книги / Электроника и микропроцессорная техника
..pdfтель с |
идеализированной характеристикой можно использовать для сравнения сигналов |
(/ вхи |
и Uих и . Подавая на прямой вход опорное напряжение, получаем схему сравнения на |
пряжений (У „х и и on (рис. 1.74).
Рис. 1.74
Компаратор на операционном усилителе с положительной обратной связью (рис. 1.75). Вводим в операционный усилитель положительную обратную связь через рези
сторы Roc |
и Л ,. Подаем на вход отрицательное напряжение -С/Вх >тогда |
UBhlx = + 1 /^ , |
||||||
f/oni =<Лх- = ф и я |
Uoc - |
Uвых R\ |
Р = |
и о |
•. При увеличении (/вх пе- |
|||
Roc +R\ |
и о; |
|||||||
Roc "Ь R\ |
|
|||||||
реброс компаратора |
будет |
вЛ 704X6 ^вх ~ 4 >п г После переброса |
^вых = -г/- - |
|||||
(/0п: = (/<>• = “ Р* Umt>: |
Теперь, если уменьшать (/вх, переброс компаратора будет в точке |
|||||||
Uвх = (/оп: |
Таким образом, |
при увеличении |
Uвх |
компаратор перебрасывается в точке |
||||
UBX =Uon | , а при уменьшении (/вх - в точке £/вх = Uon 2.
Переходный процесс подключения ёмкости под постоянное напряжение (заряд ёмко сти) показан на рис. 1.76.
Uс =Е 1 - е 1 х =R-C — постоянная времени.
V.j
Скорость изменения Uc зависит от постоянной времени т. Чем меньше т, тем быстрее
растёт напряжение на конденсаторе.
Схема и принцип действия мультивибратора (рис. 1.77). Работа мультивибратора ос нована на использовании компаратора на операционном усилителе с положительной обрат ной связью К инверсному входу подключена ёмкость, напряжение на которой сравнивается с опорным напряжением компаратора. При равенстве напряжений компаратор перебрасыва ется в противоположное состояние и вновь происходит перезаряд ёмкости (см. рис. 1.77, б).
а
|
|
Рис. 1.77 |
|
|
|
|
|
Рассмотрим работу мультивибратора для трех моментов времени. / = /у Пусть U = |
|||||
- - |
, f/c = 0 => начинается заряд ёмкости. / ~ t2 |
Uc = UQC - ~Р* U^ |
— переброс ком- |
|||
|
R' |
паратора, £/вых^+ £Лмх, Uос = +Р • |
— емкость пере |
|||
|
|
заряжается. / |
/3. UC=Uос = = +Р* Uж =>переброс ком |
|||
|
|
паратора. |
|
|
|
|
|
|
Симметричный мультивибратор - это мультивиб |
||||
|
|
ратор, у которого |
= /иву1Ь1 |
|
|
|
|
|
Частота следования импульсов мультивибратора |
||||
|
|
|
|
/ = - |
|
|
|
|
|
|
2 т In 1 + 2 Л, |
|
|
|
|
|
|
|
Roc |
|
|
|
У несимметричного |
'мультивибратора (рис. 1.78) |
|||
|
|
fпыл ^ ^пяузы |
Для |
создания |
такого |
мультивибратора |
|
|
необходимо сделать! разные цепи перезаряда ёмкости за |
||||
|
|
счёт использования двух параллельных ветвей в цепи |
||||
|
|
заряда с разными сопротивлениями и встречно включён |
||||
|
|
ными диодами: R’> R' => |
> т. |
|
||
2.ОСНОВЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ 2.1., Логические функции и логические схемы
Логическое высказывание — это высказывание, относительно которого можно одно значно сказать истинно оно или ложно. Логическое высказывание формализуется с помощью логических функций. Логическая функция может принимать два значения: «истина» или «ложь» («1» или «О» соответственно).
Таблица истинности — это табличное задание логической функции.
Элементарные логические функции «или», «и», «не».
«ИЛИ» логическое сложение — дизъюнкция, описывается функцией F = Х \ + Х 2 =
= X \v Х 2 |
|
|
|
Таблица истинности |
Обозначение на схемах |
Временная диаграмма |
|
X I |
Х 2 |
F |
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
|
-1 |
0 |
1 ; |
|
1 |
1 |
1 |
|
Условимся, чтр логической еди нице будет соответствоватьь высокий уровень сигнала, логическому нулю — низкий (нулевой) уровень.
Нарпа2.1 представлена техни ческая реализация функции «ИЛИ» на ключах и диодах. При подаче на один из входов (или на оба).высокого потен циала (логической единицы) диоды от крываются и сигналы проходят нд вы ход. В случае, если на оба входа пода ётся низкий уровень — диоды закрыты, на выходе будет нулевой уровень (ло гический ноль).
