7.2 Сдвигающий регистр

Это регистр, содержимое которого при подаче управляющего сигнала может сдвигаться в сторону старших или младших разрядов. Например, сдвиг влево приведен в таблице 9.

0	1	1	0
1	1	0	0
1	0	0	0
0	0	0	0

Таблица 9 Сдвиг кода влево

Регистр с однофазной синхронизацией

На вход DS поступает последовательный код.

Рис.7-1 Регистр с однофазной синхронизацией

В регистр (рис.7-1) в момент поступления стробирующего импульса происходит запись входного бита DS в триггер ТТ0. В триггер ТТ1 переписывается информация, имевшаяся в ТТ0, в ТТ2 из ТТ1 и т.д.

При подаче следующего бита DS и сигнала С происходит тот же процесс, в результате все биты имевшиеся на выходах Q0-Q3 передвигаются на 1 разряд влево. Условное обозначение такого регистра приведено на рис.7-2.

Рис.7-2 Сдвиговый регистр Рис.7-3 Двухфазный сдвиговый регистр

В регистре (рис.7-3) по сигналу С1 происходит запись в однотактные триггеры Т00 и Т01, а по сигналу С2 информация переписывается в триггеры Т10 и Т11 и появляется на выходах Q0 и Q1. Сдвиговые регистры применяются для преобразования последовательного кода в параллельный.

7.3 Универсальные регистры

Они имеют внешние выходы и входы для всех разрядов, а также последовательный вход DS.

Имеются два вида универсальных регистров:

1) регистр выполняющий сдвиг только в одном направлении и параллельный прием кода (например, К155ИР1; К176ИР3).

2) с четырьмя режимами работы: сдвиг вправо/влево; параллельный прием; хранение(например, 8 разрядный регистр К155ИР13; 4 разрядный К500ИР141).

8 Счетчики

8.1 Классификация счетчиков

Функциональный узел предназначенный для счета импульсов называется счетчиком. По мере поступления входных импульсов счетчик последовательно перебирает свои состояния в определенном для данной схемы порядке. Например:

Длина списка используемых состояний К называется модулем пересчета или емкостью счетчика. Наиболее часто используются двоичные счетчики, у которых порядок смены состояний триггеров соответствует последовательности двоичных кодов. Применяются и другие виды кодирования,например sодинарное, когда состояние счетчика определяется местоположением движущейся единицы.

К=3

Унитарное кодирование – состояние определяется числом единиц.

Обычный счетчик перебирает свои состояния в возрастающем порядке (суммирующий счетчик), если наоборот, то это вычитающий счетчик. Если можно менять направление перебора - реверсивный счетчик. Если для переключения нужен синхросигнал, счетчик называется синхронным, если только входной сигнал, то асинхронным.

Рис.8-1 Схемное обозначение счетчика

CR – выход переноса {глава 4.1}, который используется для соединения со следующим счетчиком.

Виды связи между триггерами счетчика

1) непосредственная связь - счетчик последовательного переноса

2) тракт последовательного переноса - счетчик последовательного переноса

3) тракт параллельного переноса – счетчик параллельного переноса.

8.2 Счетчик с непосредственной связью

Рис.8-2 Счетчик с непосредственной связью

При подаче импульсов на счетный вход, состояние ТТ0 каждый раз меняется на противоположное {глава 6.4}. Состояние ТТ1 будет меняться лишь тогда, когда на выходе Q0 будет переход с 1 на 0 и т.д. Сигнал по цепочке триггеров распространяется последовательно поэтому происходит задержка срабатывания триггеров.

В худшем случае: tзад общ = ntзад триггера. В момент перехода появляются всякие промежуточные комбинации (некорректные коды).

Достоинства схемы: предельная простота, легкость наращивания. От плохих импульсов не сбивается (возможна ошибка только на одну единицу).

Пример такого счетчика-схема К155ИЕ5.

8.3 Счетчик с трактом последовательного переноса

Рис.8-3 Счетчик с трактом последовательного переноса

Входной импульс проходит через все триггеры содержащие единицу, попутно сбрасывая их в ноль, переводит в единицу первый встреченный погашенный триггер (0) и через него уже не проходит. Поэтому время задержки резко сокращается и некорректные коды не возникают.

8.4 Счетчик с трактом параллельного переноса

Рис.8-4 Счетчик с трактом параллельного переноса

На входе каждого триггера, кроме первого, установлены конъюнкторы. Входной счетный сигнал поступает на все конъюнкторы сразу. Там где они открыты он вызывает одновременное переключение всех триггеров. Кроме того, на конъюнкторы поданы сигналы всех младших разрядов, поэтому при подаче счетного импульса изменяют свое состояние все те триггеры, перед которыми все более младшие были в состоянии 1.

8.5 Реверсивные счетчики

Это счетчики, направление счета которых можно изменять.

