Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Последовательностные цифровые устройства.Содержание книги
Поиск на нашем сайте Триггеры. Триггер – простейшее последовательностное устройство, которое может находиться в одном из двух возможных устойчивых состояний и переходить скачкообразно из одного состояния в другое под воздействием входных сигналов. В схемном отношении элементарный триггер представляет собой чаще всего двухкаскадный усилитель, охваченный положительной обратной связью. Наличие у логических элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ инверторов позволяет использовать их для создания триггеров. Их логические входы используются в цепях управления триггеров. Входы триггеров разделяют на информационные и вспомогательные. Информационные входы используются для управления состоянием триггера, а вспомогательные для установки триггера в некоторое исходное состояние и синхронизации его работы. Чаще всего при использовании логических элементов триггеры имеют симметричную структуру и имеют два выхода: прямой Разработано большое число типов триггеров, которые по функциональному признаку можно разделить на четыре основных типа: 1. триггеры с установочными входами – RS-триггеры; 2. триггеры со счетным входом – T-триггеры; 3. триггеры задержки – D-триггеры; 4. универсальные триггеры с несколькими входами (например, JK-триггеры). Триггеры могут быть асинхронными и синхронными (тактируемыми). В асинхронных триггерах изменения состояния происходят непосредственно с приходом информационных сигналов, а в синхронных – лишь при подаче синхронизирующего (тактового) сигнала в соответствии со значениями информационных сигналов. Синхроимпульсы вводят для устранения ошибок, которые могут возникнуть за счет «состязаний» в логических цепях, переходных процессов, а также для синхронизации работы отдельных узлов и блоков сложных электронных устройств, задания определенных алгоритмов их работы. Триггеры могут иметь статические и динамические входы. Входы, управляемые потенциалами (уровнями напряжения) называют статическими, а управляемые перепадами потенциалов (фронтами импульсов напряжения) – динамическими.
Рассмотрим таблицу истинности RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ (табл. 4.5). Когда на обоих информационных входах существуют логические нули ( Допустим, что Комбинацию входных сигналов Если на один из входов подать единичный сигнал, сохраняя нулевой на другом, триггер перейдет в состояние, которое однозначно определяется входной информацией. Действительно, если, например, При
Если одновременно подать единичные управляющие сигналы на оба входа (комбинация Логическая формула для RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ имеет вид
Для того, чтобы не повторяться в дальнейшем, проверим ее: если если если
Логическая структура и способ изображения RS-триггера на элементах И-НЕ приведена на рис. 4.14. Схемно он не отличается от триггера на элементах ИЛИ-НЕ. Но закон функционирования имеет иной, поскольку элементы И-НЕ переключаются сигналами логического нуля (
Информация со входов S и R передается на входы непосредственно RS-триггера A и B только при наличии на синхронизирующем входе С сигнала 1.
При
Входная комбинация При синхронной работе на асинхронных входах следует поддерживать нейтральную комбинацию Минимальная длительность синхронизирующих импульсов должна быть Синхронные триггеры со статическим управлением во время тактового импульса действуют как асинхронные. Поэтому смена сигналов на информационных входах должна происходить только во время паузы между тактовыми импульсами, иначе возникнут нарушения в работе триггера. Синхронный RS-триггер может быть выполнен на элементах ИЛИ-НЕ (рис. 4.18) и по структуре аналогичен ранее рассмотренному. Отличие состоит в способе управления: опрокидывание триггера осуществляется сигналами
При входном сигнале По окончании входного тактирующего импульса в момент Таким образом, двухтактный RS-триггер MS-типа обладает внутренней задержкой на время длительности тактового импульса на входе С и его можно рассматривать как триггер с динамическим тактирующим входом С, у которого выходной сигнал Q изменяется при переходе тактового импульса из 1 в 0 (при отрицательном перепаде напряжения), что отражено в его обозначении на рис. 4.19 наклонной чертой у входа С. В течение тактового импульса на выходе такого триггера сохраняется предшествующее состояние На основе синхронного RS-триггера MS-типа с динамическим входом выпускаются в интегральном исполнении ряд триггеров – T-триггеры, D-триггеры, JK-триггеры. Довольно часто, особенно при построении регистров, используют D-триггеры, имеющие один информационный вход D. Функциональная особенность триггеров этого типа состоит в том, что сигнал на выходе Q в такте сигнал Функциональную схему D-триггера (рис. 4.21) можно построить, используя одноступенчатый RSC-триггер с дополнительным инвертором между входом S (выступающим в качестве информационного входа D) и выходом R. Условное обозначение и временные диаграммы, иллюстрирующие принцип работы D-триггера, приведены на рис. 4.21,б, в. Широкое применение в счетчиках и делителях частоты импульсов нашли триггеры со счетным запуском (T-триггеры). Характерным свойством T-триггера является его переключение в противоположное состояние с приходом каждого очередного входного импульса, подаваемого на счетный вход T. Чаще всего T-триггеры (рис. 4.22,а) выполняют на базе двухтактных RSC-триггеров MS-типа, введя перекрестную обратную связь с выходов Q и
