Электротехника и электроника
..pdf
Тесты по теме «Регистры и счетчики»
1.Нарисуйте временную диаграмму записи кода (1010)
врегистр.
2. В трехразрядном двоичном счетчике на сложение на вход подано 10 импульсов. Какой двоичный код зафиксирует счетчик (исходное состояние счетчика 000)? Укажите правильный ответ.
1) 1010; |
2) 010; |
3) 111. |
3. Имеются 2 двоичных счетчика на сложение: один из них трехразрядный (а) другой четырехразрядный (в). На оба счетчика подается одинаковое число импульсов – 11 импульсов. Какой код зафиксируют счетчики? Укажите правильный ответ.
1)счетчик (а) 011 счетчик (в) 1011;
2)счетчик (а) 011 счетчик (в) 0011;
3)счетчик (а) 1011 счетчик (в) 1011.
4)Исходное состояние трехразрядного счетчика на вычитание 110. Какой код будет записан в счетчике после подачи двух импульсов на выход? Укажите правильный ответ.
1) 100; |
2) 111; |
3) 000. |
211
3. Исходное состояние счетчиков на сложение (а) и на вычитание (в) 100. Какой код будет зафиксирован в счетчиках после подачи на вход каждого из них по три импульса? Укажите правильный ответ.
1)счетчик (а) 111 счетчик (в) 001;
2)счетчик (а) 011 счетчик (в) 011;
3)счетчик (а) 011 счетчик (в) 101.
5.5.ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ЦАП)
ЦАП необходим при управлении технологическими процессами с помощью микропроцессорной техники, например при управлении скоростью вращения двигателя. Предназначен для преобразования двоичного кода в непрерывно изменяющийся электрический сигнал (как правило, в напряжение).
Пусть есть 4-разрядный код: Q4Q3Q2Q1 . Преобразование кода в напряжение происходит по закону
U= e(Q4 23 + Q3 22 + Q2 21 + Q1 20 ) .
Вобщем виде закон преобразования кода в напряжение выглядит следующим образом:
Рис. 5.25. Зависимость
U = f(код)
n
U = e∑Qi 2i −1 ,
1
где e – масштабный коэффициент (вес младшего разряда кода в вольтах); n – число разрядов кода; Qi – соответствующий раз-
ряд кода.
На рис. 5.25 представлена зависимость U = f (код).
212
Пример. Преобразуется код 1111, тогда
U = e(1 23 +1 22 +1 21 +1 20 ) = 15e.
ЦАП на суммирующем усилителе (рис. 5.26). Для сумми-
рующего усилителя имели
|
U |
вых |
|
= |
RОС |
U |
вх1 |
+ |
Rос |
U |
вх2 |
+ |
RОС |
U |
вх3 |
+ |
RОС |
U |
вх4 |
. |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
R1 |
|
R2 |
|
R3 |
|
R4 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
На каждый вход подаётся напряжение, соответствующее разряду преобразуемого кода.
При этом Uвх равно E, если зна-
чение разряда кода «1», или – нулю, если значение разряда кода «0». Пусть преобразуемый код
1111, тогда
U |
вых |
= |
RОС |
E + |
RОС |
E + |
||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
R |
|
2R |
|||||
|
|
|
|
|
||||||
|
+ |
RОС |
E + |
RОС |
E; |
|||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
4R |
8R |
||||||
Uвых = RОС E (8 1 + 4 1 + 2 1 + 1 1)
8R
Рис. 5.26. ЦАП на суммирующем усилителе
;RОС E = e , т.е. Uвых получа- 8R
ется в соответствии с законом преобразования кода в напряжение. Для выполнения суммирующим усилителем роли ЦАП необходимо, чтобы входные сопротивления составляли ряд R, 2R, 4R, 8R, … Старший разряд кода подаётся на вход с сопротивлением R , младший разряд – на вход с наибольшим сопро-
тивлением.
