Numărătorul Inel

CAPITOLUL I. Introducere -numărătoare

Circuitele basculante bistabile (CBB) sunt circuite logice secvențiale cu 2 stări stabile (distincte), tranziția între cele 2 stări făcându-se odată cu aplicarea unor semnale de comandă din exterior. Ele sunt circuite cu memorie, ceea ce înseamnă că, examinând ieșirile, se poate deduce ultima comandă aplicată la intrare. Aplicațiile acestor circuite sunt multiple, ele stând la baza tuturor circuitelor logice secvențiale: numărătoare, registre, memorii RAM.[1].

Bistabilele sunt deseori utilizate grupate în registre sau numărătoare. Un registru este gândit ca un dispozitiv pentru stocarea de date. De multe ori conținutul său poate avea o semnificație fizică , cum ar fi de exemplu cea pentru cod de un caracter sau pentru un număr folosit la diverse calcule. Registrul propriu-zis nu conține în esență logică, nefiind altceva decât o grupare de circuite bistabile. De obicei la intrarea registrului se folosesc circuite combinaționale pentru selectarea sursei de date care urmează a fi stocate, pentru realizarea unor conversii de cod, sau pentru funcții aritmetice. Bistabilele pot forma o configurație de numărător.

Numărătoarele sunt folosite pentru controlul secvențierii operațiilor. Ieșirile bistabilelor ce formează numărătorul sunt interpretate împreună ca stare a numărătorului. Succesiunea de stări poate fi directă, liniară, formată prin numărarea unor impulsuri de ceas, poate fi repetitivă, ciclică sau poate fi foarte complexă.

Secvențele complexe sunt de obicei controlate, în diverse puncte, prin condiții de intrare variabile. În toate cazurile, numătărorul poate fi utilizat cu o logică combinațională suplimentară pe intrările fiecărui bistabil. Fiecare stare (n+1) va fi definită de intrările (n) anterioare aplicării semnalului de tact. Din tot acest proces rezultă o problemă ce constă în definirea numătătorului, cerut de sistem și a secvenței de stări necesare, dar și în proiectare circuitelor logice combinaționale necesare pe intrările bistabilelor pentru realizare secvenței de stări dorite. Odată definită structura generală a numărătorului în sistem și starile acestuia, urmează o etapă, în care este gasită prin metode de rutină rețeaua logică combinațională asociată numărătorului [2].

Numărătoarele sunt circuite care evolueaza periodic (ciclic) între anumite stari. Numărul stărilor distincte dintr-un ciclu se numește modulul numărătorului și se notează cu m. Numărătoarele în inel sau Johnson, realizate cu registre de deplasare formate din bistabile D, aveau modulul m = n respectiv m = 2ⁿ; (n era numarul de bistabile a registrului). În acest caz m - 2ⁿ.

1.1. Clasificarea numărătoarelor

Clasificarea numaratoarelor se face dupa anumite criterii:

1. modul de functionare (comutare a bistabililor):

a. asincrone - celulele de memorie din care este construit numaratorul nu comuta simultan ci aleator;

b. sincrone - celulele de memorie din care este construit numaratorul comuta simultan sub actiunea unui impuls de tact aplicat simultan tuturor celulelor.

2. modul de modificare a starilor (continutului):

c. directe - isi cresc continutul cu o unitate la fiecare impuls aplicat la intrare;

d. inverse - continutul scade cu o unitate la fiecare impuls aplicat la intrare;

e. reversibile - numara direct sau invers, in functie de o comanda aplicata din exterior.

3. modul de codificare a informatiei:

f. binare

g. binar-zecimale

h. modulo “p” etc.

Un numarator care evolueaza ciclic prin exact 10 stari se numeste zecimal sau decadic. Daca cele 10 stări sunt 0, 1, 2, ..., 9 atunci el se mai numește numărător BCD (Binary Coded Decimal).

Anumite numărătoare pot fi initializate în orice stare dacă sunt prevăzute cu posibilitatea încărcării în paralel, folosind o linie aditionala notata LD (LOAD), activa SUS sau JOS (nLD). Încărcarea se poate face asincron, dacă survine îndata ce semnalul LD este activ sau sincron, în care încărcarea se face numai după frontul activ al semnalului de tact (crescator sau descrescator).

În cazul numărătoarelor asincrone, bistabilele nu comută simultan sub acțiunea unui semnal de tact comun, ci ieșirea unui bistabil va determina comutarea unui alt bistabil.

Dezavantajul numărătoarelor asincrone este dat de timpul de comutare ridicat, avantajul constă in simplitatea schemei logice, bistabilele interconectandu-se fără circuite suplimentare.

In cazul numărătoarelor sincrone, impulsurile de tact sunt aplicate simultan la toate bistabilele, care vor comuta in același timp. Se elimină astfel intarzierile cumulative datorită bistabilelor, frecvența de lucru nefiind limitată decat de intarzierea datorată unui singur bistabil și de intarzierea introdusă de porțile logice adăugate.