Содержание:
Для построения устройства, фиксирующего количество импульсов от 0 до 15, потребуются четыре триггера с последовательным переносом. Каждый элемент хранит один бит информации, а комбинация состояний всех каскадов отображает текущее значение в диапазоне 0000–1111. Такую схему реализуют на базе ИС серий 155ИЕ6 или 74HC193, где переключение разрядов происходит по фронту тактового сигнала.
Ключевая особенность: младший каскад меняет состояние на каждом входящем импульсе, следующий – через два, третий – через четыре, старший – через восемь. Это обеспечивает линейное нарастание выходного кода. Для сброса в нулевое положение используют асинхронный вход R, а предустановку значений – параллельные входы D0-D3.
Типовое использование включает:
— измерение частоты сигналов с последующим делением на 16;
— управление шаговыми двигателями с дискретным позиционированием;
— адресацию ячеек памяти в простых вычислительных модулях.
Как работает устройство с четырьмя битами и где его используют
Устройство переключает состояния от 0000 до 1111, увеличивая значение на 1 при каждом импульсе. Для сборки потребуются четыре триггера типа D или JK, соединенные последовательно. Выход каждого предыдущего элемента подключается к тактовому входу следующего.
Тактирование происходит по фронту или спаду сигнала, в зависимости от используемой микросхемы. Например, ИС 74193 поддерживает синхронный счет, а 7493 – асинхронный. Для сброса в ноль применяют логический 0 на входы R (Reset).
В схемах синхронизации частоты используют младшие разряды, старшие – для деления сигнала. Подключив выход Q3 к светодиоду через резистор 220 Ом, получим индикатор заполнения.
Где применяют:
- Генераторы импульсов с переменным периодом
- Узлы обработки данных в простых процессорах
- Системы управления шаговыми двигателями
- Цепи временной задержки в реле-контроллерах
Для тестирования подайте на вход CLK меандр 1-5 Гц и проверьте осциллографом последовательность состояний. При сбоях проверьте подавление дребезга контактов и уровень напряжения питания (3.3 В или 5 В).
Схема и логика переключения устройства на четыре бита
Основа конструкции – цепочка из четырех триггеров, соединенных последовательно. Каждый триггер меняет состояние на противоположное при получении импульса с выхода предыдущего.
- Т-триггеры – ключевые элементы, переключаются по фронту сигнала.
- Тактовые импульсы подаются только на первый триггер.
- Выходы Q0-Q3 формируют число от 0000 до 1111.
Порядок изменения состояний:
- При первом импульсе Q0 становится 1 (0001).
- Второй импульс обнуляет Q0 и переключает Q1 (0010).
- Третий импульс снова инвертирует Q0 (0011).
- После 15 импульсов все выходы возвращаются в 0.
Для сброса в нулевое состояние используется отдельный вход RESET, подключенный ко всем триггерам.
Где используют 4-битные регистры с последовательным переключением: примеры в электронике
В частотомерах и таймерах эти устройства подсчитывают импульсы за фиксированный интервал. Схема на базе ИМС 74193 позволяет измерять частоту до 15 Гц без переполнения.
Генераторы псевдослучайных чисел используют циклический сдвиг бит. Комбинация из триггеров и логических элементов создаёт последовательности для тестирования цифровых трактов.
В промышленной автоматике модули фиксируют количество деталей на конвейере. Сигнал с датчика проходит через дискретный фильтр на 16 состояний, исключая ложные срабатывания.
Как устроена логика переключения
Для анализа возьмем устройство с четырьмя триггерами, соединенными последовательно. Каждый этап изменяет состояние при спаде импульса на тактовом входе. Первый триггер переключается на каждом такте, второй – через один, третий – через два, четвертый – через четыре. Это создает последовательность 0000→0001→0010→…→1111.
Схема на основе JK-триггеров
Если собрать цепь из JK-триггеров, где выход Q предыдущего подключен к тактовому входу следующего, получится классическая схема. Убедитесь, что:
- На входы J и K всех элементов подана логическая 1
- Сигнал сброса (Reset) подключен параллельно
- Тактовые импульсы подаются только на первый элемент
Особенности переключения
Задержка распространения сигнала между триггерами ограничивает максимальную частоту. Для TTL-логики типичное значение – 20-50 нс на каскад. При 4 ступенях общая задержка достигает 200 нс, что задает предел в 5 МГц.
