книги из ГПНТБ / Филимонов Г.А. Основы цифровых устройств систем управления учебное пособие

Г Л А В А Ш

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ОСНОВНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ

УСТРОЙСТВ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ЭЦМ

§ 12. Представление и передача двоичных чисел в цифровых устройствах

Для изображения двоичных цифр обычно используется два электрических способа: статический и динамический. Эти спо­ собы иногда носят название статического и динамического ко­ дов.

При статическом способе двоичные цифры изображаются различными уровнями потенциала. Высокий уровень потенциала соответствует единице, низкий уровень - нулю. Эти уровни

цифровых устройствах используются три основных кода: после­ довательный /время-импульсный/, параллельный /пространст­

ли цифры при этом изображаются статическим способом,то при передаче нескольких одинаковых цифр подряд уровень напря­

последовательным кодом их разряды должны поступать в стро­ го определенные моменты времени. Отметки времени прохожде­ ния каждого импульса /разряда/ создаются специальными син-

120

хронизирующими импульсами СИ /р и с .4 7 /. При изображении дво­ ичных цифр импульсами различной полярности можно обойтись без синхронизирующих импульсов.

При параллельном коде все разряды числа передаются од­ новременно, причем каждый из них поступает по своему кана­ лу /р и с .4 8 /.

Вслучае передачи число-импульсным кодом число пред­ ставляется серией импульсов высокой частоты. Количество им­ пульсов в серии равно или пропорционально значению переда­ ваемого числа. Следует отметить, что подобный код пригоден для любой системы счисления, так как это код с основанием "единица". Импульсы подсчитываются.счетчиками, работающими

всоответствующих системах счисления.

Взависимости от примененного способа передачи числа

-потенциально-импульсные, в которых сигналами на вхо­ дах являются потенциалы и импульсы, а сигналами на выходе - импульсы, при этом управляющими сигналами чаще всего быва­ ют потенциалы*

-импульсные, в которых сигналами на входах и выходах являются импульсы.

§13. Основные логические элементы на полупровод­ никах и магнитных сердечниках

Воснове сложных логических устройств лежат элементар­ ные схемы, которые реализуют логические связи "НЕ", "И", "ИЛИ".

Рассмотрим принцип работы этих схем.

121

Схема инвертора, реализующая логическую операцию

"НЕ", показана на рис.49.

Нормально триод заперт напряжениями соответствующей величины и полярности, приложенными к коллектору и базе» При подаче на базу импульса отрицательной полярности три­

рое включение триода за счет емкостного тока при разряде.

Схема совпадения реализует логическую связь "И". Про­

стейшая потенциально-импульсная схема совпадения на полу­

входах сигнала "I" диод заперт высоким потенциалом и поло­ жительный импульс, поступающий на вход А через конденсато­ ры Сз , £ 2 , проходит на выход Р. Если же на входе В сиг­ нал низкого уровня, то диод замыкает цепь положительного

появлении на любом входе отрицательного импульса соответ­ ствующий триод отпирается и через R начинает протекать относительно большой ток. При этом на выходе возникает по ложительный импульс напряжения.

Различные варианты рассмотренных схем могут быть по­ строены также на феррит-диодных, феррит-транзисторных ячей­ ках и других элементах. Наибольшее распространение получи­

122

ли схемы на феррит-транзисторных ячейках, и поэтому следу­ ет рассмотреть их несколько подробнее.

Работа феррит-транзисторной ячейки

Для создания феррит-транзисторной ячейки используются ферриты с петлей гистерезиса, весьма близкой к прямоуголь­ ной. В целях уяснения работы ячейки рассмотрим процесс на­

состоянии вещество может находиться сколь угодно долго,ес­

щего Нс , скачкообразно.

Величина Нс называется коэрцитивной силой и определя­ ет напряженность внешнего поля для перемагничивания ферро­ магнитного вещества. При достижении полем величины Нсзнак индукции изменится на противоположный. При дальнейшем уве­ личении Н индукция будет плавно увеличиваться до значения Вт , которое достигается при ~Нт. Если теперь уменьшать напряженность поля, то индукция также будет уменьшаться и при Нт = О наступит состояние остаточной магнитной ин­ дукции “ 5 ^ . Это второе устойчивое состояние ферромагнит­

123

пирающий триод. Обмотка феррита, включенная на вход триода,

чения ~ Ь т до значения + Вт вызывает изменение магнитного потока. Изменяющийся магнитный поток индуктирует в обмотках

