Меню

Как работает кольцевой счетчик



Кольцевые счетчики и счетчики Джонсона

На базе регистров сдвига можно построить кольцевые счетчики — счетчики Джонсона. Счетчик Джонсона имеет коэффициент пересчета, вдвое больший числа составляющих его триггеров. В частности, если счетчик состоит из трех триггеров (m=3), то он будет иметь шесть устойчивых состояний. Счетчик Джонсона используется в системах автоматики в качестве распределителей импульсов и т.д.

Таблица состояний счетчика Джонсона (рис. 3.29) содержит 2m (m — количество триггеров в составе регистра) строк и m-столбцов. Количество разрядов счетчика определяется количеством триггеров (рис. 3.29). Рассмотрим схему трехразрядного счетчика Джонсона, выполненного на базе D-триггеров (регистр сдвига реализован на D-триггерах). Для построения кольцевого счетчика достаточно соединить инверсный выход последнего триггера регистра (последнего разряда) с входом “D” (с входом, предназначенным для ввода последовательной информации) первого триггера.

Рис. 3.29. Таблица состояний а) и схема б) счетчика Джонсона на трехразрядном регистре сдвига

Предположим, что вначале все триггеры находятся в состоянии “0”, т.е. Q= Q1=Q2=0. При этом на входе “D” первого триггера присутствует уровень “1”, т.к =1. Первым синхроимпульсом в триггер Т1 запишется “1”, вторым — единица запишется в первый триггер, из первого — во второй и т.д. до тех пор, пока на всех выходах регистра не будет “1”. После заполнения регистра единицами, на инверсном выходе триггера Т3 появится =0 и четвертым синхроимпульсом в Т1 запишется логический “0” (рис. 3.29, б).

После поступления последующих трех синхроимпульсов регистр обнуляется и на его вход “D” снова подается уровень “1”. Таким образом, цикл повторения состояния кольцевого счетчика состоит из шести тактов синхросигнала. Как видим, при работе в начале от первого триггера до последнего триггера распространяется “волна единиц”, а затем “волна нулей”. Код, в котором работает счетчик Джонсона, называют кодом ЛибауКрейга.

11. Транзисторные схемы с отрицательной нагрузкой

Источник

2.5.3.1 Кольцевые счетчики

Кольцевые счетчики – это замкнутые в кольцо регистры сдвига, состояние триггеров которых изменяется под воздействием входных сдвигающих импульсов. Простой вариант такого счетчика, состоящего из двух D-триггеров и схемы 2ИЛИ-НЕ изображен на рис.2.37.

Принцип работы схемы счетчика (он же делитель частоты) поясняется таблицей истинности (табл.2.26) и диаграммами рис.2.38.

Как видно из рисунка приход каждого тактового импульса вызывает продвижение единичного состояния от одной ячейки к другой в соответствии с законами их функционирования. Частота выходных импульсов оказывается здесь в три раза меньше частоты тактовых импульсов. Рис. 2.38

Читайте также:  Что будет если с счетчик затопило водой

Для построения подобного счетчика

с коэффициентом cчета Ксч=n понадобилось бы количество счетных триггеров К=n-1, что при n>>1 ограничивает его область применения в качестве делителя частоты.

Более предпочтительной выглядит структура кольцевого счетчика с перекрестными связями, пример построения которого приведен на рис.2.39

Таблица состояний счетчика (табл.2.27) и диаграммы его работы (рис.2.40) иллюстрируют процесс формирования выходных импульсов

Рис. 2.39 Q1,Q2, Q3. При такой перекрестной связи по кольцу регистра передаются «потоки»единиц и нулей, одинаковые по длительности и составляющие половину периода выходной частоты, которая оказывается в 2n раз меньше частоты тактов, где n-число триггеров. Сами импульсные последовательности сдвинуты друг относительно друга на один такт, т. е. на на одну шестую периода следования тактов.

Таблица 2.27

Источник

Счетчик звонков — Ring counter

Кольцевой счетчик представляет собой тип счетчика , состоящий из триггеров соединены в регистр сдвига , с выходом последнего триггера , подаваемый на вход первого, делая «круговую» или «кольцо» структуру.

Есть два типа кольцевых счетчиков:

  • Прямой кольцевой счетчик , также известный как один горячий счетчик , соединяет выход последнего регистра сдвига для первого сдвигового регистра ввода и циркулирует один (один или ноль) бит вокруг кольца.
  • Витой кольцевой счетчик , называемые также переключатель хвост кольцевого счетчиком , ходить кольцевой счетчик , счетчик Джонсона , или Möbius счетчик , соединяет дополнение выхода последнего регистра сдвига на вход первого регистра и циркулирует поток единиц с последующим нули по кругу.

Содержание

Последовательности четырехбитного счетчика звонков

Прямой кольцевой счетчик Счетчик Джонсона
высказывать Q0 Q1 2 квартал 3 квартал высказывать Q0 Q1 2 квартал 3 квартал
1
1 1 1 1
2 1 2 1 1
3 1 3 1 1 1
1 4 1 1 1 1
1 1 5 1 1 1
2 1 6 1 1
3 1 7 1
1

Свойства

Кольцевые счетчики часто используются при проектировании оборудования (например, при проектировании ASIC и FPGA ) для создания конечных автоматов . Для двоичного счетчика потребуется схема сумматора , которая существенно сложнее кольцевого счетчика и имеет более высокую задержку распространения при увеличении количества битов, тогда как задержка распространения кольцевого счетчика будет почти постоянной независимо от количества бит в коде. .

Прямая и скрученная формы имеют разные свойства, а также относительные преимущества и недостатки.

