книги из ГПНТБ / Каган Б.М. Цифровые вычислительные машины и системы учеб. пособие

Принципиальная схема типового клапана интеграль­ ной системы элементов ТЛЭС показана на рис. 3-20,6.

Схема состоит из двух переключателей тока, первый из которых образуется транзисторами Т3, ТА и Т5 с об­ щими коллекторами и эмиттерами, а второй построен на

среднее значение между уровнями напряжения логичес­ кого 0 и логической 1. Если все входы элемента ТЛЭС имеют низкий потенциал логического 0, то транзистор Т6 открыт. Если на любой вход или на несколько входов элемента ТЛЭС поступает высокий уровень логической 1, то транзистор Т6 закрыт, а работает первый переклю­ чатель тока. Выходные сигналы клапана ТЛЭС снима­ ют с змиттерных повторителей (образованных транзис­

что обеспечивается условие равенства уровней входных и выходных сигналов.

Типовой клапан ТЛЭС (рис. 3-20,6) реализует по прямому и инверсному выходу следующие логические операции:

Выхі = ВхЬВх2ВхЗ = Вхі V Вх2\/ВхЗ;

Вых2 = Bxl -Bx2-Bx3.

Число логических входов клапана ТЛЭС может быть увеличено путем подсоединения к точкам А и В транзис­ торов с общими коллекторами и эмиттерами.

160

Е. С О С Т А В К О М П Л Е К С О В И Н Т Е Г Р А Л Ь Н Ы Х Л О Г И Ч Е С К И Х Э Л Е М Е Н Т О В

Как уже отмечалось, на практике почти все ком­ плексы логических элементов обладают функциональной избыточностью, что позволяет строить экономичные по объему электронного оборудования устройства.

На рис. 3-21 показаны примерный состав интеграль­ ных логических элементов, характерный для систем

Рис. 3-21. Функциональные схемы типового набора интеіральных логических элементов.

ДТЛ, ТТЛ и ТЛЭС, и функциональные схемы элементов. Элемент на рис. 3-21, а содержит два независимых

клапана И на три входа каждый.

Элемент на рис. 3-21,6 содержит два четырехвходо­ вых клапана И—НЕ. Аналогичные элементы могут со­ держать три трехвходовых или четыре двухвходовых клапана И—НЕ. Общее число входов и выходов такого элемента ограничено числом выводов в корпусе интег­

ральной схемы.

Элемент на рис. 3-21, в содержит два четырехвходовых клапана ИЛИ.

Элемент на рис. 3-21, г состоит из двух трехвходовых клапанов ИЛИ—НЕ.

Элемент на рис. 3-21, д содержит два клапана И—НЕ с повышенной нагрузочной способностью.

Элемент на рис. 3-21, е представляет собой так назы­ ваемый клапан И—НЕ «со свободным коллектором». Особенностью таких клапанов является возможность образования элемента И—ИЛИ—НЕ путем соединения выходов двух и более клапанов И —НЕ.

Элементна рис. 3-21,ж является вспомогательным логическим элементом и содержит две независимые схе­ мы И—ИЛИ на три входа каждая и предназначен для расширения входных логических возможностей основ­ ных логических элементов при осуществлении операции ИЛИ. Такая схема является характерной для элементов

2И—ИЛИ—НЕ и имеет специальные дополнительные выводы К и Э, предназначенные для подключения неко­ торого числа клапанов для расширения логических воз­

Кроме перечисленных логических элементов в состав комплекса интегральных схем могут входить различные триггеры.

схемы такого модуля (элемента) меняется логика рабо­ ты триггера. Схемы триггеров можно разделить на не­

162

Для упрощения процесса проектирования функцио­ нальных схем цифровых устройств целесообразно ввести специальные условные обозначения триггеров. Общая форма условного обозначения триггеров показана на рис. 3-22. Если триггер содержит входную логику, уп­ равляющую процессом занесения в него информации, то

но под воздействием синхро­ низирующего сигнала, то та­

кой триггер называется синхронным (синхронизируе­ мым). Если занесение информации в триггер с любого входа производится без синхронизирующего сигнала, та­ кой триггер называется асинхронным (несинхронизируемым).

В основном поле прямоугольника ставится символ Т для обозначения схемы однотактного триггера или сим­ вол ТТ для обозначения триггера, работающего по двух­ тактному принципу.

Дополнительное поле прямоугольника, обозначающе­ го триггерную схему, может быть разделено на две час­ ти: асинхронную и синхронную. В первой проставляются символы R и S входов асинхронной установки тригге­ ра в 1 и 0, во второй — на местах Х { и Х2 символы, отно­ сящие данный триггер к тому или иному классу элемен­ тарных автоматов. При этом пользуются следующими

информации в триггере осуществляется под воздействи­ ем сигнала единицы (действующее значение сигна­ ла равно единице); кружок на входе С (рис. 3-22,6) оз­ начает, что прием информации происходит под воздейст­

настраивается на выполнение функции D-триггера. Состояние триггера определяется сигналом Q на вы­

ходе триггера (или сигналом Q на его инверсном вы­ ходе) .

Законы функционирования триггеров задаются таб­ лицами переходов, отличающимися от ранее рассмотрен­ ных таблиц переходов более компактной записью, при которой в столбце состояний может указываться, что новое состояние совпадает с предыдущим либо является его отрицанием. При этом переменные обычно обознача­ ются теми же буквами, что и соответствующие им входы.

