80. Организация счетчика с модулем пересчета, отличным от 2n. Для чего может понадобиться изменять модуль пересчета в ходе работы устройства, как это можно сделать?

Принцип построения счетчиков с K_n ≠ 2ⁿ сводится к следующему. Берут такое число n триггеров, чтобы выполнялось условие: .Затем схемным путем исключают 2ⁿ-K_n, избыточных состояний. Чаще всего исключают старшие состояния, реже – младшие или промежуточные. Делается это либо с помощью дешифратора определенного состояния, который своим выходным сигналом принудительно устанавливает счетчик в исходное состояние, либо с помощью обратных связей между триггерами. На рис. 5 приведен пример декадного (двоично-десятичного) счетчика с исключением старших избыточных состояний. Начальное состояние у него нулевое: A₀ {0000}. При поступлении входных импульсов счет идет как в обычном двоичном счетчике. Как только устанавливается состояние A₁₀ {1010}, на выходе элемента И, играющего роль дешифратора, вырабатывается сигнал y=Q₁Q₃=1, и счетчик принудительно переводится в начальное состояние A₀.

Рис. 5

Примером использования обратных связей для исключения избыточных состояний может служить ИС 133ИЕ2 (рис. 6,а). Она содержит T-триггер D1 и двоично-пятеричный счетчик на триггерах D2, D3, D4. Благодаря обратной связи с выхода Q₃ триггера D4 на вход J триггера D2, а также обратной связи в самом триггере D4 (с выхода Q₃ на вход К), обеспечивается соответственно блокировка действия пятого счетного импульса на триггер D2 и установка триггера D4 пятым импульсом в нулевое состояние (рис. 6,б). Таким образом, после пятого импульса получается A₀ {000}.

Рис. 6

Если выход Q₀ триггера D1 соединить со входом +1СТ, а счетные импульсы подавать на вход +1Т, то счетчик становится двоично-десятичным с K_n = 10.

Счетчики с модулем, не равным целой степени числа 2, т. е. с произволь­ным модулем, реализуются на основе нескольких методов. Для построения счетчика с произвольным модулем М берется разрядность n =[log₂K_сч], и округляется до ближайшего справа целого чис­ла. Иными словами, исходной структурой как бы служит двоичный счетчик с модулем 2ⁿ, превышающим заданный и ближайшим к нему. Такой двоич­ный счетчик имеет 2ⁿ — М = L лишних (неиспользуемых) состояний, под­лежащих исключению.

Способы исключения лишних состояний многочисленны, и для любого М можно предложить множество реализаций счетчика. Исключая некоторое число первых состояний, получим ненулевое начальное состояние счетчика, что приводит к отсутствию естественного порядка счета и регистрации в счетчике кода с избытком. Исключение последних состояний позволяет сохранить естественный порядок счета. Сложность обоих вариантов прин­ципиально одинакова, поэтому далее будем ориентироваться на схемы с ес­тественным порядком счета. Состояния счетчиков во всех случаях предпо­лагаем закодированными двоичными числами, т. е. будем рассматривать двоично-кодированные счетчики.

В счетчиках с исключением последних состояний счет ведется обычным спосо­бом вплоть до достижения числа М—1. Далее последовательность переходов счетчика в направлении роста регистрируемого числа должна быть прервана, и следующее состояние должно быть нулевым. При этом счетчик будет иметь М внутренних состояний (от 0 до М-1), т. е. его модуль равен М.

Остановимся на двух способах построения счетчиков с произвольным моду­лем: модификации межразрядных связей и управлении сбросом. При построении счетчика с модифицированными межразрядными связями последние, лиш­ние, состояния исключаются непосредственно из таблицы функционирования счетчика. При этом после построения схемы обычным для синтеза автоматов способом получается счетчик, специфика которого состоит в нестандартных функциях возбуждения триггеров и, следовательно, в нестандартных связях между триггерами, что и объясняет название способа. Схема получается как специализированная, изменение модуля счета требует изменения самой схе­мы, т. е. легкость перестройки с одного модуля на другой отсутствует. В то же время реализация схемы счетчика может оказаться простой.

При управлении сбросом выявляется момент достижения содержимым счет­чика значения М-1. Это является сигналом сброса счетчика в следующем такте, после чего начинается новый цикл. Этот вариант обеспечивает лег­кость перестройки счетчика на другие значения модуля, т. к. требуется из­менять лишь код, с которым сравнивается содержимое счетчика для выяв­ления момента сброса.

Двоично-десятичный счетчик считает до 10 в двоичном коде и затем сбрасывается в нуль. До 8-го импульса связь не влияет на работу счетчика. После 8-го импульса – запрет работы Т2. При числе 9 переключается только Т1, так как на К - Т4 = 0. При 10 импульсе 2-ой элемент не переключается, а первый сбрасывается в «0». 4 триггер работает в режиме RS триггера (при 10 импульсе), а раньше как JK триггер. При 10 импульсе 4 триггер устанавливается в «0».

Метод управляемого сброса позволяет изменять модуль счета очень простым способом, не требующим изменений самой схемы счетчика.Рассмотрим этот способ применительно к реализации синхронного счетчика с параллельным переносом. Функции возбуждения двоичного счетчика ука­занного типа, как известно, имеют вид:

J_j = K_j = Q₀Q ₁ ….. *Q_{i— 1} (в младшем триггере J₀ = К₀ = 1). Введем в эти функции сигнал сброса R, изменив их следующим образом:

Пока сигнал сброса отсутствует (R = 0), функции Jj и Kj не отличаются от соответствующих функций двоичного счетчика. Когда сигнал R приобретает единичное значение, все функции Jj становятся нулевыми, Kj — единичны­ми, что заставляет все триггеры сброситься по приходе следующего такта. Если сигнал R появится как следствие появления в счетчике числа М— 1, то будет реализована последовательность счета 0, 1,2, ..., М-1, 0 ..., т. е. счет­чик с модулем М. Схемы всех разрядов счетчика с управляемым сбросом не зависят от модуля счета. Кроме разрядных схем, счетчик содержит один конъюнктор, выраба­тывающий сигнал сброса при достижении содержимым счетчика значения М-1 (рис. 3.55, а).

Если, например, имеется четырехразрядный счетчик, и на входы конъюнк- тора выработки сигнала сброса подключены выходы триггеров, как показано на рис. 3.55, б, то сброс произойдет после достижения счетчиком числа 1001 = 9, т. е. счетчик будет работать как двоично-десятичный.

81. Тактирование в сложном цифровом устройстве: что это такое и для чего оно необходимо. Типовая структура тракта цифровой обработки. Требования к стабильности частоты тактирующих сигналов и к крутизне переключения.

82. Типовой состав блока синхронизации и назначение его отдельных частей. Однофазная и многофазная системы синхронизации.

83. Уменьшение расфазировки тактовых импульсов – для чего это нужно. Блок фазовой автоподстройки частоты (Phase Locked Loop).