Мороз_Электротехника

первый (младший) разряд счетчика. Состояния остальных триггеров не меняются.

триггер. Первый разряд переключается с приходом каждого импульса, второй – с приходом каждого второго, третий – каждого четвертого, четвертый разряд – с приходом каждого восьмого импульса. Шестнадцатый импульс вернет все триггеры в исходное состояние Q1 Q2 Q3 Q4 0 . Модуль счета счетчика

К=24=16. Если счетчик состоит из n триггеров, то К=2n . Число, записанное в счетчике считывается от старшего триггера Т4 (например, после шести импульсов

выходы 1,2,4,8 – обозначения двоичных разрядов (20=1; 21=2; 22=4; 23=8), соответствующих выходам Q1 ,Q2 ,Q3 ,Q4 ; С1 – счетный вход; R – установка нуля.

Счетчик по модулю 10 считает от 0000 до 1001 ( от 0 до 9 в десятичной системе). Его называют д е с я т и ч н ы м или д е к а д н ы м счетчиком. В отличие от рассмотренного четырехразрядного асинхронного счетчика с модулем 16 декадный счетчик можно получить, если в схему дополнительно ввести логический элемент И-НЕ для установки всех триггеров в нулевое состояние

Рис. 2.100. Схема и обозначение декадного счетчика

Логический элемент И обеспечит сброс счетчика в состояние 0000 с приходом десятого импульса (двоичный код 1010), т.к. на входы ЛЭ поданы сигналы 1 с выходов Q2 и Q4.

74

75

Счетчики, которые считают от больших чисел к меньшим, называют вычитающими или счетчиками обратного действия. В вычитающем счетчике

синхронизирующий вход каждого триггера связан инверсным выходом Q

предыдущего триггера. Перед началом счета предусмотрена предварительная установка счетчика в состояние логической единицы на всех выходах (для трехразрядного вычитающего счетчика).

устойчивые состояния, которые нужно устранить за счет внутренней связи между триггерами. Например, требуется создать суммирующий счетчик с К=5. Число триггеров должно быть не менее трех (22=4<5, значит 23=8), т.е. счетчик возвращается в исходное состояние после восьмого импульса, а должен – после пятого. Исключаем избыточные состояния с помощью комбинационной схемы, которая после набора Q1 1 ; Q2 0 ; Q3 1, подавала бы сигнал на сбросовые R

– входы триггеров и возвращала их в состояние Q1 Q2 Q3 Q4 0 (жирная линия в таблице).

75

76

Рис. 2.102. Схема и диаграмма счетчика с числом входных импульсов равным пяти

После пятого импульса (101) на входы элемента И поступают сигналы логической 1 с выходом Q1 и Q3 и на его выходе появляется сигнал 1, который

через элемент ИЛИ подается на R – входы триггеров и перебрасывает их в исходное состояние 000.

Для наиболее широко встречающихся модулей 5,10, 12 счетчики изготавливаются в виде готовых микросхем. Например, микросхема К155ИЕ2 – это двоично-десятичный счетчик, К155ИЕ4 имеет модуль счета 12, К155ИЕ6 – реверсивный счетчик с предустановкой, К176ИЕ2 – пятиразрядный счетчик.

2.11.4. Регистры

Это устройства для передачи , преобразования, записи и хранения двоичных чисел или других кодовых комбинаций. В зависимости от функционального назначения различают регистры с д в и г а и регистры п а м я т и . Основные элементы регистра – двоичные ячейки, в качестве которых используются триггеры, обладающие «памятью».

Рассмотрим схему четырехразрядного сдвигающего регистра на К - триггерах.

