Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине Электротехника и электроника для специальностей 1-36 01 01 Технология машиностроения; 1-36 01 03 Технологическое оборудование машиностроительного производства
.pdf
Рисунок 7.4.9 Временные диаграммы двухступенчатого Т-триггера
JK–триггер
JK–триггер может быть построен на основе двухступенчатого Т–триггера путем использования элементов И-НЕ на входных цепях ведущего триггера (рис.
7.4.10).
Вход J соответствует входу S, а вход К – входу R, С – синхронизирующий вход. Поэтому на базе JK - триггеров реализуют синхронный RS - триггер, у которого комбинация R = S = 1, запрещенная для обычного RS- триггера, является разрешающей для переключения при С = 1.
Рисунок 7.4.10 Схема JK- триггера (а) и его условное обозначение (б).
При J = K = 1, JK-триггер изменяет свое состояние на противоположное в момент окончания каждого синхронизирующего сигнала, т.е. реализует функции Т-триггера. Поэтому на базе JK-триггера легко реализуется синхронный Т-триггер путем объединения входов и использования их в качестве входа Т (рис. 7.4.11, а). Добавляя инвертор на входе JK-триггера получают D-триггер (рис. 7.4.11, б).
Рисунок 7.4.11 Схемы Т- триггера (а) и D- триггера (б) на основе JK- триггера
161
Все типы триггеров, реализуемые на основе JK-триггера, дают задержку в появлении выходных сигналов, равную длительности синхронизирующего сигнала. Временные диаграммы JK-триггера показаны на рисунке 7.4.12.
Рисунок 7.4.12 Временные диаграмм JK- триггера
Счетчики импульсов
С ч е т ч и к – это последовательностное устройство, предназначенное для подсчета числа входных импульсов и фиксации этого числа в двоичном коде. В цифровых схемах они применяются для формирования адресов, подсчета количества циклов, записи входной информации в параллельном коде и т.д.
По способу изменения |
выходного |
кода |
счетчики |
делятся |
на: |
|
с у м м и р у ю щ и е |
– |
в которых, |
приход импульса |
увеличивает |
||
показание счетчика на единицу; |
|
|
|
|
|
|
в ы ч и т а ю щ и е |
– |
приход импульса |
уменьшает |
показание |
на |
|
единицу; |
|
|
|
|
|
|
р е в е р с и в н ы е работающие в обоих режимах.
Счетчики импульсов выполняют на основе Т-триггеров, каждому разряду счетчика соответствует 1 триггер
Основным параметром счетчика является к о э ф ф и ц и е н т и л и м о д у л ь с ч е т а K - это наибольшее число импульсов, которое может быть подсчитано счетчиком и равное максимальному числу внутренних состояний.
K = 2n где n – число триггеров.
По способу управления внутренними триггерами счетчики подразделяются на а с и н х р о н н ы е (последовательные) и с и н х р о н н ы е (параллельные).
162
В а с и н х р о н н ы х счетчиках переключение последующего триггера осуществляется выходным сигналом предыдущего, а входные счетные импульсы приходят на вход только младшего (нулевого) триггера.
Рассмотрим работу асинхронного суммирующего счетчика, выполненного на четырех JK-триггерах (рис. 7.4.1). Работу счетчика однозначно определяет таблица состояний (табл. 7.4.1) или временная диаграмма (рис. 7.4.2).
Рисунок 7.4.1 Схема суммирующего четырехразрядного счетчика импульсов
Рисунок 7.4.2 Временная диаграмма счетчика
Таблица 7.4.1
Число |
Состояние триггеров |
Десятичн. |
|||
импульсов |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
число |
|
|
||||
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
163
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
4 |
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
5 |
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
6 |
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
7 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
8 |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
14 |
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
15 |
В исходном состоянии на объединенные входы R всех триггеров подается низкий уровень сигнала (R = 0) для предварительного обнуления счетчика и установки на всех прямых выходах логического нуля: Q1=Q2=Q3=Q4=0.
Счетные импульсы приходят на вход первого триггера T1. Выходами счетчика являются прямые выходы триггеров, с которых информация о состоянии предыдущего триггера передается на синхровход последующего. Значение переменной Qi соответствующего разряда счетчика изменяется, когда переменная в соседнем младшем разряде Qi-1 переходит из состояния “1” в “0” (см. Табл. 7.4.1). Для реализации этого свойства последовательного счетчика JK-триггеры в схеме работают в режиме T-триггера с переключением в новое состояние по спаду входного синхроимпульса. Таким образом, частота выходного сигнала каждого триггера в два раза меньше, чем частота сигнала на его входе (см. Рис. 7.4.1, б). Счетчик на выходах формирует нарастающие кодовые наборы от 0000 до 1111, являющиеся двоичными эквивалентами десятичных чисел от 0 до 15. Шестнадцатый импульс переводит все триггеры в исходное нулевое состояние (K = 24 = 16).
Число, записанное в счетчик, считывается от старшего разряда (Q4) к
младшему(Q1).
В вычитающем счетчике синхронизирующий вход каждого триггера связан с инверсным выходом (Q) предыдущего триггера.
Перед началом счета должна быть предусмотрена установка всех его триггеров в исходное состояние “1”. При счете импульсов вычитающий счетчик будет формировать на прямых выходах триггеров убывающие кодовые наборы от 1111 до 0000.