ется положительная обратная связь. Это достигается соответ­ ствующим включением одной из обмоток феррита в коллектор­ ную цепь триода /рис.5*»/. Нарастание тока коллектора вызывает дополнительное изменение магнитного потока, в ре­ зультате чего в базовой обмотке наводится дополнительная ЭДС, еще более отпирающая триод. Возникает лавинообразный процесс нарастания напряжения на входе триода, а поэтому и нарастание коллекторного тока. После того, как феррит пе­ ребросился в верхнее устойчивое состояние, импульс напряже­ ния на входе триода исчезнет и начнется уменьшение тока кол­ лектора. Импульс коллекторного тока феррит-транзисторной ячейки имеет передний фронт более крутой, чем задний/рис.5!У

Основным фактором, определяющим работу феррита, яв­ ляется время перемагничивания. При соответствующем числе витков записывающей и тактовой обмоток феррита время пе­ ремагничивания значительно меньше длительности импульса коллекторного тока триода. Следовательно, длительность им­ пульса тока, формируемого ячейкой, определяется в основ­

125

ном поведением триода.

Итак, во входную обмотку /обмотку записи/ подаются им­ пульсы, устанавливающие феррит в положение кода "I" . Такто­ вая обмотка служит для переброса феррита из состояния "I" в состояние "О". В данном случае состоянию "I" отвечает на­

для формирования импульсов заданной длительности и амплиту­ ды. В этом случае она называется формирующей ячейкой. Ам­ плитуда и длительность импульса на выходе такой ячейки ре­ гулируются подбором числа витков базовой обм отки ^.С уве­ личением числа витков амплитуда и длительность выходного импульса возрастают. Однако, когда "Wj имеет 8-12 витков, дальнейший рост амплитуды прекращается.

Иногда требуется, чтобы формирующая ячейка не задержи­ вала прохождение импульсов, если не считать время перебро­

го после записи "I" в ячейку последняя немедленно переклю­ чается в положение "О". В связи с этим формирующая ячейка уподобляется ждущему мультивибратору, а длительность вы­ ходного импульса регулируется изменением ампервитков под­ магничивания.

На рис.56 представлены схемы последовательного вклю­ чения феррит-транзисторных ячеек при однотактном и двухтак­

ствием тактового импульса все ячейки, находившиеся в состо­ янии п1", устанавливаются в состояние "О". При этом в вы­

126

несколько записывающих или тактовых обмоток

С оби р ател ьн ая сх ем а

На рис.59 представлена схема на два входа, реализую­ щая логическую операцию "ИЛИ". Схема выполняется либо пу­ тем объединения нескольких сигналов на входной обмотке ячейки задерхки, либо наличием нескольких входных обмоток. Подобное объединение сигналов из различных источников воз­ можно не только на входе ячейки задерхки, но и на каждом входе любой другой логической схемы.

Схема совпадения /вентиль, клапан/

На рис.60 представлены функциональная и электрические схемы, отвечающие логической операции "И". Электрическая схема состоит из двух феррит-транзисторных ячеек, транзис­ торы которых соединены последовательно. Таким образом, в этой схеме осуществлена коммутация по току, т .е . на выходе схемы будет сигнал только в том случае, когда оба транзи­

не будет при условии, что считывающие импульсы тока будут проходить в каждый такт. Задержка в схеме равна 0,5 Т ,т .е .

J28

Схема запрета собрана на одной феррит-транзисторной ячейке, феррит которой имеет пять обмоток. Пятая обмотка носит название обмотки запрета и является компенсирущей. Импульс, поступающий на обмотку запрета, компенсирует им­ пульс записи, который приходит на входную обмотку и не за­ писывается. Компенсация происходит за счет того, что обе эти обмотки включены встречно. Такая схема носит название одновременного запрета.

На рис.62 показана схема запрета с компенсирующим фер­ ритом. Она состоит из схемы "И" и компенсирующего феррита. Схема совпадения необходима для того, чтобы на выходе за­ прета не могла возникнуть помеха в том случае, когда на фер­ ритах I и 2 ничего не записано, а в компенсирующий феррит

двух феррит-транзисторных ячеек. При считывании на сопро­ тивлении R создается падение напряжения за счет коллектор­ ного тока триода ячейки 2 . Положительный полюс этого напря­ жения прикладывается к базе триода ячейки, компенсируя тем самым ЭДС, наводимую в базовой обмотке.

Схема антисовпадений /исключительное "ИЛИ"/

На рис.64 показана схема, реализующая логическую опе­ рацию исключающего "ИЛИ", когда в зависимости от комбина­ ции входных сигналов на выходе будет либо сигнал А, либо сигнал В. Поскольку рассматриваемая схема состоит из двух