Sz&a. Számlálók és alkalmazásaik

Átírás

1 Sz&a. Számlálók és alkalmazásaik A számlálók az egyik leggyakrabban alkalmazott közepes integráltságú elemek. ényeges alkotóelemei sok nagyintegráltságú áramkörnek is. Az alkalmazásuk kapcsán elmondottak megfelelő megfontolásokkal felhasználhatók egyéb szekvenciális áramkörök használatakor is. A számlálók két nagy típuscsaládba sorolhatók: - Szinkron számlálók. A billenés az összes tároló elemnél egyazon bemenet, az órajel hatására történik. asználatuk általános, e típus család elemeit tárgyaljuk részletesen. - Aszinkron számlálók az első bemenetre jutó órajel billenti az első tároló elemet, annak a billenése a következőt és így tovább. Egyszerű felépítésűek, de bizonyos - visszacsatolást is tartalmazó - felhasználásuk hibalehetőséget rejt. Mindkét számláló típus alapvetően a két általánosan használatos (Bináris, pontosabban hexadecimális és BCD) számrendszerben működésre kialakítva kapható. Sz&a.1. Szinkron számlálók és használatuk. Sz&a.1.1 Szinkron számlálók felépítése Az egyirányú számlálásra alkalmas szinkron számláló általános felépítése: Sz&a 1. ábra. Bővíthető (Engedélyező jeles) felfelé számláló bináris szinkron számláló blokkvázlata. Az általános blokkvázlat igaz a kapható 4, 8 bites, és természetesen a nagyobb bit számú változatokra is. A gyakorlatban számtalan megoldást dolgoztak ki, amik természetesen tartalmazhatnak az általános vázlatban feltüntetettnél több, illetve kevesebb jelet is. Például lehet a számláló mindkét irányban (fel/le) működő számláló is, ekkor természetesen irányjel is Sz&a /42

2 kell. Alapvető példáinkat a as 4 bites család , 161, 162, 163 (a számok közti pontot itt is a technológiai családot jelölő betű kombinációk helyett használjuk) előre számlálóira dolgoztuk ki, amik belső megvalósításukban - azonos külső funkció mellett - gyártónként, illetve áramkör családonként erősen el is térhetnek egymástól. Az itt levont általánosítható megjegyzések bemutatására egyéb áramkör típusokból felépített kapcsolásokat is bemutatunk. A 74-es sorban a számlálókról az azonos felépítésűekre ökölszabályként elmondható, hogy a páros számra végződők tízes számrendszerben (BCD kód) a páratlan számúak bináris kódban, praktikusan 16-os számrendszerben (hexadecimális kód) működnek. A as család általános leírása: - Felfutó él vezérelt szinkron előre számlálók - Totem-poole kimenetek - Alacsony szinten aktív törlésvezérlő jel bemenet - Alacsony szinten aktív betöltés vezérlő jel - Adat beíró bemenetek (A, B, C, D egyes típusoknál: a, b, c, d) - Két darab (EP, ET), léptetést engedélyező bemenet, amelyekből az egyik (ET) az átvitel kimenet engedélyezésére is szolgál - Átvitel kimenet TC, egyes gyártóknál CO jelzéssel - A 4 számláló, a számlálási módban és a törlőjel megoldásában különbözik. A betöltés mindegyiknél a szinkron engedélyező jel megléte alatt történik A család egyes elemeinek eltérő tulajdonságai: Típus: kód törlőjel BCD aszinkron.161 BIN aszinkron.162 BCD szinkron.163 BIN szinkron A számlálók C sorbeli felépítését (A Texas Instrument katalógusa alapján), és a működés idődiagramját a Sz&a.5. ábrán mutatjuk be. A BCD számlálóknál felhívnám a figyelmet, hogy a nem tízes számrendszerhez tartozó értékek (Ah, Bh, Ch, Dh, Eh, Fh) is betölthetők a számlálókba. Ilyen értékekről a léptetés esetén a számláló a konkrét kapcsolás megszabta lépési sorrend után tér vissza a BCD számokhoz. Sz&a.6. ábra. A lépés szám, és hogy mely értéknél tér vissza a BCD tartományba a technológiai sorok és a gyártók között eltér(het), ezért az ilyen értékek betöltése utáni léptetés alkalmazása kerülendő! Alkalmazásuk: Több számláló összekötése. Az órajel mindig közös, a törlő és a beíró bemenet vezérlése többnyire közös. A kisebb helyi érték átvitele engedélyezi a nagyobb helyi érték léptetését. Figyelem! Az átvitel bit S sorozat esetén már egy számláló esetén, C vagy CT sorozatnál kettőnél több számláló összekapcsolása esetén a második fokozattól, funkcionális hazárddal (a működésből adódó meghatározhatatlan idejű jeltüskével) rendelkezik. Csak szinkron bemenet vezérlésére használható. Funkcionális hazárd. Szinkron hálózatok kimenetének dekódolásakor állhat elő. Oka a flipflopok kimenetén a 0 1 átmenet előbb következik be, mint az akár azonos tokban lévő flipflop 1 0 átmenete, e miatt az elvileg azonos idejű és egyértelmű jelváltások helyett egy hibás jelsorozat is beékelődik, és ennek dekódolása okozza a funkcionális hazárdot. (ásd még a kódrendszereknél a hibás átmenet hatását). Kiküszöbölése járulékos késleltetések Sz&a /42

3 beiktatásával történik. Fellépésének lehetősége az áteresztőkapus tárolóknál és a belőle felépített flip-flopoknál lényegesen kisebb, többek között ezért is használják a CMOS sorozatokban ezt a gyártásilag is egyszerűbb flip-flopot. Kód,,, TC bin áris TC BCD ET EP OAD CEA Funkció hatás Vezérlőjelek bemutatása: x x x 0 Törlés dcba 0 0 x x 0 1 Betöltés éptetés tiltás, TC kijárat tilt éptetés tiltás TC kijárat tilt éptetés tiltás, TC kijárat eng. (bináris esetén) éptetés tiltás, TC kijárat eng. (BCD esetén) Számlálás: éptetés eng. TC kijárat eng. a a kód max. TC (túlcsordulás) = A* B* C* D* E* F* Sz&a 1. Táblázat. Szinkron előre számlálók ( as család) lehetséges állapotai és a vezérlőjelek prioritási táblázata. * = Ezeket az értékeket a BCD számláló csak betöltésből veheti fel. Az átlépés módját a normál BCD kódra ami több lépés is lehet - a katalógusok általában megadják. Pl. Sz&a.7. ábra. Ezen átmenetekben - a megvalósítás függvényében - eltérések is lehetségesek. A közepes és nagyobb integráltságú elemek kapcsolási rajzai funkcionális felépítésűek. Ez azt jelenti, hogy hűen tükrözik a működési feladatot és elősegítik a működés megértését, de nem biztos, hogy a tranzisztor szintű áramköri megvalósítással megegyeznek. A működéshez lényegesen hozzátartoznak a működést leíró idődiagramok, a katalógus szöveges leírása és a megjegyzések. FIGYEEM! Az apró betűs megjegyzések mindig fontosak. Köztük olyan Sz&a /42