Из временных диаграмм (рис.4.22,в) видно, что с приходом очередного импульса на вход T на выходе ведущего триггера P в момент T-триггер - единственный вид триггера, текущее состояние которого определяется не информацией на входах, а состоянием его в предыдущем такте. Уравнение T-триггера имеет вид
Поскольку T-триггер управляется по одному входу, то он не имеет запрещенных состояний. Для начальной установки триггера в 0 или 1 без использования синхроимпульсов в схему могут быть введены дополнительные асинхронные входы
Особенностью универсального JK -триггера является способность работать в любом из известных режимов. Варианты использования JK -триггера в качестве RS-, RSC -, T -, D -триггеров приведены на рис.4.24. Асинхронный режим управления по входам S, R (см. рис.4.24,а) заключается в том, что независимо от состояний входов J, K, C на выходе триггера может быть установлен сигнал 0 ( Синхронизируемый RS-триггер можно получить, используя входы J и K как S и R соответственно. При S=1 и R=0 по срезу тактового импульса С на выходе Q будет установлена 1, при S=0 и R=1 на выходе установится 0, при S=R=0 – режим хранения предыдущей информации. В отличие от одноступенчатого триггера управляющая комбинация S=R=1 не является запрещенной: она переводит универсальный JK-триггер в счетный режим. На основании этого T-триггер можно получить, объединив входы J, K и C (см. рис. 4.24, в).
JK-триггер можно перевести в режим работы D-триггера. Для этого необходимо управляющий сигнал D подать на вход J, а его инверсное значение - на вход K, как показано на рис. 4.24, г. JK-триггер можно перевести в любой из известных режимов с дополнительным управлением по входу V (V – разрешающий, управляющий вход). Для этого объединяются входы J и K и на них подается управляющее напряжение V. Например, на рис. 4.24,д приведен VT-триггер со входом V, позволяющим управлять режимом счета (разрешать). Входы V и T являются равноценными, их можно менять местами. Регистры. Регистр – это последовательностное логическое устройство, используемое для хранения многоразрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними. В качестве регистров в зависимости от назначения используются наборы или цепочки триггеров (чаще синхронные D-триггеры либо RS (JK)-триггеры с динамическим или статическим управлением) – по количеству разрядов числа. В схемы регистров входят также комбинационные элементы, роль которых в данном случае вспомогательная. Занесение информации в регистр называют операцией ввода или записи. Выдача информации к внешним устройствам характеризует операцию вывода или считывания. Все регистры в зависимости от функциональных свойств делят на две категории: накопительные (регистры памяти, хранения) и сдвигающие. В свою очередь сдвигающие регистры делятся: · по способу ввода и вывода информации на последовательные, параллельные и комбинированные (параллельно-последовательные и последовательно-параллельные); · по направлению передачи (сдвига) информации на однонаправленные и реверсивные. В качестве примера рассмотрим работу параллельного регистра памяти на RS-триггерах, приведенную на рис. 4.25.
В исходное (нулевое) состояние все n триггеров регистра переводятся подачей единичного сигнала на вход TR (установка нуля). Для запоминания числа Xi значения всех его n разрядов подаются параллельным кодом на входы Xi соответствующих входных схем И. Информация на входы S всех n триггеров поступит в момент подачи управляющего сигнала TЗАП (запись), подаваемого на нижние входы схем И. Вывод числа производится через ту из двух систем выходных схем И, на которую поступает единичный сигнал TВ ПР (вывод в прямом коде) или ТВ ОБР (вывод в инверсном коде). При этом на выходные шины Yi поступят сигналы либо с прямых, либо с инверсных выходов триггеров. Таким образом, наряду с хранением числа данный регистр может преобразовывать прямой код числа Xв обратный код. Параллельный регистр памяти можно выполнить на D-триггерах (рис. 4.26). В параллельном регистре на тактируемых D-триггерах код запоминаемого числа подается на информационные входы всех триггеров и записывается в регистр с приходом тактового импульса C. Предварительный сброс триггеров в данном случае не требуется. Выходная информация обновляется с подачей следующего слова и приходом следующего импульса записи на вход C.