213
5.6. АНАЛОГОЦИФРОВОЙПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (АЦП)
Необходим для цифровой обработки информации от аналоговых датчиков (давления, температуры и т.д.). Предназначен для преобразования непрерывно изменяющегося сигнала в двоичный код. Блок-схема одного из возможных вариантов АЦП представлена на рис. 5.27, где Uвх – напряжение, преобразуемое
в код; ГТИ – генератор тактовых импульсов; CR – реверсивный счётчик; ЦАП – преобразует код счётчика в изменяющееся напряжение Uc ; К – компаратор, сравнивает сигналы Uc и Uвх .
|
|
|
|
|
|
+E, еслиUвх > Uc , Uk′ = +E; |
|
|
||
|
|
|
|
|
U K = |
|
еслиUвх < Uc ,Uk′ = 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−E, |
|
|
||
|
Если |
K |
= + |
E , |
то счётчик работает на сложение |
, |
если |
|||
K = |
|
|
|
U ′ |
|
|
|
|
||
0 |
– |
на вычитание |
. |
|
|
|
||||
U ′ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Рис. 5.27. Блок-схема АЦП
Рассмотрим работу АЦП в различные моменты времени
(рис. 5.28):
1. t = t1 : код счётчика
Q1 = Q2 = Q3 = Q4 = 0 .
Uc = 0, Uвх > Uc , UK = +E
(суммирование тактовых импульсов), Uc увеличивается.
214
2. t1 < t < t2 : Uвх > Uc , U K′ = +E
(суммирование тактовых импульсов), Uc увеличивается. 3. t2 : код счётчика 0101,
Uвх <Uc , UK = −E, UK′ = 0
(вычитание тактовых импульсов), Uc уменьшается.
4.t = t3 :Uвх >Uc , Uк′ = +E (суммирование тактовых импульсов), Uc увеличивается.
5.t > t3 рассмотреть самостоятельно.
Рис. 5.28. Работа АЦП
Данная система является системой автоматического регулирования, которая поддерживает равенство между сигналами
Uc и Uвх (Uc |
≈ Uвх ). Поскольку каждому значению Uc |
соответ- |
ствует свой |
код на входе ЦАП, этот же код соответствует |
|
и напряжению Uвх . |
|
|
Особенности АЦП: |
|
|
1. ЦАП |
работает с некоторым запаздыванием |
(отрезок |
t1 − t2 на рис. 2.27).
2. Точность преобразования сигнала зависит от разрядности счётчика и величины масштабного коэффициента ЦАП.
215
Тесты по теме «ЦАП и АЦП»
1. В четырехразрядный ЦАП подается код 1001. Какое напряжение будет на его выходе, если весовой коэффициент (вес младшего разряда ввольтах) равен 1В. Укажите правильный ответ.
1) 9 В; |
2) 5 В; |
3) 7,5 В. |
2. В пятиразрядном ЦАПе резистор на входе старшего разряда кода равен 1кОм. Сколько Ом имеет резистор на входе младшегоразряда? Укажите правильный ответ.
1) 16 кОм; |
2) 64 кОм; 3) 5 кОм; |
4) 32 кОм. |
3. Сколько входов должен иметь ЦАП для преобразования
32-разрядного кода? Укажите правильный ответ.
1) 64; |
2) 33; |
3) 32; |
4) 10. |
4.Какую роль выполняет компаратор в АЦП? Укажите правильный ответ.
1) сравнивает сигнал входного напряжения Uвх с выходным сигналом с ЦАП;
2) сравнивает код счетчика с выходным кодом;
3) подсчитывает количество поданных импульсов.
5.В АЦП весовой коэффициент цифро-аналогового преобразователя е = 0,2 В. На вход АЦП подано напряжение 1,5 В. Какой двоичный код будет на выходе четырехразрядного АЦП? Укажите правильный ответ.
1) 1111, 2) 0011, 3) 1001, 4) 0111 или 1000.
6. В составе АЦП имеется четырехразрядный реверсивный счетчик. Какой максимальный двоичный код можно снять с выхода АЦП? Укажите правильный ответ.
