Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные устройства автоматики основы цифровой электроники. Курс лекций
.pdf
При появлении синхросигнала C = 1 и при D = 0 на верхний вход
основного триггера подается логическая единица, а на нижний вход –
логический нуль, что приведет к перебросу триггера T
в нуль, если
3
до этого на его выходе Q была логическая единица.
Если при C = 1 вход D = 1, то триггер T
установится в единицу,
3
если до этого было Q = 0.
Таким образом, выход основного триггера T
после появления
3
синхроимпульса принимает значение входа D. Сигнал на выходе как
бы повторяет с задержкой сигнал на входе D (рис. 5.17).
Рис. 5.17. Временная диаграмма работы D-триггера
Если такой триггер используется в регистре, то после записи информации (в момент появления импульса C) до последующей записи
появления нового импульса C) значение выхода будет соответство-
(
вать предшествующему значению входа D (режим хранения информации, записанной в регистр).
5.1.11. Триггер Шмитта
Триггер
Шмита (рис. 5.18) является скорее пороговым устройст-
вом, нежели триггером. Он не пригоден для хранения информации,
т.е. не может быть использован как элемент памяти. Триггер Шмитта, как и рассмотренные выше триггеры, может быть выполнен на
двух инверторах, охваченных несимметричными обратными связями.
Триггер Шмитта имеет один вход и один, реже два, выхода. На вход
подается не импульс, а аналоговый сигнал меняющейся амплитуды.
При определенных величинах входного сигнала выходное напряжение претерпевает скачкообразные изменения. Передаточная функция
91
триггера имеет петлю гистерезиса. Вследствие такой характеристики
триггер Шмитта. используется в качестве формирователя прямоугольных импульсов из сигналов произвольной формы, например
синусоиды.
Рис. 5.18. Передаточная характеристика триггера Шмитта (а)
и его условное обозначение (б)
Триггеры Шмитта выпускаются во многих сериях ИМС (К155,
К555, К564, К1533 и др.). Например, ИМС К155ТЛ1 имеет в одном
корпусе два независимых триггера Шмитта с входной логикой 4И,
К1555ТЛ2 – шесть триггеров Шмитта без входной логики. Время
задержки распространения сигнала (т.е. время от момента достижения порогового уровня входным сигналом до момента скачка выходного напряжения) составляет несколько десятков наносекунд.
5.2. Регистры. Регистры сдвига
Регистры
служат для временного хранения n-разрядных двоич-
ных чисел. Кроме этой основной операции, регистры используются в
некоторых схемах генераторов, счетчиков, преобразователях кодов и
других логических схемах.
Элементом хранения одного разряда двоичного числа является
триггер. Наиболее часто в регистрах используются D-триггеры, запись
информации в которых осуществляется по одному проводу. Возможно
использование R- и JK-триггеров с записью по одному проводу, но
при их использовании перед процессом записи необходимо обнуление
триггеров (сброс ранее записанной информации).
92
Запись информации в регистры может производиться по парал-
EZ
n
n
n
лельной или по последовательной схеме. Реже используется комбинированный способ записи.
При параллельном методе записи информация подается на D-входы
триггеров и в момент подачи синхроимпульса C фиксируется в триггерных схемах. На рис. 5.19, б показана логическая структура ИМС
КР1533ИР23, 8-разрядного регистра с параллельной записью и считы-
ванием информации. Вход
используется для перевода выходов в
высокоимпедансное состояние. Условное обозначение этой ИМС показано на рис. 5.19, а.
Рис. 5.19. Условное обозначение (а) и логическая структура (б)
ИМС КР 1533ИР23
При последовательном методе записи используются так называемые регистры сдвига. В этих регистрах при записи очередного разряда двоичного числа в первый триггер регистра записанные ранее
разряды сдвигаются вправо на один разряд. За
при подаче
тактовых импульсов C, заполняются п триггерных
тактов записи, т.е.
схем.
Съем информации может происходить или параллельным методом (одновременно со всех триггеров), или последовательным, начиная с последнего триггера, но для этого необходимо подать еще
сдвигающих тактовых импульсов.
93
На рис. 5.20, а показана логическая структура ИМС К1533ИР8,
представляющая собой 8-разрядный сдвиговый регистр. Наличие
двух входов A и B, связанных схемой И, позволяет один из входов
использовать в качестве управляющего загрузкой данных. В этой
ИМС предусмотрена принудительная асинхронная установка (при
R = 0)
низкого уровня выходов всех триггерных схем (рис. 5.20, б).
Рис. 5.20. Логическая структура (а) и условное обозначение (б)
ИМС КР1533ИР8
Существуют сдвиговые регистры, в которых возможен сдвиг как
вправо, так и влево, как последовательная, так и параллельная загрузка, как с высокоимпедансным состоянием выхода, так и без него.
Съем информации с триггерных схем регистров может производиться через логические ключи (схемы 2И) в те моменты времени,
когда это необходимо. Один из входов схем подключен к триггерам,
на другой, объединенный, подается разрешающий сигнал.