Схема последовательно-параллельного регистра на D-триггерах MS-типа и временные диаграммы, иллюстрирующие его работу, приведены на рис. 4.27. В отличие от параллельного регистра для ввода многоразрядной информации в последовательный регистр используется только один вход D. Поступление разрядов двоичного числа в регистр происходит синхронно с подачей тактовых импульсов на вход C. С приходом первого тактового импульса в ведущий триггер первого разряда запишется сигнал с входа D, а в ведущие триггеры последующих разрядов запишутся сигналы, которые были установлены на выходах ведомых триггеров предыдущих разрядов. По заднему фронту тактового импульса C происходит перепись информации из ведущих триггеров в ведомые внутри каждого разряда. При последовательном вводе числа в регистр для записи n -разрядного двоичного кода необходимо n тактов сдвига. На временных диаграммах (рис. 4.27,в) видно, что четырехразрядное число 1011 было записано в соответствующие разряды регистра (1 – Q 4, 0 – Q 3, 1 – Q 2 и 1 – Q 1) после прихода четвертого тактового импульса. До прихода следующего тактового импульса это число хранится в регистре в виде параллельного кода на выходах Q 4 – Q 1 и может быть многократно считано без потери информации. Если необходимо получить хранимую информацию в последовательном коде, то ее снимают с выхода Q 4 в момент прихода следующих четырех тактовых импульсов (5 - 8). Таким образом, рассмотренный выше регистр обеспечивает последовательный ввод, хранение и последовательный вывод информации; может применяться для преобразования последовательного кода числа в параллельный. Во многих случаях при построении арифметических устройств возникает необходимость сдвига информации как вправо, так и влево. Последовательные регистры, обладающие способностью сдвига информации в обоих направлениях, называются реверсивными. На рис. 4.28 представлены два разряда реверсивного сдвигающего регистра, построенного на основе последовательного регистра на D-триггерах (рис. 4.27). Для обеспечения реверса сдвига между триггерами регистра включены логические устройства управления направлением сдвига. Эти устройства в зависимости от единичного сигнала, поступившего либо по управляющей шине ТС ПР, либо по управляющей шине ТС ЛЕВ, подключают входы каждого триггера регистра к выходам предыдущих или к выходам последующих триггеров. Счетчики. Счетчиком называют устройство, сигналы, на выходе которого в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на счетный вход. Счетчик, образованный цепочкой из m триггеров, сможет подсчитать в двоичном коде 2m импульсов. Каждый из триггеров такой цепочки называют разрядом счетчика. Число m определяет количество разрядов двоичного числа, которое может быть записано в счетчик. Число КСЧ= 2m называют коэффициентом (модулем) счета. Информация снимается с прямых и (или) инверсных выходов всех триггеров. В паузах между входными импульсами триггеры сохраняют свои состояния, то есть счетчик запоминает число поступивших на вход импульсов. Когда число входных импульсов NВХ > KСЧ происходит переполнение, после чего счетчик возвращается в нулевое состояние и повторяет цикл работы. После каждого цикла счета на выходах последнего триггера счетчика возникают перепады напряжения. Это свойство определяет второе назначение счетчиков: деление числа входных импульсов. Если входные импульсы периодичны и следуют с частотой fВХ, то частота выходных импульсов будет fВЫХ=fВХ/ КСЧ. Основными эксплуатационными показателями счетчика являются емкость и быстродействие. Емкость счетчика численно равна коэффициенту счета КСЧ. Быстродействие счетчика определяется двумя параметрами: разрешающей способностью tРАЗ. СЧ. и временем установки кода счетчика. Под разрешающей способностью подразумевают минимальное время между двумя входными сигналами, при котором еще не возникают сбои в работе счетчика. Обратная величина fМАХ=1/tРАЗ. СЧ называется максимальной частотой счета. Время установки кода tУСТ равно времени между моментом поступления входного сигнала и переходом счетчика в новое устойчивое состояние. Классифицируют счетчики по нескольким параметрам: · по модулю счета: двоичные, двоично-десятичные (декадные) или с другим основанием счета, с произвольным постоянным модулем, с переменным модулем; · по направлению счета: суммирующие, вычитающие, реверсивные; · по способу организации внутренних связей: с последовательным переносом, с параллельным переносом, с комбинированным переносом, кольцевые. Классификационные признаки независимы и могут встречаться в различных сочетаниях. Счетчики могут быть асинхронными и синхронными (тактируемыми). Рассмотрим примеры счетчиков. Двоичный трехразрядный суммирующий счетчик с последовательным переносом представлен на рис. 4.29. Перед началом счета, то есть в исходном состоянии все триггеры по выходам устанавливают в 0, подав импульс на вход R (установка «0»). Каждый триггер счетчика срабатывает при переходе своего входного сигнала из 1 в 0 (на отрицательный перепад входного сигнала), поэтому, как видно из временных диаграмм, каждый триггер делит частоту входного сигнала на два, что и используется в делителях частоты. Модуль счета счетчика КСЧ=23=8, т.е. через каждые восемь импульсов цикл повторяется. Из временных диаграмм видно, что количеству поступивших на вход счетчика импульсов от 0 до 7 соответствует двоичное число, определяемое состояниями триггеров. Причем код числа возрастает на 1 при поступлении очередного входного импульса, поэтому счетчик называют суммирующим. Для получения вычитающего счетчика (рис. 4.30) в цепочке триггеров счетный вход каждого последующего триггера подключают к инверсному выходу предыдущего, а не к основному, как в предыдущем случае.
