Дільники частоти слідування імпульсів

Дільник частоти– це пристрій, який при надходженні на його вхід періодичної імпульсної послідовності формує на виході таку ж послідовність, але з частотою повторення імпульсів, яка у визначене число разів К_д менша, ніж частота повторення імпульсів вхідної послідовності.

Як було розглянуто раніше, двійкові лічильники можуть бути використані дільники частоти слідування імпульсів на 2ⁿ. На практиці часто потрібні дільники частоти імпульсів на числа, що не дорівнюють 2ⁿ. Можливі різні варіанти побудови таких дільників. Наприклад, аналізуючи роботу кільцевого регістра, розглянутого раніше, можна помітити, що частота появи імпульсів на будь-якому з його виходів, порівняно з частотою вхідних імпульсів, зменшується в цілечисло разів m, що дорівнює кількості замкнутих у кільце тригерів регістра
(F_вих1 = F_вх / m). Це означає, що кільцевий регістр є дільником частоти імпульсів з коефіцієнтом ділення К_д = m.

Спосіб побудови дільників частоти у вигляді кільцевого регістра зручний тим, що можна легко отримати будь-який потрібний коефіцієнт ділення, але для великих значень К_д він є дуже неекономічним. Наприклад, для отримання К_д = 28 потрібен двадцятивосьмирозрядний кільцевий регістр, тобто 28 тригерів, з’єднаних у кільце.

Для зменшення числа тригерів можна використовувати схеми дільників частоти слідування імпульсів у вигляді послідовного (каскадного) з’єднання двох або більше кільцевих регістрів (за умови, що необхідний К_д не є простим числом і може бути поданий у вигляді К_д1*К_д2*… К_дn). Наприклад, дільник на 28 може бути реалізований у вигляді послідовного з’єднання двох дільників, один із яких має m₁ = 4 тригери (К_д1 = 4), інший має m₂ = 7 тригерів (К_д2 = 7). Загальний коефіцієнт ділення у цьому випадку К_д = К_д1 * К_д2 = 28, а число тригерів у схемі m = m₁ + m₂ = 11.

На практиці найбільш часто використовуються дільники, реалізовані на основі лічильників з ЛЗЗ. Необхідне число тригерів у них визначається як мінімальне n, що задовольняє нерівності 2ⁿ >= К_д (для отримання К_д = 28, наприклад, потрібно лише n = 5 тригерів). Очевидно, що лічильник в цьому випадку має 2ⁿ - К_д = L «надлишкових» станів, що не використовуються. Відповідно, їх необхідно виключити.

Для будь-якого К_д в загальному випадку можна запропонувати безліч реалізацій лічильника – в залежності від того, які стани виключаються. Всі вони можуть бути отримані одним з двох основних методів: модифікації міжрозрядних зв’язків або керування скиданням.

При використанні способу керування скиданням після встановлення в лічильнику числа К_д - 1 потрібно у наступному такті роботи забезпечити скидання лічильника у нульовий (вихідний) стан, після чого починається новий цикл функціонування. Забезпечення такого скидання і є основною функцією ЛЗЗ.

Загальний вигляд схеми ЛЗЗ поданий на рисунку 3.19. Вона містить в собі кон’юнктор з n входами, що формує сигнал скидання для тригерів всіх розрядів лічильника. На його входи подаються вихідні сигнали тригерів або їх інверсії – в залежності від значень розрядів К_д - 1 -гостану лічильника.

Використання розглянутого способу дозволяє отримувати дуже прості схеми дільників частоти з можливістю зміни К_д. Але такі дільники мають суттєвий недолік – перед скиданням у них можливе короткочасне встановлення виключеного стану, що для деяких схем неприпустимо.

При побудові дільника частоти способом модифікації міжрозрядних зв’язків надлишкові стани виключаються безпосередньо з таблиці функціонування лічильника. У результаті отримують схему з нестандартними зв’язками між тригерами, що і пояснює назву методу. При синтезі схеми таким способом необхідно пам’ятати наступне. У лічильнику кожна комбінація станів тригерів визначає у деякій системі числення кількість імпульсів, що надійшли на вхід до даного моменту часу. У дільнику частоти послідовність станів може бути довільною, важливо лише забезпечити заданий коефіцієнт ділення К_д. Тому послідовність станів вибирають за умови забезпечення при заданому К_д найбільшої простоти міжтригерних зв’язків з метою більш економічної схемотехнічної реалізації дільника.

Приклад. Необхідно синтезувати дільник частоти з К_д = 3 (лічильник із періодом 3). Число тригерів у такому лічильнику n = 2. При n = 2 число можливих станів лічильника дорівнює 4 (00, 01, 10, 11). Щоб одержати дільник, необхідно забезпечити перехід лічильника зі стану 10 відразу у вихідний стан 00, минаючи стан 11. Виключення стану 11 досягається введенням до схеми лічильника зворотного зв’язку, що з’єднує інверсний вихід тригера Т2 із входом J тригера Т1, як показано на рисунку 3.20.

Рис. 3.20. Дільник частоти слідування імпульсів з К_д =3 на JK-тригерах

Початковий стан лічильника 00 забезпечується подачею сигналу „скидання” на вхід R схеми. На входи К обох тригерів постійно подається логічна одиниця. При подачі на вхід С першого вхідного імпульсу другий тригер залишається у нульовому стані (K = 1, J = 0). Перший тригер переходить до стану 1, бо на його вхід J надходить з інверсного виходу другого тригера по колу зворотного зв’язку логічна 1 (J = K = 1 ).

При подачі на вхід С другого вхідного імпульсу обидва тригери змінюють свій стан на протилежний (J = K = 1 ). При надходженні на вхід С третього вхідного імпульсу, лічильник знаходиться у початковому стані 00 (тому що для обох тригерів K = 1, J = 0). Після цього робочий цикл лічильника повторюється.

Алгоритм функціонування дільника поданий у таблиці переходів (табл. 3.9).

Дільники частоти слідування імпульсів застосовуються у схемах синхронізації та у синтезаторах частоти.