94
5.3. Делители частоты
t
Делители
частоты служат для уменьшения в n раз частоты по-
следовательности импульсов, подаваемых на делитель частоты.
Счетчики служат для подсчета числа поступивших на вход этого
устройства импульсов и представления этого числа в соответствующем коде.
Логическая структура делителей частоты и счетчиков практически совпадает, различие заключается в том, что при делителях частоты выходной сигнал снимается с последнего триггера, а у счетчиков
–
со всех триггеров. Поэтому рассмотрим схемы построения только
счетчиков импульсов.
Счетчики классифицируют по следующим показателям:
–
по коэффициенту счета различают двоичные, двоично-
десятичные или счетчики с другим основанием счета;
–
по направлению счета – суммирующие, вычитающие, реверсив-
ные;
–
по способу организации внутренних связей.
Наиболее простыми являются двоичные счетчики. При их использовании число поступивших импульсов определяется в двоичной
системе счисления. Строятся такие счетчики на T-триггерах (или им
эквивалентных), причем выход предыдущего триггера соединен с
входом последующего. На вход первого триггера поступает исходная
последовательность импульсов. В этом триггере фиксируется младший разряд числа, в следующем второй, более старший, разряд и т.д.
Так как T-триггер изменяет частоту поступающих на него импульсов
в два раза, то вес каждого последующего триггера увеличивается в
два раза, т.е. так же, как изменяется вес разряда в двоичной системе
счисления.
Часто в качестве T-триггера используют D-триггер, охваченный
обратной связью (см. рис. 5.19, а). Работу такой схемы поясняет
рис. 5.21, б. Пусть при
. При появлении первого импульса на входе С триггер ус-
1== QD
= 0 выход Q = 0 и, следовательно,
танавливается в единичное состояние: Q = 1 и D = 0. Следующий
импульс C сбрасывает триггер и т.д. Таким образом, эта схема
уменьшает в два раза частоту входных сигналов.
95
n
2
Рис. 5.21. D-триггер: а – в режиме T-триггера; б – диаграммы,
поясняющие его работу; в – двоичный счетчик на D-триггерах
Цепочка из четырех таких ячеек (рис. 5.21, в) может сосчитать
число импульсов до 15 = 1111 В. Шестнадцатый импульс переводит
все триггеры в нулевое (исходное) состояние. Таким образом, для
подсчета N импульсов необходимо иметь такое число триггеров
чтобы
n
К таким выходам триггеров Q
> N.
подключаются какие-
i
,
либо индикаторы, позволяющие определять состояние триггеров, т.е.
считывать число в двоичной системе счисления.
96
При большом числе разрядов человеку трудно непосредственно
2
воспринимать информацию с триггеров в виде двоичного числа и
переводить ее в привычную для него десятичную систему счисления.
Для получения информации в привычной десятичной системе необходимо так организовать счетчик, чтобы одна его ячейка соответствовала одной десятичной цифре. Но так как в таких счетчиках все
равно используются триггеры, то для счета от 0 до 9 необходимо
иметь четыре триггера в одной ячейке (тетраде).
Чтобы такая тетрада считала не до 15, а до 9, необходимо сделать
так, чтобы десятым импульсом все триггеры сбрасывались на нуль.
Это можно осуществить различными способами. Во-первых, можно
сделать так, чтобы при нужной кратности счета вырабатывался импульс, сбрасывающий все триггеры на нуль. Примером такой схемы
может служить схема рис. 5.22. В этой схем при появлении десятого
импульса состояние триггерных схем будет Q
Q
= 0, т.е. на схему И будут поданы две единицы, и сигналом с этой
0
= 1, Q2 = 0 Q1 = 1
3
схемы будут сброшены на нуль все триггеры, т.е. схема перейдет в
исходное нулевое состояние. Значения Q
, Q2, Q1, Q0 можно подать
3
на дешифратор для получения семисегментного кода (разд. 3.5), т.е.
сформировать десятичную цифру.
Рис. 5.22. Счетчик из триггеров с принудительным сбросом на нуль
Для числа более 9, т.е. получения многозначных чисел, надо
иметь несколько таких тетрад, причем выход Q
соединяется с вхо-
3
дом Т следующей, более старшей тетрады.
Другой способ получения счета, не кратного
n
, – это введение в
счетчик прямых или обратных связей между отдельными триггерами. В качестве простейшего примера рассмотрим счетчик, считающий до трех на JK-триггерах (рис. 5.23). В нем обратная связь осу-
97
ществляется с выхода
стоянии Q
= 0, Q1 = 0. На вход J триггера ТТ0 подается единица.
0
на вход J триггера ТТ0. В исходном со-
Q
1
Следовательно, в данный момент этот триггер будет работать как
триггер (J = K = 1). На вход J триггера ТТ1 подается логический
T-
нуль, и этот триггер будет работать как RS-триггер.