4 információ is szerepelhet, amit illene VASTAG nagybetűkkel szedni, de különböző okokból a cégek ezt nem teszik. Sőt, olyan is előfordul, aki hallgat róla. Az apró betűs megjegyzések (NOTE) elolvasása ezért mindig fontos. Most nézzük meg részletesen egy a gyakran használatos 74.16X család katalógusban szokásos megadásait! 'C161 'C163 (1) C (9) OAD (10) ENT (7) ENP (2) CTDIV16 CT=0 M1 M2 3CT=15 G3 G4 C5/2,3,4 (15) CO (1) C (9) OAD (10) ENT (7) ENP (2) CTDIV16 SCT=0 M1 M2 3CT=15 G3 G4 C5/2,3,4 (15) CO A B C D (3) (4) (5) (6) 1,5D (1) (2) (4) (8) (14) (13) (12) (11) A B C D (3) (4) (5) (6) 1,5D (1) (2) (4) (8) (14) (13) (12) (11) Sz&a.2. ábra. 74C161 aszinkron törlésű és 74C163 szinkron törlésű bináris, engedélyezett szinkron előre számláló ANSI/IEEE STD 1984 szabvány és az IEC publikáció oldalán megadott jelölés szerinti szimbóluma. CK D TE D TG D TG TG TG Q D CK CK TG TG CK CK Sz&a.3. ábra. 74C16X család egy tároló cellájának az áramköri felépítése. - A túlcsordulás kimenet elnevezésére két név is használatos. TC = Total Carry (Teljes átvitel) és az CO ipple carry out (felfelé számlálás túlcsordulás kimenet). Sz&a /42

5 OAD (9) ENT (10) (15) CO ENP C (7) (2) (1) D CK CK Csak 'C161 esetén Csak 'C163 esetén D M1 A (3) G2 1, 2T/1C3 G4 3D 4 (14) M1 B (4) G2 1, 2T/1C3 G4 3D 4 (13) M1 C (5) G2 1, 2T/1C3 G4 3D 4 (12) M1 D (6) G2 1, 2T/1C3 G4 3D 4 (11) Sz&a 4. ábra Szinkron, engedélyezett, betöltéssel és törléssel rendelkező 4 bites bináris számláló (74C161, 163) logikai felépítése. A D negált és a CK negált jelet, mivel az áteresztőkapus megvalósítás miatt minden cellánál szükséges, az egész tokra közösen állítják elő. Ezt a cellarészlet szimbolikus rajza nem tünteti fel. Sz&a /42

6 C OAD DATA INPUTS A B C D ENP ENT OUTPUTS CO CEA ASYNC PESET SYNC COUNT INIBIT CEA Sz&a.5. ábra Szinkron, engedélyezett, betöltéssel és törléssel rendelkező 4 bites bináris számlálók (74C161, 163) működési idődiagramja. A betöltés ( OAD ) vezérlés teljesülésére a katalógus a beírás (PESET) kifejezést használja 'C160 'C162 (1) C (9) OAD (10) ENT (7) ENP (2) CTDIV10 CT=0 M1 M2 3CT=9 G3 G4 C5/2,3,4 (15) CO (1) C (9) OAD (10) ENT (7) ENP (2) CTDIV10 SCT=0 M1 M2 3CT=9 G3 G4 C5/2,3,4 (15) CO A B C D (3) (4) (5) (6) 1,5D (1) (2) (4) (8) (14) (13) (12) (11) A B C D (3) (4) (5) (6) 1,5D (1) (2) (4) (8) (14) (13) (12) (11) Sz&a.6. ábra. 74C160 aszinkron törlésű és 74C162 szinkrontörlésű decimális számláló logikai szimbóluma. Sz&a /42

7 Sz&a.7. ábra. 74C160 aszinkron törlésű és 74C162 szinkron törlésű decimális számláló felvett állapotainak állapot gráfja. OAD (9) ENT (10) (15) CO (7) ENP (2) (1) C Csak 'C162 esetén D CK CK Csak 'C160 esetén D M1 A (3) G2 1, 2T/1C3 G4 3D 4 (14) M1 B (4) G2 1, 2T/1C3 G4 3D 4 (13) M1 C (5) G2 1, 2T/1C3 G4 3D 4 (12) M1 D (6) G2 1, 2T/1C3 G4 3D 4 (11) Sz&a.8. ábra. Szinkron, engedélyezett, betöltéssel és törléssel rendelkező 4 bites decimális számláló (74C160, 162) logikai felépítése. Sz&a /42

8 C OAD DATA INPUTS A B C D ENP ENT OUTPUTS CO CEA ASYNC PESET SYNC COUNT INIBIT CEA Sz&a.9. ábra. Szinkron, engedélyezett, betöltéssel és törléssel rendelkező 4 bites decimális számlálók (74C160, 162) katalógus alapján megrajzolt működési idődiagramja. Sz&a.1.2. Szinkron számlálók alkalmazásai Sz&a Szinkron számlálók számlálási hosszának növelése többfokozatú számláló kialakításával Gyakori igény a többfokozatú számláló kialakítása. Ennek megoldását az Sz&a.10. ábrán mutatjuk be. Az ábrán, és a későbbiekben is SB a legkisebb, míg az MSB a legnagyobb bitet jelenti. - A kétféle, számlálót engedélyezőjel feladata részben eltér. Az ENP bemenetet vezérlőjel az összes számlálóra párhuzamosan van kötve. Amennyiben, az órajelet a Setup time idővel megelőzően, szintű lesz a számláló - ha közben az ENT bemenetre kötött jel állandóan - léptethető. A léptetés tiltás ugyanilyen gyorsan jut érvényre. Az első ENT bemenetre kötött engedélyezőjel hatása soros kapukon keresztül terjed, ha a kisebb helyiértékű számlálók szélső, itt maximális állapotukban vannak. A soros jelterjedés miatt, a nagyobb helyiértékű számlálók engedélyezést előkészítő ideje, a számlálók számával arányosan nő. Ennek következtében jelentősen növekedhet az órajel minimálisan megengedhető ciklusideje. Vagyis csökkenthet a számlálóra megengedhető óraütem maximális frekvenciája. A részletes időszámvetést az Időszámvetés digitális áramkörökben című fejezetben mutatjuk be. Sz&a /42

9 SB CEA () COUNT () / DISABE () C OAD ENT ENP CT=0 CT M1 3CT=MAX G3 G4 C5/2,3,4 CO OAD () COUNT () / DISABE () COCK A B C D 1,5D (1) (2) (3) (4) C OAD ENT ENP CT=0 CT M1 3CT=MAX G3 G4 C5/2,3,4 CO A B C D 1,5D (1) (2) (3) (4) C OAD ENT ENP CT=0 CT M1 3CT=MAX G3 G4 C5/2,3,4 CO A B C D 1,5D (1) (2) (3) (4) C OAD ENT ENP CT=0 CT M1 3CT=MAX G3 G4 C5/2,3,4 CO A B C D 1,5D (1) (2) (3) (4) A további felhasználáshoz Sz&a.10. ábra 4 fokozatú szinkron előre számláló kialakítása. Sz&a /42

10 A két fokozatnál hosszabb számlálók esetén a második fokozattól, a soros engedélyező jel terjedési késleltetése miatt funkcionális hazárd kialakulásával kell számolnunk. Ennek idődiagramját az Sz&a.11. ábrán mutatjuk be ENT1 1, 1, 1 1 CO1, ENT2 2, 2, 2 2 CO2 GITC (7-12ns) Sz&a.11. ábra Funkcionális hazárd (tüske) kialakulása a többfokozatú szinkron számláló második fokozatának túlcsordulás kimenetén. (Az 1-es index a sorban első számlálóra utal.) A tüske a rajzon szabályos. A valóságos tüske mindig egy torz háromszöghöz hasonlít szintje bizonytalan. Sz&a Szinkron számlálók lépésszámának rövidítése visszacsatolással - 1. Számlálási hossz rövidítése betöltéssel. Betöltött kezdőértékről indítjuk a számlálót és kihasználjuk a beépített maximális érték detektálását. Valósítsunk meg egy 11 állapotú számlálót. Ehhez kiindulásul 16 állapottal rendelkező bináris számlálót kell, hogy válasszunk. A BCD számláló, eleve kevesebb állapota miatt, itt nem jöhet szóba. A számláló lehetséges állapotait az Sz&a 1 táblázatban már bemutattuk. átható, hogy mivel a dekódolt érték Fh, a 11 állapot eléréséhez az 5-ös állapotról kell indítani a számlálót (16 lehetséges - 11 megvalósítandó = 5-ös állapot) A megvalósított kapcsolás az Sz&a 12. ábrán látható. ENG ÓA E P E T vagy 163 Tc C K C a b c d OAD 1 NES Sz&a.12. ábra. 11 állapotú számláló megvalósítása 5. kezdőérték betöltésével. Sz&a /42

