Цифровые электронные устройства.
Использование логических элементов.
Рассмотренные логические элементы применяются в различных цифровых устройствах. В качестве примера приведена схема, которая обеспечивает 1 на выходе (OUT) в соответствие с таблицей на рис.11.14 (demo11_4 ).
Рис. 11.14. demo11_4. Таблица состояний в примере.
Для этой таблицы можно составить булево выражение в совершенной дизъюнктивной нормальной форме для функции:
.
В этой форме для каждого набора аргументов, где функция равна 1 записывают их произведение, если значение аргумента равно 1. Если же значение аргумента равно нулю, то аргумент записывают с инверсией.
Так как в 6-ти строках функция имеет значение 1, то получилось 6 конъюнкций (произведений), которые включены в одну дизъюнкцию.
После упрощений с использованием специальных программ логических вычислений (или минимизацией по правилам булевой алгебры) получим:
.
Возможна запись той же функции в совершенной конъюнктивной нормальной форме. В этой форме составляют логическое произведение сумм. Записывают элементарные суммы для строк с нулевым значением функции. Аргумент записывают с отрицанием, если его значение равно 1.
В нашем примере получим:
Выражению по первому варианту записи соответствует схема из логических элементов, реализующих три операции «И» и две операции «ИЛИ».
Рис. 11.15. demo11_4. Схема, реализующая заданную функцию.
Для испытания полученной схемы подадим последовательность слов, содержащих набор битов на входе по таблице рис.11.14 и на выход включим индикатор сигналов (рис. 11.16). На рисунке изображено состояние, которое установилось конкретно после задания на все входы логического 0.
Рис. 11.16. demo11_5. Пример использования логических элементов.
В примере видно, что на выходе индикатор светится (состояние 1 на выходе схемы) при задании на входы слов, соответствующих 0..2,5..7, и не светится при состояниях входов 3 и 4.
Рассмотренное устройство называется дешифратором. Они широко применяются в схемах управления всевозможными индикаторами.
-
Триггеры. Основные свойства. Примеры устройств, свойства и назначения rs-триггеров, d –триггеров.
Триггеры.
Важными элементами цифровой электроники являются триггеры – элементы, которые имеют два устойчивых состояния выходного сигнала 0 и 1. В зависимости от возможностей управления, которые определяются устройством триггера, существует большое количество разных триггеров.
Наиболее распространены RS-триггеры, JK -(cчетные) триггеры, D –триггеры.
Одна из схем RS-триггера и его таблица состояний при последовательном нарастании аргументов приведена на рис. 11.18 .
Рис. 11.18. Схема RS –триггера и состояния при разных состояниях входов. Вход S –(set) установка по каналу A, вход R –(reset) сброс по каналу B, выход Q, инвертированный выход Q`.
Значения аргументов могут изменяться произвольным образом. В общем случае в зависимости от предыстории состояние RS –триггера определяется таблицей на рис.6.12. Первая строка означает, что состояние выхода не изменяется в любом случае, если на оба входа установить 0. Последняя строка запрещает установку обоих входов в 1.
Рис. 11.19. Условное графическое обозначение RS –триггера и таблица состояний при разных состояниях входов.
При подаче сигналов S=0 и R=0 значения выходов остаются без изменения, при подаче S=1 и R=1 состояние не имеет определенности и запрещено.
Существуют так же синхронные триггеры, которые имеют еще один – тактовый вход, сигнал на котором разрешает изменения состояния триггера.
RS- триггеры используются составной частью в других триггерах.
D- триггер имеет один информационный вход D и один тактовый вход C и имеет таблицу состояний, приведенную на рис.6.13.
Рис. 11.20. Условное графическое обозначение D –триггера и таблица состояний.
D –триггер имеет два выхода и он используется в счетчиках импульсов (см. рис.11.21.). Подача неинвертированного выходного сигнала на вход задержки D позволяет удваивать период выходных импульсов (т.е. уменьшать их частоту в два раза). В демонстрационном примере подсчитывается количество импульсов от генератора. На осциллограммах выходных сигналов видно, что состояние первого от входа счетчика триггера меняется от каждого импульса, второго – от каждого второго импульса, третьего – от каждого четвертого, третьего – от каждого восьмого. На рис. 6.14. зафиксировано состояние наибольшего числа в F (на восьми сегментном дисплее) в шестнадцатиричной системе счисления – 1 во всех четырех разрядах.