«И» |
логическое умножение — конъюнюрщ |
- Х \л Х 2 . |
i |
Рис. 2.1
описывается функцией F = Х \ • Х 2 =
1
Таблица истинности |
Обозначение на схемах] |
|||
X I |
Х 2 |
F |
xi_ |
|
0 |
0 |
0 |
||
0 |
1 |
0 |
F ' |
|
Х2 |
||||
"1 |
0 |
и |
||
1 |
1 |
1 |
|
|
зз
На рис.2.2 представлена техниче ская реализация функции «И» на ключах и диодах. При подаче на один из входов (шш на оба) низкого потенциала (логиче ского нуля) диоды открываются и шунти руют сопротивление R„ , в результате че го на выходе будет низкий потенциал (ло гический ноль). Для того чтобы на выхо де был высокий потенциал (логическая единица), необходимо на оба входа подать высокий потенциал и тем самым запереть
диоды. Ток от источника будет протекать по резисторам R\ и Ян и на выходе будет падение напряжения на Rn, соответствующее логической единице.
«НЕ» — логическое отрицание — инверсия, логическое отрицание описывается функ цией F = X
|
стинности |
Обозначение на схемах |
Временная диаграмма |
X |
: F |
X |
|
1 |
0 |
|
|
|
|
||
0 |
1 |
|
|
|
|
Для реализации логического отрицания используется |
|
|
|
свойство главной усилительной цепи каскада инвертировать |
|
|
|
сигнал (рис.2.3). Поскольку на реальных диодах в схемах «И» |
|
|
|
и «ИЛИ» при прямом включении происходит падение напря |
|
|
|
жения, то для доведения его до прежнего уровня логической |
|
|
|
единицы необходимо' ставить усилительный каскад. Так как |
|
|
|
главная усилительная цепь каскада (рис.2.3) инвертирует сиг |
|
|
|
нал, то в результате получаются функции «ИЛИ-HE» или «И- |
|
|
|
НЕ». |
|
|
|
«ИЛИ-HE». Выражение, описывающее функцию |
|
|
|
«ИЛИ-HE»: F = X \w X 2 = Х \7 X 2 . |
|
Таблица истинности |
Обозначение на схемах |
Временная диаграмма |
|
Классификация триггеров:
1)по функциональному назначению: R-S-типа;
О-типа; Т-типа;
./-К-типа;
2)по способу управления: асинхронные; синхронные (тактируемые).
Асинхронные триггеры меняют своё состояние по приходу соответствующего управ ляющего импульса.
Синхронные триггеры изменяют своё состояние при наличии управляющего импульса в момент прихода синхронизирующего (тактового) импульса.
Классификация входов триггеров:
1.Статические входы, которые управляются уровнем сигнала.
2.Динамические входы, которые управляются либо фронтом, либо срезом.
2.2.1.Триггер r-s-типа
Условное обозначение:
прямой выход инверсный выход
Если триггер находится в единичном состоянии, то 6 = 1, 6 = 0. Ситуации Q=Q не существует.
Таблица истинности Л-5-триггера
S |
R |
Qn |
|
0 |
0 |
||
Qn-i |
|||
1 |
0 |
||
1 |
|||
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
Запрещённая |
|
|
|
комбинация" |
Здесь Qn-\ состояние триггера до подача управляющих сигналов, Qn — состояние триггера после подачи управляющих сигналов.
Реализация триггера Л-5-типа на элемен |
Реализуется функция "НЕ" |
|
тах «И-НЕ» |
||
|
||
Анализ работы схемы, проведённый на |
& |
|
основе таблицы истинности элемента «И-НЕ», |
|
|
подтверждает, что схема реализует функцию R- |
|
|
5-триггера (работу схемы в деталях рассмотреть |
^ |Н & |
|
самостоятельно). |
|
Реализация триггера R-S-тшъ. на элементах «ИЛИ-НЕ»:
Анализ работы схемы следует производить с использова нием таблицы истинности элемента «ИЛИ-HE» (рассмотреть са мостоятельно).
Временные диаграммы /W -триггеров (пример):
i
п п п п I] п
_в-- |
1г"1 |
г п г |
|
||
Q |
г |
1 |
|
7
£
t
Асинхронный /М-триггер ((?„_i = 0)
2.2.2. D-триггер
/^-триггер запоминает ту информацию, которая есть на входе D в момент подачи
синхронизирующего импульса. |
|
|
|
|
|||
Обозначение |
Таблица |
Временная диаграмма. |
|
||||
|
|
|
Q |
-истинности |
1 |
|
|
D |
Т |
|
D |
Q |
п пf] п п п |
г |
|
|
|
||||||
|
|
|
|||||
/г |
|
( |
^ 0 . |
0 |
0 |
|
|
№ |
|
|
1 |
1 |
тл гл гIU |
||
|
|
|
|
||||
__ г
2.2.3.Г-триггер
При подаче единицы на вход Г-триггер переходит в противоположное предыдущему состояние. Г-триггер Делит количество импульсов пополам.