11 Működése: A bekapcsoláskor megjelenő NES jel hatására 5-ös számérték töltődik a számlálóba. A betöltés folyamatosan ismétlődik, az NES fennállása alatti minden felfutó órajel élnél. A prioritási sorrend miatt, a közben megjelenő ENG jel, nem hatásos. Az NES megszűnését követő órajel felfutó éltől, mivel ENG jel aktív, a számláló léptet. Az Fh érték elérésekor TC kimeneten megjelenik az 1-es. Ezt invertálva és egy ÉS kapun VAGY-olva (0- ra VAGY-olás) rávezetjük az NOAD bemenetre. Az Fh értéket záró órajel hatására beíródik a kezdő érték, és a számláló az 5 értéktől folytatja a működését. Az idődiagram végén bemutatjuk, hogy az ENG jel 0-ba vitelekor (tiltás) megáll a számláló léptetése. Az áramkör kimenő jelének pl. a TC jelet lehet használni. Figyelem! TC csak szinkron bemenet vezérlésére alkalmas jel. a órajelre van szükség, akkor a tároló megfelelő Flip-flop kimenetét kell használni. Erre jelen esetben a kijárat alkalmas. ÓA NES ENG QA QB QC QD TC NOAD Sz&a.13. ábra. 5. kezdőérték betöltésével indított 11 állapotú számláló idődiagramja - 2. Számlálási hossz rövidítése törléssel. 0-ról indul a számláló, és a megfelelő számérték dekódolásával törlőjelet állítunk elő. A törlőjel (Clear) lehet szinkron és aszinkron, ennek megfelelően változik a kikódolandó érték. Szinkron esetben (74C163) a törlés az órajel felfutó élére történik (mint a léptetés, vagy a betöltés) ezért teljes ciklusokkal számolunk. A 11 számossághoz a 10-es számértékű, Ah dekódolása szükséges. A megvalósított kapcsolást és az idődiagramját az Sz&a.14. ábrán mutatjuk be. Működése az idődiagram (Sz&a.16 ábra) alapján követhető. A lehetséges funkcionális hazárd a szinkronműködés miatt nem okoz problémát. Aszinkron törlésnél (74C161) a törlést kiváltó állapot a törlés bekövetkezése miatt csak egy rövid - példányonként eltérő - ideig áll fent, és a kapcsolás a 0000 állapotban megy. A 0 állapot ideje így rövidebb, mert egy óraperiódus alatt tulajdonképpen 2 állapot valósul meg. A dekódolandó érték a 12-ik állapot, a 11-es számérték, vagyis Bh. A kapcsolás kialakításánál - mivel a flip-flop kimenetek gyorsabban váltanak -ből -ba, mint -ból -be - a 9-ből Ah-ba átlépéskor - mivel rövid időre előállna a Bh érték - funkcionális hazárd keletkezhetne, ami az aszinkron működést bizonytalanná tevő hibát eredményezne. A hazárd a jel késleltetésével szüntethető meg. Sz&a /42

12 A hazárdmentes megvalósítást az Sz&a.15. ábrán, a működés idődiagramját a törlőjel kinagyításával az Sz&a.16 ábrán mutatjuk be. Az ábrába berajzoltuk, a hazárdmentesítés nélkül kialakuló hazárdtüske lehetséges helyét is. Ez természetesen a 8.a. ábra szerinti megoldásnál nem lép fel. (Tulajdonképpen a hazárdtüske jelölését szaggatott vonallal kellett volna jelezni, ezt azonban az ábra léptéke nem tette lehetővé.) ENG ÓA E P E T Tc C K C a b c d OAD 1 NES Sz&14. ábra. 11 órajel hosszúságú számlálás kialakítása szinkron törléssel Működésének idődiagramját lásd azsz&a.16. ábra első felén ENG ÓA E P E T Tc C K C a b c d OAD 1 NDEKB NES Sz&15. ábra. 11 órajel hosszúságú léptetés kialakítása aszinkron törléssel Működésének idődiagramját lásd azsz&a.16. ábra jobb oldali részén. Sz&a /42

13 ÓA Kinagyítás NES NDEKA C NDEKB hazárd helye kikódolt érték Szinkron törlés A-nél Aszinkron törlés B-nél Sz&16. ábra. 11 hosszúságú léptetést szinkron és aszinkron törléssel megvalósító számlálók működéseinek idődiagramjai. Az aszinkron törlést kiváltó jel kinagyítása. az ábra jobboldalán látható. Az ábrán megadott értékek (A, B) természetesen hexadecimális számrendszerben értendők átható az Sz&16. ábrából, hogy a törlő jel ideje példányonként változó, mert azt, az aktuálisan használt kapu és flip-flop billenési idők határozzák meg. NCEA jel semmilyen célra sem használható fel. a többfokozatú számlálót működtetnénk ezen a módon, NEM GAANTÁT működéshez jutnánk, ugyanis előfordulhat, hogy legrosszabb esetben az adott sorozatban előforduló leglassúbb és leggyorsabb számláló kerül összeépítésre - a kapuzó áramkör gyors - a leggyorsabb tároló elem törlődése megszünteti a törlő jelet, aminek ideje még kevés a leglassúbb törléséhez. Ekkor egy teljesen bizonytalan működéshez jutunk. A hiba oka: megsértettük az aszinkron módú működés egyik alapvető feltételét: A bemenő jelnek (itt a törlőjel) nem szabad változnia, amíg az összes kimenet be nem állt. Építhető kapcsolás, mely eleget tesz ennek a feltételnek - erre példát az aszinkron számlálóknál mutatunk majd be - de a nagyobb IC felhasználás miatt többnyire nem éri meg. Az aszinkron törlés, bekapcsolási és rendszer jellegű alaphelyzetbe hozás céljait szolgálja - nem a visszacsatolásét - ott a kellő idejű jelek használatával kifogástalanul működik. Itt említem meg, hogy a szinkronműködésű és aszinkron töltésű (OAD) számlálóknál - a változó beírandó értékek miatt - a visszacsatolással kapcsolatban elmondottak fokozottan igazak. Ilyen számlálók a 74-es sorozatban, pl. a , Vezérlőjeles előre-hátraszámlálók, illetve a , iránytól függően, külön órával léptetett előre-hátraszámlálók. Sz&a Számlálók használata szinkron törlés és betöltés vegyes használatával. Az eddig elmondottak értelemszerű felhasználásával ugyanazon számlálónál megvalósítható a szinkrontörlés és a szinkron beírás. Ennek végig gondolását az olvasóra bízzuk. A végig gondoláshoz házi feladatként az alábbi példát ajánljuk a figyelmébe. Bekapcsoláskor induljon 0-ról majd az 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D és újra 0 értékeket járja be. ajzolja meg a kapcsolást és a működés idődiagramját is! Sz&a /42