164
Рисунок 7.4.3 Вычитающий счетчик
Таблица 7.4.2
Число |
Состояние триггеров |
Десятичн. |
|||
импульсов |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
число |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
14 |
2 |
1 |
1 |
0 |
1 |
13 |
3 |
1 |
1 |
0 |
0 |
12 |
4 |
1 |
0 |
1 |
1 |
11 |
5 |
1 |
0 |
1 |
0 |
10 |
6 |
1 |
0 |
0 |
1 |
9 |
7 |
1 |
0 |
0 |
0 |
8 |
8 |
0 |
1 |
1 |
1 |
7 |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
14 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
15 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Регистры
Регистрами называют устройства, предназначенные для приема, хранения, передачи и преобразования информации в виде двоичного числа или другой кодовой информации.
В зависимости от способа записи и считывания информации различают следующие типы регистров:
1)параллельные;
2)последовательные;
3)параллельно-последовательные.
Основные элементы регистра – двоичные ячейки, в качестве которых применяются триггеры. Число триггеров определяется длиной «слова», т.е. числом двоичных разрядов «слова» («слово» - законченный объём информации)
165
Схема параллельного 4-разрядного регистра показана на рис. 7.4.1. В
параллельных регистрах запись двоичного числа, или «слова», осуществляется параллельным кодом, т.е. во все разряды регистра одновременно.
Перед началом работы все разряды регистра устанавливаются в состояние «0» подачей сигнала на все объединённые входы R триггеров Информация во внутренние разряды регистра записывается по команде «Запись» (т.е. на входе «Запись» должна быть «1»). Тогда сигналы на каждом из 4- входов установят триггеры в соответствующие состояния. На выходной шине регистра информация появится по команде «Считывание», а при ее отсутствии на выходах – нули. При считывании информация, записанная в регистре, сохраняется. Поэтому такие регистры называют регистрами памяти.
а) |
б) |
Рисунок 7.4.1 Параллельный регистр
а)структура на RS – триггерах, б) условное обозначение
Последовательные (сдвиговые) регистры состоят из последовательно соединенных двоичных ячеек памяти (триггеров), состояния которых передаются (или сдвигаются) на последующие ячейки под действием тактовых импульсов.
Структурная схема последовательного четырехразрядного регистра показана на рис. 7.4.2. Регистр стоится на JK – триггерах, работающих в режиме D – триггера, что обеспечивается подачей инверсных сигналов на J и K входы Перед записью информации регистр устанавливается в ноль сигналом на выходы R триггеров.
166
а) |
б) |
Рисунок 7.4.2 Структурная схема последовательного регистра (а) и его условное обозначение (б)
Рисунок 7.4.3 Временные диаграммы работы сдвигового регистра
При записи информации одновременно с поступлением кода числа подаются тактовые импульсы на входы С. Тактовыми импульсами осуществляется продвижение информации от младшего разряда регистра к старшему. В результате этого процесса после четвертого тактового импульса ячейки регистра принимают состояние, соответствующее коду входного четырехразрядного числа (рис. 7.4.3). Регистр сдвига преобразует последовательный код на входе в параллельный на выходе.
В параллельно-последовательных (реверсивных) регистрах сочетаются свойства регистров последовательного и параллельного действия. В этой связи они могут быть использованы для преобразования последовательного кода в параллельный и обратно (рис. 7.4.4).
167
Рисунок 7.4.4 Структурная схема параллельно-последовательного регистра
Рисунок 7.4.5 Обозначение реверсивного регистра
168
Тема 7.5. Элементы микропроцессорных систем
Микропроцессор редназначен для проведения математических и логических операций над операндами в соответствии с заданной программой. Блок-схема микропроцессора (рис.7.5.1) включает:
РОН — регистры общего назначения (сверхоперативная память); УУ — устройство управления для выдачи сигналов управления по
заданной программе; БРА, БРВ — буферные регистры для кратковременного хранения
операндов.
Один из регистров РОНа — аккумулятор. Предназначен для кратковременного хранения результатов операций.
Рисунок 7.5.1
Рассмотрим работу микропроцессора при сложении трех кодов: А+В+С.
1.A БРА. Пересылка кода А в БРА.
2.B БРВ. Пересылка кода В в БРВ.
3.A B . Сложение кодов А и В.
4.A B аккумулятор р. Засылка суммы в аккумулятор.
5.аккумулятор р БРА. Пересылка содержимого аккумулятора в БРА.
6.C БРВ. Пересылка кода С в БРВ.
7.БРА+БРВ А В С . Суммирование.
8.Записать в аккумулятор. Результат пересылается в аккумулятор.
169
МикроЭВМ, кроме микропроцессора, содержит память и устройства ввода-вывода. Если с помощью микроЭВМ необходимо управлять технологическим процессом, то система должна комплектоваться датчиками, АЦП, ЦАП и исполнительными механизмами. Такая система называется микропроцессорной системой.
Упрощенная блок-схема микроЭВМ представлена на рис.7.5.2, где УВвод — устройство ввода, для ввода информации в ЭВМ: клавиатура,
дискета, сканер, стример, CD-ROM и т. п.;
Порт ввода — для подключения устройства ввода и кратковременного хранения информации;
ГТИ — генератор тактовых импульсов. Вырабатывает систему синхронизирующих сигналов;
МП — микропроцессор; Память — запоминающее устройство, предназначено для хранения
информации; ОЗУ — оперативное запоминающее устройство (информация может
обновляться);
ПЗУ — постоянное запоминающее устройство (записывается один раз);
Рисисунок 7.5.2
170