А. АСИНХРОННЫЙ RS-ТРИГГЕР

Схема асинхронного /(5-триггера на интегральных клапанах ИЛИ—НЕ показана на рис. 3-23. Таблица 3-14, называемая в дальнейшем асинхронной таблицей переходов, определяет закон функционирования асин­ хронного /?5-триггера.

164

Асинхронный RS-триггер на клапанах ИЛИ—НЕ ре­ ализует следующую систему переходов:

1) при R = 1 и S = 0 триггер устанавливается в нуле­ вое состояние Q= 0;

2)при R = 0 и S = 1 триггер устанавливается в еди­ ничное состояние Q = 1;

3)при R = S = 0 триггер сохраняет состояние, в ко­ тором он находился до момента поступления на его вхо­ ды нулевых сигналов Q(t) = Q ( t —1);

4)при R = S = l нулевой сигнал на прямом выходе триггера Q становится равным сигналу на его инверсном

логичным образом с той только разницей, что действую­ щим значением входного сигнала является нулевой уро­ вень, а запрещенная комбинация входных сигналов есть

R = S = 0. В этом случае Q = Q = 1, так как разрываются обратные связи и триггерное кольцо распадается на два независимых инвертора.

Т а б л и ц а 3-15

Таблица переходов асинхронного /^S-триггера на клапанах И— НЕ

165

Закон функционирования асинхронного /?5-триггера на клапанах И—НЕ задается сокращенной таблицей пе­

реходов (табл. 3-15).

Схемы асинхронных /^S-триггеров в интегральных

ответственно. Здесь клапаны 1 и 2 образуют схему вход­ ной логики асинхронного /^S-триггера, построенного на

двумя таблицами переходов: синхронной и асинхронной. Таблица 3-16 описывает работу однотактного /^-триг­

Входная информация, представленная в парафазном коде, заносится в синхронный однотактный /^S-триггер через клапаны входной логики 1 и 2 в момент поступле­ ния сигнала синхронизации t. Работа /^S-триггера в со­ ответствии с синхронной таблицей переходов возможна только в том случае, если на асинхронный вход не пода­ ется действующий сигнал R, работа же в соответствии с асинхронной таблицей возможна всегда. Можно счи­ тать, что работа всегда осуществляется в соответствии с асинхронной таблицей, а при отсутствии действующего сигнала S на асинхронном входе новое состояние можно

166

определить, лишь задавшись значениями R и S на син­ хронных входах.

Если на вход 5 (рис. 3-26) поступает сигнал 1, то триггер под воздействием сигнала синхронизации

б)

Рис. 3-25. Синхронный однотактный PS-триггер на клапанах ИЛИ—НЕ.

а — функциональная схема; б —условное графическое обозначение.

устанавливается в 1 независимо от его предыдущего состояния. При поступлении на информационный вход/? сигнала 1 триггер устанавливается в 0. Состояние ß S -триггера остается неизменным, если сигнал 0 при-

сутствует на входах 5 и /?. Одновременная подача на входы 5 и R схемы рис. 3-26 сигналов 1 запрещена, так как состояние /?5-триггера в этом случае получается не­ определенным. В схеме рис. 3-25 запрещенной входной

167

т ■5

•в

Рис. 3-26. Синхронный однотактный /^S-триггер на клапанах И—НЕ.

афункциональная схема; б —условное графическое

обозначение.

комбинацией является S = R — 0. Синхронный однотакт­ ный /^S-триггер находится в режиме хранения, если на

вход синхронизации подано недействующее значение сиг­ нала і.

В отличие от асинхронных /^-триггеров синхронные однотактные PS-триггеры, построенные на клапанах

ИНЕ, имеют запрещенную комбинацию входных сиг­

налов S = R = 1, а PS-триггеры на клапанах ИЛИ—НЕ — комбинацию S = P = 0.

Рассматриваемые триггеры построены на интеграль­ ных схемах потенциального типа с гальваническими свя­ зями. Поэтому устойчивая работа однотактных PS -триг- геров возможна только в случае, если входные перемен­ ные^? и S не изменяются, пока на входе сохраняется

168

действующее значение сигнала синхронизации. Измене­ ние входных переменных R и S возможно только в те периоды времени, когда на вход синхронизации подано недействующее значение сигнала t, т. е. когда /^-триг­ гер находится в режиме хранения информации.

Временная диаграмма изменений потенциалов, изо­ браженная на рис. 3-27, иллюстрирует процесс работы

закрыты и, следовательно, состояние триггера не изме­

левого плеча триггера откроется и через время задержки сигнала на клапане на его выходе установится низкий потенциал. Это повлечет за собой изменение потенциала точки Q (через время задержки сигнала на клапане 3), после чего (через время задержки сигнала на клапане 4)

изменится потенциал точки Q. Триггер перейдет в еди­ ничное состояние и после окончания сигнала t, когда на выходе клапана 1 установится высокий потенциал, будет хранить свое новое состояние за счет действия цепей обратной связи. По временной диаграмме нетрудно про­ следить процесс установки триггера в состояние 0 при подаче на информационные входы комбинации ^ = 0 ,

1.

169