найчастіше виготовляються чотирьох розрядними. На схемах вони зображаються за допомогою умовних графічних позначень, наприклад показаних на мал. 11.6 і 11.7, відповідно двійкового і двійково-десяткового лічильників. Чотирьохрозрядні двійково-десяткові лічильники інколи називають декадами.

Рис.11.6. Рис.11.7

Рис11.8.

Лічильник, що складається з L послідовно включених двійкових чотирьох розрядних лічильників, має . Лічильник, що складається з L послідовно включених декад, має .

Лічильники можуть виконувати інші, окрім підрахунку імпульсів, функції. Наприклад, вони можуть служити для ділення частоти проходження прямокутних імпульсів. Якщо лічильник має модуль M, то частота вхідних імпульсів і частота f₂ вихідних імпульсів зв'язані залежністю:

f ₁ = M f ₂ .