14 Sz&a Többfokozatú számláló többszörös betöltéssel. Az alábbiakban egy példán keresztül bemutatjuk a számlálókból kialakítható megadott állapotokat bejáró vezérlő létrehozását. A végigjárandó állapot sorozat: esetre 13h, 14h, 15h, 16h, 17h, 18h 27h-4Fh 51h-FFh és 17h-tól újra A megoldás menete: Először megkeressük azokat az értékeket, amelyekig folyamatos a számlálás. Az utolsó érték a dekódolandó, a következő a betöltendő. A dekódolandókat egy-egy megfelelő hálózattal (8 bites ÉS kapcsolat), dekódoljuk. A dekódolt jelek és a ESET jel VAGY-NEM kapcsolata adja a OAD jelet. A dekódolásnál kihasználható és kihasználandó is a számlálók Carry (Túlcsordulás átvitel) kimenete. A betöltendő jelet a léptető regisztereknél tárgyalt módon állítjuk elő. Dekódolandó a 18h; 4Fh és az FFh. A dekódolásnál kihasználjuk a számlálókban lévő maximális érték dekódoló (Carry) logikát is. A dekódolásnál többnyire nem használható az egyszerűsítés azon esete, amikor csak az 1-es szintek alapján dekódolunk. a mégis használjuk, ügyelni kell, hogy a nem teljes dekódolásból adódó értékek biztosan ne forduljanak elő. Ezek csak az átlépett tartományban - amit biztosan nem vesz fel az áramkör - szerepelhetnek. Példánkban a DEK4F és az DEKFF minden bitből, a DEK18 csak 5 bitből, de az átlépés miatt egyértelműen dekódolt érték. Betöltendő 13h; 27h; 51h és 17h. Táblázatosan az összerendelések Dekódolandó Betöltendő exa Bináris exa Bináris Q Q G Q F Q E G F E D C B A ESET X X X X X X X X F FF = 0 G = DEK4F* ESET F = DEK18* ESET E = ESET + DEK18 D = 0 C = ESET + DEK4F B = ESET + DEK4F A = 1 Sz&a.2. táblázat. Dekódolandó és betöltendő értékek táblázata, és a bemenetek logikai egyenleteinek felírása A felírást a szokásos helyi érték sorrendben végeztük el. A legkisebb helyi érték A = 2 0 a jobb oldali bit. A kapcsolási rajzon ez többnyire a baloldalon szerepel. A döntő a valós súlyozás, Sz&a /42

15 amit az elnevezés betűsorrendje is követ. A minden betöltéskor állandó biteket, az értéküknek megfelelően - 0 vagy 1 - földre, pl. a D,, illetve a magas szintre pl. A kötjük. A változó biteket a ESET-nél betöltendő értéktől függően írjuk fel. a a ESET esetén 0 a beírandó bit, akkor a 0 értéket kiválasztó dekódolt jelek VAGY kapcsolatának a negáltját kell megvalósítani. a a ESET-nél 1-es a beírandó bit, akkor pedig az 1-es értékeket kiválasztó dekódolt jelek VAGY kapcsolatát. Természetesen a szokásos átalakításokat használjuk, és kihasználjuk a beírandó bitek között fennálló negációs kapcsolatot is. A lényeges, hogy a eset (itt kezdő érték beállító) funkciónak prioritása van a többi vezérlő jelhez képest, ugyanis amikor a ESET jelet használjuk, nem tekinthetjük ismertnek a számláló állapotát. Bekapcsoláskor a véletlenszerű beállás miatt, külső nyomógomb működtetésekor pedig az aktuális értékekkel való összeszinkronizálatlanság miatt. A kívánt funkció egy lehetséges megvalósítását az Sz&a.17. ábrán mutatjuk be. A számlálók helyes működéséhez a logikai feltételeken kívül szükségünk van a katalógusra is. A helyes működés kiszámításához szükséges időértékek helyeinek a megrajzolását az Sz&a.18. ábrán, az olvasó felrajzolási munkájára bízzuk. Az adott helyen használandó értékek, a technológiai sortól függnek, és a katalógusokban találhatók meg. A számítás elvégzésének módját az Időszámvetés digitális rendszerekben c. fejezetben mutatjuk be. NDEK18 NDEK4F "1" E P E T Tc E P E T Tc DEKFF C A B C D OAD C A B C D OAD NESET ESET Sz&a.17. ábra Kétfokozatú visszacsatolt szinkron számláló kialakítása Sz&a.18. ábra nincs. Megrajzolását - gyakorlásként - az olvasóra bízzuk(!) Sz&a /42

16 Két fontos dologra felhívjuk a figyelmet: - A számításokhoz a bemeneti, minimálisan biztosítandó értékek, és a kimenetekről a maximális késleltetések veendők figyelembe. A helyes működéshez a legrosszabb esetre való (Worst case) méretezés a szükséges. - A katalógusokban megadott maximális órajel frekvenciák csak állandóan engedélyezett számláló esetén (ha egy számláló van használva) és visszacsatolás-mentes esetben érvényesek. Számláncban való használat vagy visszacsatolt esetben, pl. az Sz&a.17. ábra kapcsolása, a felső határfrekvencia jelentős (akár 10-25% alá) csökkenésével kell számolni. - ásd még az időszámvetés digitális rendszerekben c. fejezet közepes integráltságú áramkörök c. alfejezetét. Sz&a Adott kapcsolás idődiagramjának szerkesztése engedélyezett működésű szinkron számlánc esetén. Megvalósított áramkörök működésének tanulmányozásakor, illetve bemérésükkor fontos feladat a kapcsolási rajz és a bemenő jel időbeli viselkedésének ismerete alapján, a teljes kapcsolás időbeli működésének a lerajzolása. Ennek szerepe kettős. Egyrészt az idődiagram segít a kapcsolás működésének megértésében, másrészt egy mérés során a mért és a várt időbeli működés összevetéséből tudjuk eldönteni, hogy az áramkör helyesen működik-e. Ehhez a feladathoz nézzünk egy, két helyen visszacsatolt számlánc esetét, melyet mindegyik engedélyező bemenetén, eltérő időkben, időszakosan tiltunk. A vizsgálandó kapcsolást az Sz&a.19. ábrán, az idődiagramját az Sz&a.20. és az Sz&a.21. ábrán mutatjuk be. NV ENG0 ENG1 ÓA E P E T Tc C K C a INP. b c d OAD +5V NES Sz&a.19. ábra Kétszeresen visszacsatolt szinkron számláló az idődiagram rajzolás bemutatásához. Sz&a /42

17 ÓA NES ENG0 ENG1 QA QB QC QD TC NV OAD INP A,B Sz&a.20. ábra Kétszeresen visszacsatolt szinkron számláló működési idődiagramja ÓA NES ENG0 ENG1 QA QB QC QD TC NV OAD INP A,B Sz&a.21. ábra Kétszeresen visszacsatolt szinkron számláló működési idődiagramja az Sz&a.20. ábrához képest módosított vezérlőjelek mellett. Sz&a /42