Рис. 5.23. Счетчик с обратными связями (кратность счета 3)
После подачи первого входного импульса на входы C обоих триггеров триггер ТТ0 изменит свое значение на единичное, а второй останется в нулевом состоянии. После подачи второго импульса триггер ТТ0 возвратится в нулевое состояние, так как по-прежнему
J = K = 1.
В триггере ТТ1 после второго импульса установится еди-
ница, так как перед вторым импульсом J = K = 1 и он работает как
счетный. При этом выход
этого триггера становится равным ну-
Q
лю, и, следовательно, после подачи третьего импульса триггер ТТ0
установится в нулевое состояние, так как J = 0 и K = 1. Под действием третьего импульса триггер ТТ1 также будет при этом импульсе
работать, как счетный триггер (J = 1, K = I). Таким образом, после
третьего импульса схема приходит в исходное состояние (Q
= 0).
Q
1
= 0,
0
Схема, показанная на рис. 5.24, будет считать до пяти. Эта схема
содержит как прямые (с Т0 на Т2), так и обратные (с Т2 на Т0) связи.
Пусть в исходном состоянии
Q =
0
Q
=
= 0. На вход J триггера
Q
1
2
Т0 подается единица с триггера Т2. Следовательно, этот триггер будет работать в счетном режиме, пока в триггере Т2 на выходе Q
не
2
появится единица. Триггер Т1, так как у него всегда J = K = 1, работает как счетный. В триггере Т2 может установиться единица при
98
очередном импульсе C только в том случае, когда
& J).
Работу счетчика поясняет табл. 5.1.
Рис. 5.24. Счетчик с прямыми и обратными связями (кратность счета 5)
Вход
Q
0 1 0 1 0 0
0
Q
0 0 1 1 0 0
1
Q
0 0 0 0 1 0
2
0 1 2 3 4 5
Импульс
Q
=
= 1 (вход
Q
0
1
Таблица 5.1
После первого импульса выход Q триггера Т0 становится равным
единице. Триггер Т1 не меняет своего состояния, так как по входу C
он сможет изменить свой выход Q
только при переходе триггера Т0
1
снова в нулевое состояние. Триггер Т2 не меняет состояние, так как
и K = 1.
J = 0
После второго импульса триггер Т0 изменит свое состояние, что
вызовет переброс Т1 в единичное состояние. Триггер Т2 останется
без изменений.
После третьего импульса триггер Т0 снова изменит свое состояние.
Остальные триггеры останутся без изменений (второй, работая в счетном режиме, изменит состояние только при спаде напряжения, подаваемого на вход C). Итак, после третьего импульса Q
= 1, а Q1 = 1.
0
После четвертого импульса меняют свое состояние и Т0, и Т1, и Т2.
Триггер Т2 меняет свое состояние, так как при J = K = 1 работает
в счетном режиме. После четвертого импульса и изменения состояния
Т2 на вход J триггера Т0 подается нуль, и под действием пятого импульса он остается в нулевом состоянии (режим RS-триггера и J = 0).
99
Триггер Т1 не меняет своего состояния, а у триггера Т2 перед пятым
импульсом J = 0 и K = 1, т.е. он работает в режиме RS-триггера, и после
пятого импульса сбрасывается в нуль.
Таким образом, после пятого импульса все триггерные схемы оказываются в исходном состоянии. Очевидно, что, если перед этой
тройкой триггеров, считающих до пяти, поставить один триггер, работающий в счетном режиме, т.е. делящий частоту вдвое, общий коэффициент деления становится равным десяти, что необходимо для
двоично-десятичного счетчика. Введением прямых и обратных связей можно построить счетчики с любым коэффициентом деления.
В данном пособии рассмотрены только суммирующие счетчики,
т.е. считающие в сторону увеличения показаний. Объем пособия не
позволяет рассмотреть другие разновидности счетчиков.
В настоящее время выпускаются ИМС счетчиков, работающих
в двоично-десятичной системе, а также специализированных, считающих до 12 или 24 и 60 (для электронных часов), реверсивные
счетчики с двумя входами, счетчики, у которых режим увеличения
или на уменьшения показаний определяется значением управляющего сигнала, и другие разновидности.
Условное обозначение счетчиков и делителей частоты – ИЕ: например, К155ИЕ1 (рис. 5.25, а) делитель частоты на 10 (в поле счетчика указывается кратность счета или деления); К555ИЕ5 (рис. 5.25, б) –
разрядный двоичный счетчик; К1533ИЕ6 (рис. 5.25, в) – двоично-
4-
десятичный реверсивный счетчик с параллельной загрузкой предварительной установки (через входы D
). Входы +1
i
и –1 означают пря-
мой и обратный счет.
100
Рис. 5.25. ИМС делителя частоты К155ИЕ1 (а), двоичного счетчика
К555ИЕ5 (б), реверсивного двоично-десятичного счетчика (в)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]