Рис. 2.103. Схема и обозначение сдвигающего регистра

76

77

С приходом каждого тактового импульса на входы С происходит ступенчатая передача (продвижение) сигналов с прямых и инверсных выходов на информационные входы каждого последующего триггера, от младшего разряда к старшему. Пусть требуется записать в регистр четырехразрядное двоичное число Д=1101 ( Д1=1; Д2=1; Д3=0; Д4=1). При С=1 в триггер Т1 вводятся 1 D1 и К1=0. По окончании синхроимпульса ( при переходе от С=1 к С=0) на выходе

В рассмотренном последовательном регистре сдвига данные вводятся поразрядно ( загрузка четырехбитовой комбинации 1101 осуществляется за пять тактов).

Существуют регистры с параллельной загрузкой, при которой все информационные биты (разряды) вводятся одновременно по команде одного тактового импульса, их называют регистрами п а м я т и. Они предназначены только для приема, хранения и передачи двоичной информации. Рассмотрим четырехразрядный параллельный регистр, выполненный на четырех RS -триггерах.

Рис.2.104 Схема регистра памяти

77

78

В данном регистре информация записывается, когда на каждом из входов одновременно появляется сигнал. Например, для записи числа Д = =1011 на вход "Уст.О" подаем единичный импульс, в результате все триггеры устанавливаются в исходное нулевое состояние. Затем на вход "Запись" подаем сигнал I, и входную информацию 101I одновременно подаем в соответствии с разрядностью на входы регистра (Д1=1; Д2=1; Д3=0; Д4=1). В результате эта информация записывается и хранится в разрядах регистра. На выходах регистра информация (I0II) появляется по команде "Считывание", в ее отсутствие на выходах нули. При считывании информация, записанная в регистре, сохраняется. Достоинством регистров памяти является быстродействие, но в них каждому разряду необходима отдельная линия. Более экономична подача информаций у последовательных кодах (регистры сдвига) , когда используется одна линия для последовательной во времени передачи комбинаций I иС. Регистродин из основных элементов ЭВМ, многих устройств автоматики и информационно-измерительной техники. В качестве примера приведем структурную схему калькулятора, где регистры используются в качестве временной буферной памяти.

Рис.2.105 Структурная схема калькулятора

Устройство, переводящее десятичные числа, набранные на клавиатур , в двоичные числа, называют ш и ф р а т о р о м .

Д е ш и ф р а т о р о м (ДС) называют устройство для распознавания различных кодовых комбинаций - это комбинационная логическая схема, в которой определенной комбинации входных сигналов соответствует только один выходной сигнал. Рассмотрим дешифратор К151ЭД1, предназначенный для преобразования двоично-десятичного кода в десятичный. Он имеет четыре входа 1-2- 4-8 десять выходов, соответствующих числам от нуля до 9. В зависимости от комбинации входных сигналов появляется сигнал на одном из выходов. Дешифраторы широко применяют в вы-

78

79

числительной и информационно-измерительной технике, например, для преобразования кодов. Ниже приведена схема счета и отображения числа импульсов газоразрядным индикатором ИН.

Рис.2.106 Схема дешефратора

Пусть счетчик СТ2 отсчитал 5 импульсов (0101), Появляется сигнал единицы на входах I и 4 дешифратора и низкий уровень на его выходе 5. На остальных выходах остается высокий потенциал. Газоразрядный индикатор ИН - это прибор тлеющего разряда с анодом и десятью катодами в виде цифр от 0 до 9. На анод подается потенциал от источника +Е, а каждый катод имеет вывод, соединенный с одноименным выводом дешифратора. Когда на выходе дешифратора низкий уровень, то напряжение между анодом и катодом достаточно для разряда между ними, и катод светиться,

Например, ИМС К176ИД1 и К155ИД1это четырехразрядный дешифратор, преобразующий двоичный код в десятичный.

79

80

Существуют ИМС, объединяющие, счетчик с дешифратором, например, К176ИЕЗ и К176ИЕ4.

М у л ь т и п л е к с о р ы - это устройства для опроса (контроля) логического состояния многих устройств и пересылки данных с определенного входа на единственный выход. Рассмотрим схему простейшего мультиплексора. Он имеет два информационных входа Д0,Д1 и один управляющий (адресный) вход V. При V=1 на выход передается значение Д1, а при V=0 на выходе Д0.