Из временных диаграмм вычитающего счетчика (рис. 4.30,а) видно, что с приходом первого счетного импульса в счетчике устанавливается максимальное двоичное число 111 (двоичное число 7), а при подаче каждого последующего импульса уменьшается на единицу. Часто возникает необходимость в счетчиках, которые под действием дополнительного управляющего сигнала могли бы осуществлять либо сложение, либо вычитание. Такие счетчики называют реверсивными. Один из вариантов такого счетчика приведен на рис. 4.31.
При подаче на шину ТСУМ единицы, а на шину ТВЫЧ нуля получаем суммирующий счетчик, так как прямые выходы триггеров соединяются со счетным входом последующих через верхние логические элементы И. При сигналах на шинах ТСУМ=0 и ТВЫЧ=1 счетчик переключается на вычитание. Теперь сигналы с инверсных выходов предыдущих триггеров поступают на счетные входы последующих через нижние логические элементы И. Основной недостаток счетчиков с последовательным переносом – сравнительно низкое быстродействие, поскольку триггеры здесь переключаются последовательно один за другим. Для повышения быстродействия используются схемы счетчиков с параллельной (сквозной) передачей единиц переноса. Принцип построения таких счетчиков основан на особенности сложения двоичных чисел, заключающейся в том, что если к двоичному числу прибавить единицу младшего разряда, то результат может быть получен заменой в этом числе первого нуля в младших разрядах (считая, справа налево) единицей, а всех единиц, расположенных справа от этого нуля, - нулями. Например,
Здесь первым нулем в числе является 0 в третьем разряде, ему предшествуют единицы в первом и втором разрядах. Как видно из примера, заменив этот нуль единицей, а предшествующие ему единицы – нулями, получим число на единицу больше исходного. Вариант счетчика со сквозным переносом показан на рис. 4.32.
Предположим, что к моменту поступления очередного входного импульса триггеры первый и второй находились в положении 1, а триггер третий – положении 0 (таблица 4.9, третья строчка). Входной импульс поступает одновременно на вход T первого триггера и вход элемента И1. Так как с выходов триггеров 1 и 2 подаются разрешающие потенциалы на нижние входы соответственно элементов И1 и И2, то входной импульс проходит через элементы И1 и И2 и на счетный вход триггера 3 и переводит его в положение 1. Одновременно этот импульс переводит в положение 0 триггеры 1 и 2. Состояние триггера 4 не меняется. Таким образом, показание счетчика увеличивается на единицу. Цепь сквозного переноса единиц обладает малой задержкой и время установления счетчика практически определяется длительностью опрокидывания одного триггера. Обнуление счетчика производится при подаче на общую шину R сигнала 0. Довольно часто требуется построить счетчик, работающий в системе счисления, основание которой не равно целой степени числа 2 (КСЧ Для этого необходимо m триггеров и исключить 2m-КСЧ линейных состояний в счетчике. Это условие можно реализовать различными способами. Наибольшее распространение получили десятичные (декадные) счетчики, работающие с привычным КСЧ=10. Если десятичный счет осуществляется в двоично-десятичном коде (двоичный – по коду счета, десятичный – по числу состояний), то такой счетчик называют двоично-десятичным.
Если входы элемента И-НЕ подключить к выходам Q 3 и Q 4 счетчика получим счетчик с коэффициентом пересчета КСЧ=12 и так далее. Запоминающие устройства Запоминающие устройства (ЗУ) предназначены для записи, хранения и считывания (выборки) цифровой информации. Микросхемы памяти представляют собой функционально - и конструктивно-законченные микроэлектронные изделия, предназначенные для реализации запоминающих устройств (ЗУ). Общепринятой является классификация микросхем памяти по следующим признакам: функциональное назначение, способ хранения информации, степень зависимости от источников питания, схемно-технологическое исполнение. По функциональному назначению микросхемы памяти подразделяют на микросхемы оперативных ЗУ (ОЗУ) и постоянных ЗУ (ПЗУ). Оперативные ЗУ предназначены для хранения переменной информации: программ и промежуточных результатов обработки данных. Такие ЗУ работают в режимах записи, хранения и считывания информации и допускают оперативную
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-28; просмотров: 814; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 216.73.216.146 (0.016 с.) |