Для превращения суммирующего счетчика в вычитающий нужно сигналы управления трактом переноса снимать с противоположных выходов триггера (не-Q вместо Q). Переключение направления счета осуществляется сигналом up/down.

8.6 Счетчики по произвольному основанию

8.6.1 Счетчики с досрочным сбросом

Рис.8-5 Счетчик с досрочным сбросом

Двоичный счетчик разрядности n (2n>k) дополнен элементом "И", который по состояниям выходов Qi обнаруживает код конца счета (k-1). После чего по цепи "R" сбрасывает счетчик в ноль. Сигнал сброса одновременно является и сигналом k-ичного переноса.

Достоинства: естественная двоичная последовательность кодов (от 0 до k-1).

Недостатки:

1) в процессе счета из-за неодновременного переключения триггеров могут возникать кратковременно коды (k-1), что вызовет преждевременный сброс.

2) сигнал сброса очень короткий, хоть один триггер сбросился и уже R = 0. Надо R удлинить и задержать, но тогда могут возникнуть некорректные коды.

8.6.2 Счетчик с досчетом

Двоичный счетчик перед началом счета по тракту параллельной загрузки Д загружается кодом 2n-к, с которого начинается счет (рис.7-8). В конце счета на выходе появляется код «все единицы», затем вырабатывается сигнал CR, который через схему установки поступает на вход PL, снова в счетчик загружается код 2n-к и т.д.

Достоинства счетчика:

Использование штатного сигнала CR и входов параллельной загрузки.

Легкая смена основания пересчета (изменяется загружаемый код 2т-к).

Недостаток:

Неестественная последовательность кодов, например, 5, 6, 7, 5, 6, 7 и т.д.

Такой счетчик применяется в делителях частоты, в которых используется только сигнал выходного переноса.

Рис.8-6 Счетчик с досчетом

9 Запоминающие устройства

9.1 Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ)

ПЗУ представляет собой чисто комбинационную схему, имеющую n адресных входов и m выходов.

Рис.9-1 Схемное обозначение ПЗУ

ПЗУ организуются по двухъярусной структуре:

1) Всевозможные конъюнкции с помощью дешифратора.

2) C помощью схем "или" собираются все нужные конъюнкции.

Рис.9-2 Структура ПЗУ

Работа схемы: если все плавкие перемычки целы, то при выборе любого адреса на входы всех дизъюнкторов будет поступать хотя бы по одной единице, поэтому y0 = y1=···= ym-1=1.

Для занесения в схему какой-либо информации некоторые перемычки пережигаются (ПЗУ с прожиганием), тогда на некоторых дизъюнкторах на все входы поступают "0" и на выход подается "0".

9.1.1 Прожигаемая ПЗУ

Примером такой ПЗУ является К155РЕ3. Ее структура 32x8 (32 слова по 8 битов каждое).

Рис.9-3 ПЗУ К155РЕ3

Если перемычка П0 цела, то при выборе транзистора VT0 (по адресу 00000 открывается "0" выход дешифратора), тогда ток этого транзистора создает через делитель R1R2 на базе VT2 некоторый потенциал, VT2 открывается, и на выходе y0 появится "0". VT1 в это время закрыт, т.к. потенциал его базы равен 0. Чтобы на выходе у0 получить "1" необходимо перемычку П0 сжечь. Для этого Uпит2 повышают до уровня 10-11 В; открывается стабилитрон VD, на базе VT1 появляется положительный потенциал, транзистор VT1 открывается и его ток сжигает перемычку. Теперь на базе VT2 не будет положительного потенциала, VT2 – закрыт, следовательно у0 = 1.

Длительность прожигающего импульса выбирается в интервале 5¸20мс.

9.1.2 ПЗУ с УФ стиранием

ПЗУ со стиранием информации ультрафиолетовым излучением в настоящее время наиболее широко используются в микропроцессорных системах. В БИС таких ПЗУ каждый бит хранимой информации отображается состоянием соответствующего МОП-транзистора с плавающим затвором (у него нет наружного вывода для подключения). Затворы транзисторов при программировании «1» заряжаются лавинной инжекцией, т.е. обратимым пробоем изолирующего слоя, окружающего затвор под действием электрического импульса напряжением 18 – 26 В. Заряд, накопленный в затворе, может сохраняться очень долго из-за высокого качества изолирующего слоя. Так, например, для ППЗУ серии К573 гарантируется сохранение информации не менее 15–25 тысяч часов во включенном состоянии и до 100 тысяч часов (более 10 лет) - в выключенном.