18 A felhasznált számláló BCD kódban dolgozik, vagyis TC kimenete a 9 számértéknél 1. A két bemutatott idődiagram csak a bemenőjelek időzítésében tér el, ezért részletesen csak az Sz&a.20. ábrát tárgyaljuk, az Sz&a.21. ábrán csak a különbségekre hívjuk fel a figyelmet. A tanulás során ezen ábrákon kívül, még sokfajta bemenőjel kombináció mellett célszerű a teljes idődiagram megszerkesztése. Figyelem! A helyes tanulási módszer az elemezve megszerkesztés, nem a megadott ábrák képi rögzítése. Az csak felesleges helyet köt le a tárolóban, és szükség esetén nem biztos, hogy jól használható! A vizsgálat kezdetén nem ismerjük a kimenetek és a belsőleg előállt vezérlőjelek értékét, ezt a tényt ferde vonalkázással jelöljük. Az NES bemenőjel változásai az órajelhez szinkron, annak felfutó élét követően lépnek fel. A rajzon ezen felbontási finomság, az órajel léptéke miatt nem látható. Órajel és a vezérlőjel változása egy függőlegesben látszik. Ugyanez a helyzet egy oszcilloszkópos mérés esetén is. a az órajel ciklus ideje jóval nagyobb a jelkésleltetési időknél, a több órajel ciklus megjelenítését lehetővé tevő időalap választás mellett az órajel és a hatására bekövetkező változás már nem különíthető el a képernyőn, idejeik egy függőlegesbe esnek. Ez a természetes állapot nem szabad, hogy zavart okozzon. Szinkron vezérlő bemenet jelszintjének mindig az órajel függőlegesébe balról befutó jelszintet kell figyelembe venni. Az órajel hatásos élével látszólag egy időben, valójában késleltetési idővel később, bekövetkező változás csak a következő órajel hatásának előkészítésében játszik szerepet. Az NOAD jel az NES- ből kapun alakul ki, azt követi. Az NES alatt az első órajel él hatására a számlálóba betöltődik a jelbemeneteken meghatározott kombináció, jelen esetben 3 értéke. Az NES alatti második órajel él újra betöltést végez, ami természetesen az azonos érték miatt nem megkülönböztethető állapotot eredményez. Az ENG0, 0 szintje, mivel a betöltés alatt volt érvényes, a betöltés funkció elsődlegessége miatt nem hatásos. Az NES 1- be menését követő első órajel élnél mindkét engedélyező jel magas szintű, bekövetkezik az incrementálás (1-el való növelés) és kialakul a 4-s érték. A következő órajelre a számláló az 5-s értékre lép, ebből kialakul az NV visszacsatoló jel, majd belőle az NOAD. Ekkor az a, b bemenetek magas, a c bemenet az NES magas szintje miatt szintén magas szintű, így a számlálóba a 7-s érték íródik. A következő órajelre a számláló a 8-s, majd az ezt követőre a 9- s értékre lép. Az ENG0 jel ekkor két óraütemre alacsonyba megy. Ez az engedélyező jel az Ep bemenetre van kötve, így leállítja a számláló léptetését. Tekintettel azonban, hogy az E T bemeneten lévő ENG1 jel ekkor magas, kialakul a TC kimeneten az 1-s szint. Negálás után az ÉS kapun VAGY-olódva kialakítja az NOAD jelet. NES ekkor 1-s szintű, az INP A, B pedig alacsony, tehát a 4 érték töltődik be. A betöltődés után az ENG0 jel, vagyis az Ep bemenet még alacsonyban van, tehát a következő órajelre a számláló nem léphet. Az ENG0 1 szintjét követően a számláló az 5 értékre lép. Ekkor az ENG1 jel lesz 0 értékű. Mivel az engedélyezés a külső dekódolásban nem szerepel, megtörténik a 7 betöltése, majd az előbbi esettel azonos módon egy óraütemig a számláló várakozik, vagyis megőrzi az állapotát. Ezután még a normál 8,ra, illetve 9-re lépést mutatjuk be. Az Sz&a.21. ábrán lévő engedélyezőjel kombinációnál csak a lényeges eltéréseket hangsúlyoznánk ki. Az NES jel 1-be menését követően az ENG0 jel még 2 órajelnyi ideig 0. Így a betöltési 3-s érték eddig megőrződik. Az ENG1 jel most a számláló maximális értékre lépésekor megy egy órajel időre, 0-ra. Ennek következtében nem alakulhat ki a TC 1 értéke, és a számláló egy óraütemig várakozik. Az ENG1 jel 0 állapota és a maximális érték kialakulása egymáshoz képest csúszhat, így itt kialakulhat egy funkcionális hazárd, amit az idődiagramon bejelöltünk. Az ENG1 1-be menésekor alakul ki a TC jel, és ebből a betöltést végző NOAD jel. Innen a számláló az előzőleg látott módon lép tovább. Sz&a /42

19 Sz&a Indított időzítés (monoflop) kialakítása szinkron számlánccal. A gyakorlatban időnként szükségünk van, adott jel megjelenésétől egy meghatározott ideig tartó kimenőjel, előállítására. Erre a célra használható az Sz&a.22. ábrán bemutatott áramkör, az úgynevezett szinkron monoflop. Működése az idődiagram alapján követhető. Sz&a.23. ábra. Az NKI, illetve a KI jelben funkcionális hazárd, csak akkor alakulhat ki, ha maga a számlánc ezzel a problémával rendelkezik. Tehát az elavuló bipoláris sorozatoknál. Az Sz&a.23. ábra ezt az esetet mutatja be. A korszerű CMOS sorozatoknál nem kell számolni ezzel a hibajelenséggel. KI ÓA E P E T vagy 163 Tc C K C a b c d OAD NKI 18 NSTAT NES Sz&a.22. ábra Szinkron monoflop kapcsolási rajza. NES NSTAT QA QB QC QD KI Sz&a.23. ábra Szinkron monoflop működési idődiagramja. (a szükségét érzi, ceruzával húzza be az órajel hatásos felfutó éleit! ) Sz&a /42

20 Sz&a.2. Aszinkron számlálók és használatuk Sz&a.2.1. Aszinkron számlálók felépítése A legegyszerűbb és legrégebben használatos számlálók aszinkron felépítésűek. Az előző fokozat (bit) kimenete szolgál a következő fokozat órajeleként. Alapjaiban frekvenciaosztási célokra, vagy egyszerű számlálási célra, (ahol a számlálás befejezése után, elegendő idő áll rendelkezésre a kijelzőbe való átírásra) szolgálnak. Néhány típus ÉS kapus törlő bemenettel rendelkezik. Egyeseknél, pl. a 74C90 (BCD számláló), mód van külön bemenet vezérlésével a végérték beírására is. A kezdő érték beírását is lehetővé tevő típus (oad funkció) nem terjedt, el. A szokásos típusok BCD; duodecimális (12-es, egyes időmérőkhöz - kihalóban) és bináris számrendszerben működnek. Általános jellemzőjük volt, hogy az egy tokban lévő számláló két részből épült fel. Egy egybites billenőkörből és egy 3 bites számlálóból. Az egy bites rész billentési frekvenciájának a felső határa 2-szerese a 3 bites részének. Az újabb sorozatokban már az egy tokban 2 számlálót tartalmazó változatok az elterjedtek és csak a BCD számlálónál (C390) van két részre választás. észleteket lásd a katalógusban. A bináris változatot (74C393) az Sz&a.24. ábrán, a decimális változatot az Sz&a.25. ábrán mutatjuk be. Az aszinkron számlálók kimeneteiből kidekódolt érték előállításánál a működés jellege miatt (a nagyobb helyiérték a kisebb stabil beállása egyértelműen 0-ba billenése után áll be) nem keletkezhet funkcionális hazárd. Viszont hosszabb számláncoknál a terjedési idő halmozódása miatt előfordulhat, hogy a számlánc aktuális értéke nem meghatározható. A gyors, kisebb helyiértékű bitek akár a következő számértéknél (sőt előrébb) járnak, miközben a nagy helyiértékek még az előző órajelből hozzájuk jutó hatás feldolgozásával (saját billenésükkel) vannak elfoglalva. Természetesen, ha nagyon szükséges, a bemenő óra ciklusidejének a megnövelésével és az órajelnek, mint mintavevő jelnek a kikapuzott állapotokhoz való hozzá ÉS-elésével ez a probléma megszüntethető, de ezzel a használatos ciklus idő annyira megnőhet, hogy az ilyen kialakítással többnyire nem érdemes foglalkozni. Egyszóval az aszinkron számlálók alapvetően frekvenciaosztásra, illetve számérték leszámolására valók, akkor, ha a mérés befejezése után bőven van idő a kijelzőbe való átírásra. Különböző összetett aszinkron számlálókra a 74C4000-s sorozatban találunk sok megvalósítást. Sz&a /42