Общий недостаток кольцевых счетчиков состоит в том, что они представляют собой коды с более низкой плотностью, чем обычные двоичные кодировки номеров состояний. Двоичный счетчик может представлять 2 ^ N состояний, где N — количество битов в коде, тогда как прямой кольцевой счетчик может представлять только N состояний, а счетчик Джонсона может представлять только 2N состояний. Это может быть важным соображением в аппаратных реализациях, где регистры дороже, чем комбинационная логика.

Читайте также:  Счетчик символов для форума

Иногда отдают предпочтение счетчикам Джонсона, потому что они предлагают в два раза больше состояний счетчика из того же числа регистров сдвига и потому, что они могут самоинициализироваться из состояния все нули, не требуя ввода первого бита счета извне при запуске. -вверх. Счетчик Джонсона генерирует код, в котором соседние состояния отличаются только одним битом (то есть имеют расстояние Хэмминга, равное 1), как в коде Грея , который может быть полезен, если битовый шаблон будет дискретизироваться асинхронно.

Когда требуется полностью декодированное или оперативное представление состояния счетчика, как в некоторых контроллерах последовательности, предпочтительным является прямой кольцевой счетчик. Свойство one-hot означает, что набор кодов разделен минимальным расстоянием Хэмминга, равным 2, поэтому любая однобитовая ошибка обнаруживается (как и любой шаблон ошибки, кроме включения одного бита и выключения одного бита).

Иногда используются двунаправленные регистры сдвига (с использованием мультиплексоров, принимающих вход для каждого триггера от его левого или правого соседа), так что можно сделать двунаправленные или восходящие кольцевые счетчики.

Логические схемы

Логическая структура прямого кольцевого счетчика показана здесь:

Вместо линии сброса, устанавливающей начальный шаблон однократного включения, прямое кольцо иногда самоинициализируется за счет использования распределенного вентиля обратной связи на всех выходах, кроме последнего, так что на входе появляется 1, когда нет 1 ни на одном этапе, кроме последнего.

Счетчик Джонсона, названный в честь Роберта Ройса Джонсона , представляет собой кольцо с перевернутой стороной; вот 4-битный счетчик Джонсона:

Обратите внимание на небольшой пузырек, указывающий на инверсию Q-сигнала из последнего сдвигового регистра перед подачей на первый вход D, что делает его счетчиком Джонсона.

История

До появления цифровых вычислений цифровые счетчики использовались для измерения скорости случайных событий, таких как радиоактивный распад на альфа- и бета-частицы. Счетчики с быстрым «предварительным масштабированием» снижают частоту случайных событий до более управляемой и более регулярной. Кольцевые счетчики с пятью состояниями использовались вместе со шкалами деления на два для создания декадных (степень десяти) масштабаторов до 1940 года, таких как те, которые были разработаны CE Wynn-Williams .

Ранние кольцевые счетчики использовали только один активный элемент (электронная лампа, клапан или транзистор) на каскад, полагаясь на глобальную обратную связь, а не на локальные бистабильные триггеры, для подавления состояний, отличных от одного горячего состояния, например, в патентной заявке 1941 года от Роберта Э. Мамма из Национального Наличный Registor компании . Уилкокс П. Овербек изобрел версию, использующую несколько анодов в одной вакуумной лампе. В знак признания его работы кольцевые счетчики иногда называют «кольцами Овербека» (а после 2006 года иногда называют «счетчиками Овербека», поскольку Википедия использовала этот термин с 2006 по 2018).

Читайте также:  Что показывает электросчетчик меркурий 200

Эниак использовал десятичную арифметику на основе 10-состояний одного докрасна кольцевых счетчиков. Работы Муммы в NCR и Овербека в Массачусетском технологическом институте были среди произведений известного уровня техники, рассмотренных патентным бюро при признании недействительными патентов Дж. Преспера Эккерта и Джона Мочли на технологию ENIAC.

К 1950-м годам появились кольцевые счетчики с двухтрубным или двухтриодным триггером на каскад.

Роберт Ройс Джонсон разработал ряд различных счетчиков на основе регистра сдвига с целью создания разного числа состояний с простейшей возможной логикой обратной связи и подал заявку на патент в 1953 году. Счетчик Джонсона является самым простым из них.

Приложения

Ранние применения кольцевых счетчиков были в качестве предделителей частоты (например, для счетчика Гейгера и подобных инструментов), в качестве счетчиков для подсчета появлений шаблонов в криптоанализе (например, в машине взлома кода Хита Робинсона и компьютере Colossus ), а также в качестве элементов счетчика-накопителя для десятичной арифметики в компьютеры и калькуляторы, использующие либо двухпятиуровневое (как в Colossus) , либо десятизначное (как в ENIAC ) представления.

Счетчики с прямым кольцом генерируют полностью декодированные одноразовые коды, которые часто используются для выполнения определенного действия в каждом состоянии цикла циклического управления. Одноразовые коды также могут быть декодированы со счетчика Джонсона, используя один вентиль для каждого состояния.

Помимо того, что это эффективный альтернативный способ генерации оперативных кодов и частотных предварительных масштабаторов, счетчик Джонсона также является простым способом кодирования цикла четного числа состояний, которые могут быть дискретизированы асинхронно без сбоев, поскольку только один бит изменяется в время, как в коде Грея . Ранние компьютерные мыши использовали восходящие (двунаправленные) 2-битные кодировки Джонсона или Грея для обозначения движения в каждом из двух измерений, хотя у мышей эти коды обычно генерировались не кольцами триггеров (а вместо этого электромеханическими или оптические квадратурные энкодеры ). 2-битный код Джонсона и 2-битный код Грея идентичны, в то время как для 3 или более битов коды Грея и Джонсона различны. В 5-битном случае код такой же, как код Либоу – Крейга [ de ] для десятичных цифр.

Источник

Adblock
detector