9.1.3 ПЗУ с электрическим стиранием

Они позволяют производить как запись, так и стирание (или перезапись) информации с помощью электрических сигналов. Для построения таких ППЗУ применяются структуры с лавинной инжекцией заряда, аналогичные тем, на которых строятся ППЗУ с УФ стиранием, но с дополнительными управляющими затворами, размещаемыми над плавающими затворами. Подача напряжения на управляющий затвор приводит к рассасыванию заряда за счет туннелирования носителей сквозь изолирующий слой и стиранию информации. По этой технологии изготовляют микросхемы К573РР2.

Достоинства ППЗУ с электрическим стиранием: высокая скорость перезаписи информации и значительное допустимое число циклов перезаписи - не менее 10000.

9.2 ОЗУ

9.2.1 Статические ОЗУ

Рассматриваемые типы запоминающих устройств (ЗУ) применяются в компьютерах для хранения информации, которая изменяется в процессе вычислений, производимых в соответствии с программой, и называются оперативными (ОЗУ). Информация, записанная в них, разрушается при отключении питания.

Главной частью ЗУ является накопитель, состоящий из триггеров.

Рис.9-1 Матрица ЗУ

Накопитель двухкоордииатпого ЗУ состоит из нескольких матриц (рис.9-1), количество которых определяется числом разрядов записываемого слова. Запоминающие элементы (ЗЭ) одной матрицы расположены на пересечении адресных шин Х строк и Y столбцов, имеют одну общую для всех элементов разрядную шину. В ЗЭ одной матрицы записываются одноименные разряды всех слов, а каждое слово - в идентично расположенные запоминающие элементы ЗЭi, всех матриц, составляющие ячейку памяти. Таким образом, в двухкоординатное четырехматричное ЗУ, матрицы которого содержат по 16 запоминающих элементов (рис.9-1), можно записать 16 четырехразрядных слов.

9.2.2 Динамические ОЗУ

В них запоминающий элемент содержит только один транзистор (рис.9-2).

Рис.9-2 Элемент динамической ОЗУ

Информация в таком элементе хранится в виде заря­да на запоминающем конденсаторе, обкладками которого являются области стока МОП-транзистора и подложки. Запись и считывание ннформаини производятся путем открывания транзистора по затвору и подключения тем самым заноминаюшей емкости к схеме усилителя-регенератора. Последний, по существу является триггерным элементом, который в зависимости от предварительной подготовки или принимает (считывает) информацию из емкостной запоминающей ячейки, устанавливаясь при этом в состояние 0 или 1, или наоборот, в режиме записи соответствующим образом заряжает ячейку, будучи предварительно установленным в 0 или 1.

В режиме чтения триггер усилителя-регенератора в начале специальным управляющим сигналом устанавливается в неустойчивое равновесное состояние, из которого при подключении к нему запоминающей емкости он переключается в 0 или I. При этом в начале он потребляет часть заряда, а затем при установке в устойчивое состояние, возвращает его ячейке, осуществляя таким образом регенерацию ее состояния. В режиме хранения информации необходимо периодически производить регенерацию для компенсации естественных утечек заряда. Максимальный период цикла регенерации для каждой из ячеек обычно составляет 1-2 мс.

10 Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)

ЦАП реализует преобразование цифрового кода в ток или напряжение.

I,U = ƒ(управляющего кода).

Чаще всего ƒ – линейная функция. Преобразование ведется в 2 этапа: код → I → U.

10.1 ЦАП c матрицей R-2nR

1) Преобразование код → ток производится с помощью резистивной матрицы.

Переключатели Пi выполнены в виде транзисторных ключей:

Рис.10-1 Резистивная матрица R-2ⁿR

2) Преобразование ток → напряжение производится операционным усилителем. Величина выходного напряжения определяется резистором R, который установлен внутри корпуса ЦАП; ОУ подключается дополнительно.

Недостаток матрицы R-2nR: резисторы матрицы сильно отличаются по величине и должны быть очень точно подобраны, поэтому чаще используется матрица R-2R.

10.2 ЦАП с матрицей R-2R

Рис.10-2 ЦАП с матрицей R-2R

В этой матрице используются резисторы только двух номиналов, которые можно изготовить с высокой точностью.

10.3 Преобразование кодов со знаком

Подключение ЦАП для преобразований кодов со знаком

При вводе кода со знаком в ЦАП путем инверсии {глава 1.1} знакового разряда к этому коду прибавляется код 128-ми (таблица 10). Диапазон входных кодов: -128 - 127 переходит в диапазон 0 - 255. После преобразования из полученного тока вычитается ток соответствующий 128-ми (рис.10-3) и тогда знак напряжения на выходе ОУ совпадает со знаком входного кода.

десятичный код	двоичный код	преобразованный код
127         :         :         1         0         -1         :         :         -127         -128	01111111         :         :         00000001         00000000         11111111         :         :         10000001         10000000	11111111         :         :         10000001         10000000         01111111         :         :         00000001         00000000

Таблица 10 Преобразование кода

Рис.10-3 ЦАП-преобразователь кода со знаком