21 1C 1A (2) (1) CTDIV16 CT=0 0 + CT (3) (4) (5) (6) 1 1 2C 2A (12) (13) CT=0 + CT 0 (11) (10) (9) (8) 2 2 C COUNT OUTPUT T 0 1 T T T Sz&a.24. ábra 4 bites bináris aszinkron számláló (74393) jelképi jelölése, logikai rajza és a működés igazságtáblája. Sz&a /42

22 1C (2) CT CT=0 2C (14) CT CT=0 (3) (11) DIV2 1CKA + 1 (5) DIV5 1Q (6) B 1CKB (4) 0 + CT 1Q (7) C 2 1 (13) (15) DIV2 2CKA + 2 (11) DIV5 2Q (10) B 2CKB (12) 0 + CT 2Q (9) C 2 2 C CKA T CKB T T T Sz&a.25. ábra Decimális aszinkron számláló (74C390) funkcionális szimbóluma, és egy áramkörének logikai rajza Sz&a /42

23 count Output count Output Sz&a.3. táblázat. Az aszinkron decimális számláló lehetséges kétfajta bekötésének működési táblázata Sz&a.2.2. Előosztó (Pre-Scaller) áramkörök Az aszinkron számlálók különleges fajtája az úgynevezett Pre-Scaller (előosztó) mely a 16-od (256-od) vagy 10-edére (100-ára) leosztott jelet adja csak ki a kimenetén. Mivel a közbülső állapotok kivezetése nem szükséges, ezek a számlálók a leggyorsabbak. Az EC sorozatban létezik már több 10 Gz bemenő frekvenciáról működő típus is. Jellegzetes felhasználásuk frekvencia mérők bemeneti fokozata. A téma iránt érdeklődőknek ajánlom még, a frekvencia szintézer előosztók tanulmányozását is. Sz&a.2.3. Visszacsatolt aszinkron számlálókkal megvalósított kapcsolások és kritikai elemzésük A régebbi kiadású folyóiratok és könyvek nagyon sok kapcsolást közöltek az aszinkron számlálókból, törlés felhasználásával kialakított rövidebb számlálási hosszak megvalósítására. Ezen kapcsolások zöme, azonban az aszinkron működési feltétel megsértése miatt, nem ad minden példánynál megbízható (garantált) működést. A mindig jelenlévő zavarjelek egy ilyen bizonytalan kapcsolásnál a működést könnyen kedvezőtlen irányba befolyásolhatják. A kapcsolás a működését korrekté tevő elemek beiktatásával kiegészíthető, és garantált működésűvé tehető, de ekkor már tokban számolva több alkatrészt igényel, mint a gond nélkül felhasználható szinkron számláló. A fogyasztási különbség a CMOS verzióknál elenyésző, így a visszacsatolt aszinkron számláló alkalmazása KEÜENDÔ. Visszacsatolást nem kívánó esetben viszont egyes helyeken alkalmazása előnyös is lehet. A visszacsatolt aszinkron számlálóra egy egyszerű példát mutatunk be az Sz&a.26. ábrán. A feladat 12-s osztás előállítása bináris aszinkron számláló felhasználásával. Fontos: A bekötésnek megfelelően most a legkisebb, és a legnagyobb helyiérték. átható, hogy a visszacsatolandó állapot a 12-es, a szinkron számlálóknál megszokott 11 helyett, ugyanis az aszinkron törlés miatt egy órajel cikluson belül két értéket, a kidekódolandó értéket és a törlésből adódó 0 értéket veszi fel a számláló. A törlőjel ideje nem azonosan meghatározott minden működő példány esetére. Ezt az Sz&a.30. ábrán, illetve a Sz&a /42

24 KODC aszinkron (7493) T TO O ES Sz&a.26. ábra Visszacsatolt aszinkron számláló direkt visszacsatolás kinagyításán az Sz&a.31. ábrán (27 oldal) mutatjuk be. átható, hogy a törlőjel még nem is érte el a maximális szintjét, amikor a hatására kialakuló törlés következtében megszűnnek az őt létrehozó jelek. Először is az utoljára kialakult bit, hiszen ennek még nem is volt ideje teljesen stabil szintet kialakítania, mikor már elindult a törlése. A korábban kialakult jelek egy stabilan beállt értékről indulnak az szint felé. A két nem teljesen azonos állapotban lévő flip-flop törlési időszükséglete nem teljesen azonos, és kedvezőtlen esetben előfordulhat, hogy a stabil állapotban volt flip-flop nem törlődik a rendelkezésre álló rövid törlőjel alatt, hanem visszabillen eredeti magas szintjére, illetve megmarad egy közepes szinten, egy Metastabil állapotban. Ez súlyos működési bizonytalansághoz vezethet. A nagyon rövid idejű törlőjel még azonos tokban lévő flip-flopok esetén is ahol pedig az egyes elemek sebessége a lehető legnagyobb mértékben egyforma a különböző működési állapotban lévő biteknél eltérő hatást válthat ki. Az utoljára beálló bit példánkban ez a QD még tulajdonképpen nincs stabil 1-s állapotban, amikor megérkezik a törlőjel. A nem teljesen kialakult bit törlése gyorsan lezajlik, miközben a régóta stabil állapotból indult QA bit törlése még csak folyamatban van. Amennyiben a törlőjel túlságosan gyorsan megszűnik (ideje nem éri el az elem működéséhez előirt minimális értéket) a QA bit nem tud törlődni, és a számláló a 0 helyett a 8h értékre kerül. Nézzük a garantált működés kialakításának a lehetőségeit. Sz&a Visszacsatolt aszinkron számláló garantált törlési idejének kialakítása késleltető elem használatával. A probléma a fundamentál módú működés megsértéséből és ennek következtében a nem garantált hosszúságú törlőjelből adódik. A Sz&a.31. ábrán időben kinagyítottuk a törlőjel kialakulását. átható, hogy a kialakulás utáni hossza a felhasznált kapu elemek késleltetési tulajdonságaitól függ, és példányonként nagymértékben változik. Az egyik lehetőség, hogy garantált, a minimálisan megkívántnál hosszabb törlési időt hozunk létre. Időzítésre legegyszerűbben C elem használható. A megoldás logikai rajzát az Sz&a.27. és az Sz&a.28. ábrákon mutatjuk be. A kapcsolás működése: a kialakuló kikódolt érték (KODC jel) a VAGY kapun (O jel) keresztül az inverterre jut, negálódik és a diódán keresztül gyorsan alacsonyba viszi, a kondenzátor feszültségét. A Schmitt-triggeres inverter ezt érzékeli és az inverter Sz&a /42

25 kijáratán megjelenő TO jel törli a számlálót. Tulajdonképpen már eddig is javítottunk a működésen, mert a két inverter és a kondenzátor kisülési ideje miatt több idő telik el a QD KODC aszinkron (7493) T TO t O ES Sz&a.27. ábra Visszacsatolt aszinkron számláló korrekt törlésének kialakítása késleltetés felhasználásával Sz&a.28. ábra visszacsatolt aszinkron számláló késleltető elemének kialakítása stabilizálódásához, mint az eredeti kapcsolás esetén. (Amennyiben ezen idő alatt a QD teljesen stabil lesz, teljesült a fundamentál módú működés feltétele. Az előző bemenőjel változására bekövetkező kimenet változás befejeződött, mielőtt elkezdődne a következő bemenőjel változás.) A TO jelre bekövetkező 0-ba billenések hatására megszűnik a KOD jel. A késleltető ( t) tag első inverterének kimenete magasba megy, és mivel most a dióda záróirányba van előfeszítve, az ellenálláson keresztül töltődő kondenzátoron a Schmitt-trigger érzékeli a magas szintet, ami kc idő múlva következik be, a kijáratán megszűnik a TO jel, a számláló az óra bemenetéről léptethető. A garantáltan biztosított időt az C tag méretezésével lehet beállítani. A k tényező az érzékelési küszöbtől függ. A teljes törlési idő természetesen ennél mindig hosszabb lesz. A tényleges értéke az alkatrészek ismeretében is csak két szélső értékével határozható meg. Sz&a /42

