2. Проектирование 8-разрядного счетчика джонсона

2.1. Принцип работы счетчика Джонсона

Счетчик Джонсона имеет 2n состояний, где n – количество триггеров. Код Джонсона можно преобразовать в распределитель тактов с выходным кодом «1 из N». Принцип работы счетчика поясняется таблицей 2.1.

Таблица 2.1. Рабочий цикл 8-разрядного счетчика Джонсона

Состояние	Q0	Q1	Q2	Q3	Q4	Q5	Q6	Q7	Код «1 из N»
0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	1	0	0	0	0	0	0	0
2	1	1	0	0	0	0	0	0
3	1	1	1	0	0	0	0	0
4	1	1	1	1	0	0	0	0
5	1	1	1	1	1	0	0	0
6	1	1	1	1	1	1	0	0
7	1	1	1	1	1	1	1	0
8	1	1	1	1	1	1	1	1
9	0	1	1	1	1	1	1	1
10	0	0	1	1	1	1	1	1
11	0	0	0	1	1	1	1	1
12	0	0	0	0	1	1	1	1
13	0	0	0	0	0	1	1	1
14	0	0	0	0	0	0	1	1
15	0	0	0	0	0	0	0	1

Счетчик Джонсона строится на сдвиговом регистре с обратной связью. Сдвигающий, или сдвиговый регистр (shift register) это регистр, содержимое которого при подаче управляющего сигнала СДВИГ может сдвигаться в сторону старших или младших разрядов. Схема сдвигающего регистра из цепочки триггеров показана на рисунке 2.1.

Рис.2.1. Сдвигающий регистр

Триггер Q₀ – младший , Q_m–1 – старший; входы каждого триггера (кроме Q₀) подключены к выходам соседнего младшего триггера. Когда на все С-входы триггеров поступает активный фронт сигнала Shift, выходы каждого триггера принимают состояние своего младшего соседа и, таким образом, информация, содержащаяся в регистре, сдвигается на один разряд вправо, в сторону старших разрядов. Триггер Q₀ принимает при этом состояние последовательного входа DS (data serial). Информация, поступившая на вход DS во время какого-либо такта, появится на выходе Q_m–1 через m тактов.

Существенно, что в схеме могут быть использованы только «непрозрачные» триггеры – двухступенчатые или с динамическим управлением. Если поставить прозрачные защелки, то при активном уровне сигнала Shift все триггеры становятся прозрачными, и сигнал DS успеет пройти столько триггеров, сколько позволит длительность сигнала Shift .

Регистр может работать в четырех режимах: установка в нулевое состояние, параллельное занесение данных, сдвиг, хранение данных.

На рисунке 2.2 приведена схема счетчика Джонсона и временные диаграммы.

Рис.2.2. Схема счетчика Джонсона

2.2. Элементная база счетчика

Счетчик выполнен на интегральных схемах малой и средней степени интеграции (МИС и СИС) 555-й серии – ТТЛШ. Триггеры JK-типа.

JK-триггер относится к тактируемым триггерам, то есть он срабатывает по фронту тактового сигнала (синхроимпульса). Примером может служить показанная микросхема ТВ9, имеющая в одном корпусе два JK-триггера с асинхронными входами сброса и установки и . Состояние триггера может быть изменено сигналами на двух информационных входах J и К. Переключение триггера происходит по отрицательному фронту сигнала С (по переходу из единицы в нуль) в зависимости от состояний сигналов J и К. При единице на входе J и нуле на входе К по фронту сигнала С прямой выход устанавливается в единицу (обратный – в нуль). При нуле на входе J и единице на входе К по фронту сигнала С прямой выход устанавливается в нуль (обратный – в единицу). При единичных уровнях на обоих входах J и К по фронту сигнала С триггер меняет состояние своих выходов на противоположные (это называется счетным режимом).

Входы и работают точно так же, как и в RS-триггере, то есть отрицательный импульс на входе устанавливает прямой выход в нуль, а инверсный – в единицу, а отрицательный импульс на входе устанавливает прямой выход в единицу, а инверсный – в нуль.

Таблица 2.1. Таблица истинности JK-триггера ТВ9

Входы					Выходы
		J	К	С
1	0	Х	Х	Х	1	0
0	1	Х	Х	Х	0	1
0	0	Х	Х	Х	Не определено
1	1	1	0		1	0
1	1	0	1		0	1
1	1	0	0		Не изменяется
1	1	1	1		Меняется на противоположное
1	1	Х	Х	0	Не изменяется
1	1	Х	Х	1	Не изменяется
1	1	Х	Х		Не изменяется