Обозначение |
Таблица |
Временная диаграмма |
2.2.4.J-k триггер
Таблица истинности J-X-триггера отличается от таблицы истинности R-S триггера од ной нижней строчкой.
Обозначение |
Таблица |
Временная диаграмма |
истинности |
2.3. Регистры
Регистром называется устройство, предназначенное для приёма, хранения и выдачи информации. Проще всего построить регистры на триггерах D-типа.
Классификация регистров:
1)параллельные,
2)последовательные.
Схема параллельного регистра приведена на рис.2.6. В параллельном регистре ин формация на регистр записывается в параллельном коде: Х \,Х 2 , ХЗ — записываемый код, СИ — магистраль синхронизирующих импульсов, Ql, Q2, Q3 — код, записанный в регистр.
Рис. 2.6
По магистрали информация записываемого кода подаётся на входы Х \у Х2, Х З . По приходу синхронизирующего импульса информация с магистрали переписывается в регистр
38
и хранится там до подачи следующего синхронизирующего импульса. По приходу следую щего синхронизирующего импульса в регистр записывается новая информация. Считывание информации с регистра осуществляется с выходов 01,02,03
Схема последовательного регистра приведена на рис.2.7 При записи информации в последовательный регистр двоичный ход последовательно,
разряд за разрядом* подается на вход. Первым подаётся старший разряд, последним — младший. Выход триггера предыдущего разряда соединяется со входом триггера последую щего разряда. Поэтому по каждому синхронизирующему импульсу информация с предыду щего разряда записывается в последующий разряд, т.е. происходит сдвиг информации.
Рис. 2.7 |
|
|
|
|
Работа регистра (щжмер записи входного ко |
|
|
|
|
да 101): |
СИП |
|
|
|
1 Исходное состояние: Q 1 = 0,02=0,03=0. |
|
|
||
DL |
L |
Ц |
||
2. Входы. П - 1 , Т2=0, 73=0. |
||||
3. СИ!. 01 = 1, 02=0, (73=0. |
ВХ. КОД 11 |
|
|
|
|
|
и |
||
4. Входы:Т\ =0,*~72=(7 1=1, Л=(72=0. |
|
|
||
5. СИ2: 0 1=0, 02= 1, £3=0. |
Q in |
|
|
|
6. Входы: Л - 1 , 72 -01= 0, Г3=02=1. |
|
|
|
|
7. СИЗ: (71=0, (72=0, (73 = 1. |
Q2 |
|
|
|
Особенности работы регистра: |
|
|
|
|
1 Запись //-разрядного кода происходит за п |
Q3 |
|
|
|
синхронизирующих импульсов. |
|
|
||
2. При работе регистра происходит сдвиг |
|
|
|
|
информации слева направо, поэтому такой регистр |
|
|
1 |
называют регистром сдвига- 3. Информация с регистра может быть считана как в параллельном, так и в последо
вательном коде. Для снятия информации в последовательном коде необходимо подключить приёмник к выходу триггера старшего разряда и подать (и - 1) синхронизирующий импульс. Регистр позволяет преобразовать последовательный код в параллельный.
Существуют регистры сдвига, сдвигающие информацию слева направо, справа нале-
Обозначение: |
Q1 |
-------- D RO |
& |
R RQ |
|||
S1 |
Q2 |
С |
Q2 |
|
|||
S2 |
Q3 |
|
|
S3 |
|
|
|
|
|
|
|
Трёхразрядный |
|
Трехразрядный |
|
параллельный регистр |
последовательный регистр |
||
2.4. Счётчики
Счетчиком называется устройство, предназначенное для подсчета количества поданных импульсов.
Классификация счетчиков:
1.Счётчики на сложение.
2.Счётчики на вычитание.
3.Реверсивные счётчики. В соответствии с управляющим сигналом могут работать как на сложение, так и на вычитание.
Различают счётчики с модулем счёта кг. k —2 кФ 2 (п — число разрядов счётчи
ка).
2.4.1.Трёхразрядный двоичный счётчик на сложение
Временная диаграмма
В каждый момент времени в разрядах счётчика записан код числа поданных импуль-
'сов.
|
Таблица состояний счётчика |
|
|
Входа, импульс |
|
Q2 |
63 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
2 |
0 |
1 |
0 |
3 |
1 |
1 |
0 |
4 |
0 |
0 |
1 |
5 |
1 |
0 |
1 |
6 |
0 |
1 |
1 |
7 |
1 |
1 |
1 |
8 |
0 |
0 |
0 |
2.4.2.Трёхразрядный двоичный счётчик нэ вычитание