26 Sz&a Visszacsatolt Aszinkron számláló garantált törlési idejének kialakítása tároló elem használatával. - A kapcsolás megbízható működése előállítható a törlő ágba elhelyezett tároló használatával is. ásd a Sz&a.29. ábrát. Itt a tároló egy új állapotot, a törlés állapotot valósít meg, ezzel teljesül a fundamentál módú működés feltétele. A tároló visszabillentését az órajel magas szintje végzi, így a garantált működés az órajel időbeli méretezésével, minden megépített példányra biztosítható. Megjegyzés: Amennyiben az itt bemutatott aszinkron -S tárolós megoldás helyett óra él vezérelt tárolót használunk, és a tároló visszabillentése a számláló működésével azonos élre történik, akkor két teljes óraciklusra 0 állapotban marad a számláló. Ellentétes élre működéskor, példánkban felfutó él vezérelt D tár alkalmazása esetén aminek a törlésbe billentését az aszinkron bemenetén vezéreljük - az aszinkron tárolós megoldáshoz hasonló eredményt érünk el. - A törlési feltételt biztosító tároló visszabillenthető a számláló 0 állapotának kidekódolásával előállított törlő jellel is. Ennek megrajzolását és végiggondolását az olvasóra bízzuk. Felhívjuk a figyelmet, hogy előzetesen aprólékosan gondolja végig az aszinkron számláló egyes bitjeinek lépési sorozatát. ásd a táblázatot! Bináris érték exa érték Állapot szám Bináris érték exa érték Állapot szám Bináris érték exa érték Állapot szám Átmeneti A Átmeneti Átmeneti Átmeneti C Átmeneti D Átmeneti Átmeneti C Átmeneti E Átmeneti F Átmeneti Átmeneti E A Átmeneti C Átmeneti B Átmeneti KODC ES aszinkron (7493) T TO O X 2 X 1 ES Sz&a.29. ábra Visszacsatolt aszinkron számláló visszacsatolásának korrekté tétele, a fundamentál módú működést biztosító tároló elem felhasználásával. Sz&a /42

27 ES KODC O(X 2 ) INV (X 1 ) C (O) TO Kinagyítás Sz&a.30. ábra Visszacsatolt aszinkron számláló időbeli működése. A kinagyítás, vagyis a visszacsatolás részletes időbelisége, az egyes megoldásokra részletezve az Sz&a.31. ábrán látható Kinagyítások: Direkt visszacsatolás Késleltetõ tag használata Tároló elem használata KODC O X 2 INV X 1 C O TO Bizonytalan Sz&a.31. ábra Visszacsatolt aszinkron számláló visszacsatolásból kialakuló törlési idejének kinagyításai. A kinagyítások jól érzékeltetik az egyes megoldások közti eltéréseket. FONTOS MEGJEGYZÉS: Az összes számláló áramfelvétele meglehetősen dinamikus, így különösen a nagyobb sebességű sorozatokból felépítettek mellett, a tokonkénti tápfeszültség szűrő (a tápláló) kondenzátor használata feltétlen szükséges. t M ér Sz&a /42

28 Sz&a.3. Szinkron előre és hátra számlálók Sok feladatnál szükségünk lehet, hogy ugyanazon számlálónál - vezérlő jel(ek) függvényében - tudjunk (előre) felfelé, vagy (hátra) lefelé számlálást megvalósítani. A kétirányú számlálók alapvetően kétféle felépítéssel kaphatók: 1. Az eddig bemutatott, teljesen szinkron működésű számláló, irányjel alkalmazásával kétirányúvá történő kiterjesztésével. Pl. 74C168 BCD, 74C169 bináris előrehátraszámláló. A számlálók teljesen szinkronműködésűek, két engedélyező jellel, betöltéssel (Mindegyik -ben hatásos) és irányjellel, mint bemenettel valamint szint aktív TCO = Terminal Count Output-al rendelkeznek. Tulajdonképpen a 160-as számláló család kétirányú számlálásra alkalmassá tett tagjai. Számláncokban az irány jel közös kell, hogy legyen az összes összetartozó számláló bemenetén, egyebekben alkalmazása megegyezik az eddig bemutatottakkal. átra számlálás és visszacsatolás esetén az értékek helyes sorrendjére természetesen figyelni kell. észletesen lásd a katalógusban. 2. Az előre hátra számlálók jellegzetes családja az úgynevezett ipple-counter. Ez egy olyan számláló család, ahol az irányfüggő szélső érték kimenet, az órajellel össze van kapuzva. Az így kialakított kimenőjel, egy hazárdmentes, korrekt felhasználást lehetővé tevő vezérlő, illetve egyes felhasználásokban órajel Ezért sok helyen előszeretettel használják ezeket a számláló típusokat. A forgalomban lévő típusok mind aszinkron betöltésűek. (a jól végig gondoljuk az alább bemutatott altípusokat, látni fogjuk, hogy egyes megoldásaiknál csak ez jöhet szóba.) Az aszinkron betöltés miatt, a helyes működés érdekében fokozottan ügyelni kell a betöltő jel és az órajel időben helyes kezelésére, Vagyis a kivárási idők (ecovery time) betartására. Sz&a.3.1. Szélsőértéknél órajellel kapuzott (ipple-carry) számlálók Ez a számláló család - belső felépítésében - számlálásra szinkron működésű, betöltésük aszinkron megoldású. áncba kapcsolásuk, mint szinkron, mint aszinkron módón megoldható Két fő típusuk van használatban: 1. Irányjel szabja meg a számlálási (léptetési) irányt és egyetlen óra bemenet van. Ez esetben a TC (Terminal Count Output, vagy Max/Min) engedélyező jelet nem tartalmazó szélsőérték kimenet értelmezése az irány jeltől függ. Az irányjel váltása az óra élhez (szinthez) képest megadott módon kell, hogy megtörténjen, ellenkező esetben akár ellenirányú léptetés is történhet. A bejövő alacsonyszintű óra és TC, valamint az engedélyező jel ÉSNEM kapcsolata szolgáltat egy a további felhasználásban órajelnek, vagy engedélyező jelnek használható kimenetet. A számlálók láncba, közös irányjel mellett, szinkron, és aszinkron módon is köthetők. 2. Irányjel nincs. elyette, és a közös óra helyett, két irányfüggő - fel (Up) és le (Down) - órabemenet és két, a megfelelő órával kapuzott felül (Carry), illetve alul (Borrow) csordulás kimenete van. A két órajel, meghatározott feltételekkel - az engedélyezés magas szintnél történik - egymás engedélyező jeleként is működik. A számlálók láncba, külső kiegészítő kapukkal szinkron, vagy kiegészítés nélkül csak aszinkron módon köthetők. Néhány példa: 74C190, 74C191 4 bites előre/hátra számláló irányfüggő szélsőérték jelző kimenettel, és a szélsőértéknél engedélyező jellel kikapuzott óra kimenettel, aszinkron párhuzamos beírással. A számláló logikai felépítését és vezérlését az Sz&a.32. ábrán mutatjuk be. (Ennél a típusnál is, Sz&a /42