1) 11101, |
2) 1110, |
3) 1000, |
4) 1111. |
7. Изменится |
ли точность |
преобразования |
напряжения |
в код в АЦП, если уменьшить величину масштабного коэффи-
216
циента «е» в ЦАП, входящем в состав АЦП, и если изменится, то как? Укажите правильный ответ.
1) не изменится; 2) увеличится; 3) уменьшится.
8. От чего зависит быстродействие АЦП? Укажите правильный ответ.
1)от частоты тактовых импульсов генератора ГТИ;
2)от частоты сети;
3)от типа компаратора, входящего в состав АЦП.
5.7. КОМБИНАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Комбинационным называется устройство, выходная функция которого однозначно определяется сочетанием входных сигналов в данный момент времени.
Рассмотрим некоторые комбинационные устройства (дешифратор, мультиплексор, сумматор и цифровой компаратор (схема сравнения)).
5.7.1. Дешифратор
Дешифратором называется устройство, у которого каждой комбинации сигналов на входе соответствует сигнал на одном выходе или нескольких выходах. Из всего многообразия дешифраторов рассмотрим дешифратор, преобразующий двоичный код в десятичный: Q4 ,Q3 ,Q2 ,Q1 – входы; F0 , F1 ,..., F9 – выходы (рис. 5.29).
Каждой комбинации входных сигналов в диапазоне 0000 −1001 соответствует сигнал на одном из выходов.
Логическая функция дешифратора
|
= |
|
|
4 |
|
|
3 |
|
|
2 |
|
|
|
||||
F0 |
Q |
Q |
Q |
Q1 |
|||||||||||||
F1 = |
|
4 |
|
|
|
3 |
|
2 |
|
||||||||
Q |
Q |
Q |
Q1 |
||||||||||||||
# |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= Q4 |
|
3 |
|
|
|
2 |
|
|||||||||
F9 |
Q |
Q |
Q1 |
||||||||||||||
217
Рис. 5.29. Дешифратор: а – таблица истинности;
б– обозначение на схемах
5.7.2.Мультиплексор
Мультиплексор – это устройство, у которого выход соединяется с одним из входов в соответствии с кодом адреса
(рис. 5.30).
Логическая функция мультиплексора:
|
( |
|
|
|
|
|
) |
( |
|
|
|
) |
|
( |
|
|
) |
( D X Y ) . |
F = |
|
A |
X |
|
Y |
B |
|
X |
Y |
|
|
|
C X |
Y |
|
|||
Рис. 5.30. Мультиплексор: а – функциональная схема; б – условное обозначение
218
5.7.3. Сумматор
Сумматор – это устройство, предназначенное для суммирования двух чисел в двоичном коде (рис. 5.31). Пусть есть два
четырёхразрядных кода: |
A = A4 A3 A2 A1 |
. При сложении двух раз- |
|||
B = B B B B |
|||||
|
4 |
3 |
2 |
1 |
|
рядов Ai и Bi получается сумма Si |
и возможно появление еди- |
||||
ницы переноса в следующий разряд Pi . При этом, если i > 1 , то необходимо учитывать возможность появления единицы переноса из предыдущего (i − 1) разряда Pi−1 .
Рис. 5.31. Сумматор: а – таблица истинности однозарядного сумматора; б – условное обозначение
Из одноразрядных сумматоров можно построить многоразрядный.
Ниже приводится условное обозначение и блок-схема трехразрядного сумматора (рис. 5.32).
219
Рис. 5.32. Трехразрядный сумматор: а – условное обозначение; б – реализация
5.7.4. Цифровая схема сравнения (цифровой компаратор)
Цифровой компаратор предназначен для сравнения двух
кодов A = A4 A3 A2 A1, |
B = B4 B3 B2 B1 . Если A = B , |
т.е. Ai = Bi , |
||
(i = 1...n) , то F =1. |
|
|
|
|
Компаратор можно сделать на основе сумматора, учиты- |
||||
вая, что если Ai = Bi |
, то Ai + |
|
i =1. На рис. 5.33 |
представлена |
B |
||||
блок-схема цифрового компаратора.
Схема реализована на сумматоре, в котором производится поразрядное сложение кодов A + B . Если коды равны,
220