Budowa układu Licznik synchroniczny z przerzutników typu D w LogiSim

PanQbik napisał:

Licznik synchroniczny o dowolnej pętli liczenia z przerzutników typu D realizujący sekwencje: 0-1-3-5-7-10-13-15

Projektowanie licznika synchronicznego o niestandardowej sekwencji liczenia wymaga przemyślenia schematu połączeń przerzutników oraz logiki kombinacyjnej, która będzie odpowiedzialna za odpowiednie przełączanie stanów. W przypadku sekwencji 0-1-3-5-7-10-13-15 (w zapisie dziesiętnym), potrzebujemy przynajmniej 4 przerzutniki typu D (D-Flip-Flop), aby móc reprezentować liczby od 0 do 15 (w zapisie binarnym to od 0000 do 1111).

Sekwencja, której pragniesz, jest nieregularna, co oznacza, że nie jesteśmy w stanie zastosować standardowego licznika binarnego. Musimy zbudować coś w rodzaju licznika Johnsona lub licznika z niestandardową logiką sterowania.

Oto sekwencja liczb, którą podałeś, w zapisie binarnym:

| Dziesiętne | Binarnie |
|------------|----------|
| 0 | 0000 |
| 1 | 0001 |
| 3 | 0011 |
| 5 | 0101 |
| 7 | 0111 |
| 10 | 1010 |
| 13 | 1101 |
| 15 | 1111 |

Na początku należy zauważyć, że przerzutniki D są urządzeniami synchronicznymi, więc do sterowania nimi wykorzystujemy sygnał zegarowy. W każdym cyklu zegarowym stan na wyjściach przerzutników (Q) zmienia się w zależności od stanu na ich wejściach D.

Opracowanie schematu logiki przejść dla tego licznika wymaga ustalenia, w jaki sposób przechodzimy od jednego stanu do drugiego. Najłatwiejszym sposobem na zaprojektowanie takiego układu jest użycie tablicy Karnaugh dla każdego przerzutnika D, aby zminimalizować funkcję wejść D, która będzie determinowała kolejne stany przerzutników.

Zaczynamy więc od wypisania tabeli stanów, uwzględniając aktualny stan przerzutników (Q3, Q2, Q1, Q0) oraz wymagany następny stan (D3, D2, D1, D0):

| Teraz (Q3 Q2 Q1 Q0) | Następnie (D3 D2 D1 D0) |
|---------------------|-------------------------|
| 0000 | 0001 |
| 0001 | 0011 |
| 0011 | 0101 |
| 0101 | 0111 |
| 0111 | 1010 |
| 1010 | 1101 |
| 1101 | 1111 |
| 1111 | 0000 |

Teraz dla każdego przerzutnika D możemy stworzyć funkcję logiczną, która określi, w jaki sposób wejście D danego przerzutnika powinno być sterowane w zależności od aktualnego stanu przerzutników. Używając tablic Karnaugh, możemy zminimalizować funkcję logiczną dla każdego wejścia D.

Oto przykład jak może wyglądać funkcja dla D0:

| Q3 Q2 Q1 Q0 | D0 |
|-------------|-----|
| 0 0 0 0 | 1 |
| 0 0 0 1 | 1 |
| 0 0 1 1 | 0 |
| 0 1 0 1 | 1 |
| 0 1 1 1 | 0 |
| 1 0 1 0 | 0 |
| 1 1 0 1 | 1 |
| 1 1 1 1 | 0 |

To samo należy zrobić dla D1, D2 i D3.

Po zminimalizowaniu funkcji logicznych dla każdego wejścia D, musisz użyć układów logicznych (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, itd.), aby zbudować układ sterujący dla każdego wejścia przerzutnika D.

Ważne jest, aby pamiętać o resetowaniu licznika - musimy zapewnić, że po osiągnięciu 1111 (15 dziesiętnie) licznik wróci do 0000.

Pamiętaj, że powyższy opis to tylko ogólny przewodnik dotyczący projektowania takiego licznika. Precyzyjny schemat wymaga dokładniejszej pracy, uwzględniającej konkretne układy scalone, które będziesz miał do dyspozycji, a także wykorzystanie narzędzi projektowych do symulacji i weryfikacji działania układu przed faktycznym zbudowaniem fizycznego prototypu.