29 mint sok más integrált áramkörnél a tényleges megvalósítás eltérhet a megadott rajztól, ezért a helye működés érdekében, a működésre megadott megkötések feltétlen betartandók! Ezenkívül, a különböző technológiai sorba tartozó áramkörök, alkalmasint belső megvalósításukban eltérőek lehetnek.) A számlálóba beépített, a szélsőértékkel és az engedélyező jellel kapuzott, órajel kimenet felhasználása, több fajta összekapcsolási módot tesz lehetővé (Egyúttal jó példa az órajel kapuzás kifogástalan megoldására). CP U/D P 0 CE P P 1 P 2 P 3 J COCK K J COCK K J COCK K J COCK K C TC PESET CEA Q Q PESET CEA Q Q PESET CEA Q Q PESET CEA Q Q Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 Sz&a.32. ábra. Órajel kimenetet adó (ipple Carry) Bináris szinkron előre hátra számláló (74C191) logikai felépítése. A rövidítések jelentése: U/D Iránykijelölő jel felfelé ( szint) = UP efelé ( szint) = DOWN UP/DOWN CE Számlálás engedélyezése ( szint) Count Enable CP Órajel bemenet (felfutó él) Clock Pulse P Aszinkron párhuzamos beírást vezérlő jel ( szint) Paralel oad TC Számláló végállás kimenete ( szint) Terminal Count Output C Tovaterjedő órakimenet ( szint) ipple Clock Sz&a /42

30 Üzemmódok táblázata: Bemenetek P CE U D CP Üzemmód Felfele számlálás efele számlálás X X X Aszinkron betöltés X X Nincs változás (hold) C Kimenet igazságtáblázata Bemenetek Kimenet CE TC* CP C X X X X * TC = belsőleg előállított jel Direction control ENABE COCK U/D CE CP C U/D CE CP C U/D CE CP C Sz&a.33. ábra. Többfokozatú számláló kialakítása sorba kötött (aszinkron) órával. Direction control ENABE U/D CE CP C U/D CE CP C U/D CE CP C COCK Sz&a.34. Többfokozatú számláló kialakítása közös órajel és soros átvitel terjedés használatával. Sz&a /42

31 Direction control ENABE U/D CE CP TC U/D CE CP TC U/D CE CP TC COCK Sz&a.35. Többfokozatú számláló kialakítása közös órajel és párhuzamos átvitel terjedés használatával. (Példa a teljesen párhuzamos átvitelre) A 3 különböző kapcsolás értékelése: Az Sz&a.33. ábra a számlálási sorban első számlálója a felhasznált típusra megengedett maximális sebességgel működhet. A következő, a típustól függően már ritkábban (10, 16 óra ütemenként) kell, hogy billenjen - ennek megfelelően akár lassúbb típusú is lehet - és így tovább. Az egyes számlálók billenési idői, az órajel kapuzása miatt, fokozatról fokozatra OAD DATA INPUTS A B C D D/U CTEN MAX/MIN CO COUNT UP INIBIT COUNT DOWN OAD Sz&a.36. ábra 74C191 számláló működésének idődiagramja Sz&a /42

32 csúsznak. Az önmagában szinkron számláló - az összekötési mód miatt -, így a fokozatok között aszinkron számlálóvá válik. A számlánc kimenete, az utolsó fokozat C jele, egy flipflop órajeleként használható. Ez a kapcsolás olyan felhasználásban célszerű, ahol egy számlálási ciklus alatt a Q kimenetek pillanatnyi állapotára nincs szükségünk. Tulajdonképpen beállított érték leszámolását, gyakran időmérő számlálást végez. Példaként lásd a Kettős integráló típusú Analóg-Digitális átalakító felépítését. Amennyiben a számlálás megállítása után szükséges a számláló értékének ismerete - ekkor természetesen nem végértékig működött a számláló - úgy a számláló leállítását követően elegendő időt kell hagyni - a felhasználás céljára történő kiolvasás előtt - az utolsó (legnagyobb helyiértékű) számlánc stabilizálódására. - Az Sz&a.34. ábra szinkron számlálóját a fokozatok számának növekedésével a sorosan terjedő átvitel miatt egyre kisebb frekvenciájú órajel (Növekvő periódus idő) mellett tudjuk használni, (mint, más soros átvitelű szinkron számlálót) viszont az összes bit egy időben billen. A legnagyobb helyi értékű kimenet órajelként, és szinkron, vezérlő jelként is használható. Az Sz&a.35. ábrán lévő kapcsolás, a párhuzamos átvitel miatt, a fokozatok számától függetlenül azonos, de az egyetlen számlálóhoz (és az Sz&a.35. ábra megoldásához) képest csökkent sebességű működésre képes. Például F sorozat esetén ez az 1 számlálónál megengedhető frekvencia harmada. Természetesen az összes kimeneti bit egy időben billen. A számlánc TC (Max/Min) kimenete a 160-as családéhoz hasonlóan csak szinkron hálózatokhoz, vezérlőjelként használható, órajelnek nem. Sz&a.3.2. Irányfüggő órával vezérelt számláncok (74C192; 74C193) A számláló felépítésének a blokkvázlatát a Sz&a.37. ábrán, a működés idődiagramját a Sz&a.38. ábrán mutatjuk be. Két órajellel léptetet előre/hátra számláló jeleinek táblázata: Jel név Funkció UP Felfelé számláló óra bemenet (felfutó él) Count Up Clock Input DOWN efelé számláló óra bemenet (felfutó él) Count Down Clock Input C Aszinkron törlés ( szint) Asyncronus Master eset Input A D Párhuzamos adat bemenet Parallel Data Inputs Input Flip-flop kimenet Flip-Flop Outputs Output OAD Aszinkron párhuzamos beíró jel ( szint) Asyncronus Paralel oad Input CO Előre számlálás végérték kimenet ( szint) Terminal Count Up (Carry) Output BO átra számláló végérték kimenet ( szint) Terminal Count Down (Borrow) Output Sz&a /42

33 Két órajellel léptetett, kétirányú számláló vezérlési (üzemmód) táblázata C OAD UP DOWN Üzemmód X X X Törlés (Aszinkron) X X Beírás (Aszinkron) Nincs változás Előre számlálás átra számlálás (12) CO C (14) (5) UP (4) DOWN (11) OAD S (13) BO A (15) S C1 (3) 1D B (1) S C1 (2) 1D C (10) S C1 (6) 1D D (9) S C1 (7) 1D Sz&a.37. ábra Két órabemenetes Előre/hátra számláló (74C193) felépítése és vezérlése Sz&a /42

34 C OAD A DATA B C D UP DOWN OUTPUTS CO BO SEQUENCE IUSTATED COUNT UP COUNT DOWN CEA PESET Sz&a.38. ábra Két órajellel vezérelt előre/hátra számláló (74C193) működését bemutató idődiagram Sz&a Két órabemenetű számláló láncba kapcsolása. A két kimenő túlcsordulás jelet a láncban következő számláló megfelelő órabemenetére kötve a feladatunkban megkívánt hosszúságú számlálót tudjuk kialakítani. A kapcsolás vázlatát az Sz&a.39. ábrán mutatjuk be. A két órajel bemenetű számlálónál az órajel bemenetek magas () szintjei a másik irány engedélyező jeleként is szerepelnek. Ennek megfelelően, ha valamely bemenet alacsony () szintű, és közben a másik bemeneten órajel (egy alacsony szintből felfutó él) alakul ki, az nem léptetheti a számlálót. Az engedélyező jelként használatos bemenet magas szintbe váltása, és a szükséges előkészítési idő kivárása után, az óra él aktivizálható. Sz&a /42