Рис.2.107 Схема мультиплексора

Выбор того входа, с которого пересылаются данные, определяется двоичным кодом, поступающим на адресные входы. Мультиплексор работает по принципу поворотного переключателя, в котором для съѐма данных с любого входа нужно механически задавать новое положение. В мультиплексоре же достаточно изменить двоичный код на адресных входах. Основу мультиплексоров составляют логические элементы.

Мультиплексор KI55K1I5 предназначен для переключения любого из 8 каналов на один общий выход. ИМС содержит один логический элемент 5И-8ИЛИ-НЕ и 6 простых инверторов. Кроме 8 информационных входов ДО ...Д7, имеет три адресных входа V4, V3 и

К155КП5" инверсный выход У.

Рис.2.108 Мультиплексор на основе ИМС

Переключатель ―1 и 8‖

В зависимости от кодовых комбинаций на входах V1,V2,V3 к выходу У подключаются различные каналы. С у м м а т о р ы

80

81

используются для арифметического сложения чисел и представляют

Структурная схема состоит из четырех одноразрядных сумматоров SM1 –SМ4 . Каждый из них имеет входы А и В для ввода двух суммируемых чисел одного разряда и вход переноса Р, на который поступает сигнал с выхода Р предыдущего разряда. Результаты сложения в каждом разряде фиксируются на своих выходах S1-S4 и одновременно осуществляется перенос в старшие разряды. Пусть суммируются два двоичных числа А=0101 и В=1001. На входы SM1 поступают А4-I и В1=1, результат сложения 1+1=10. На выходе S1 появиться 0 и Р4=1. На входы SM2 поступает три числа А2=0, В2=0 и Р1=1. На выходе S2=1,Р2= 0 и т.д. Чтобы получить сумматор с большим числом разрядов, нужно объединить несколько более простых. Так, два четырехразрядных сумматора KI55M позволяют складывать восьмиразрядные числа.

81

82

ПОНЯТИЕ О МИКРОПРОЦЕССОРАХ (МП)

Микропроцессор - это устройство цифровой обработки информации, осуществляемой по программе. Реализуется в виде одной или нескольких БИС.

Рис.2.110 Структурная схема микропроцессора

А р и ф м е т и к о - л о г и ч е с к о е у с т р о й с т в о (АЛУ) выполняет арифметические и

логические операции над двумя числами. Р е г и с т р ы (Р) служат

( а к к у м у л я т о р ) . У с т р о й с т в о у п р а в л е н и я (УУ) служит для преобразования команд,

поступающих из регистров и внешнего запоминающего устройства в сигналы, воздействующие на все элементы МП. Блоки МП связаны между собой и внешними устройствами тремя шинами: шиной данных (ЩД), шиной адресов (ША) и шиной управления (ШУ). Шина состоит из проводников, к которым подключаются блоки МП и внешние устройства, и служит для обмена информацией между блоками. УУ обеспечивает разделение во времени связей межу блоками "по одним и тем же проводам (мультиплексирование ) . В МП информация представляется в двоичном коде в виде электрических сигналов. Большинство МП работают с 4,8,12 и 16разрядными "словами".

Часть 3. ТРАНСФОРМАТОРЫ

3.1.Общие понятия

Трансформатор - электромагнитный аппарат, в котором электри - ческая энергия одного напряжения переменного тока преобразуется в электрическую энергию другого напряжения.

82

83

Трансформатор, в котором подводимое напряжение повышается, называется повышающим. Трансформатор, в котором подводимое напря жение понижается, называется понижающим. Заче м нужно такое преоб разование электрической энергии? Чтобы понять это. рассмотрим прин ципиальную схему передачи электрической энергии от электрической станции к

потребителю.

На рис.9.I приведена такая схема с использованием трансформаторов.

Так как передача электрической энергии может производиться на очень большие расстояния (сотни и километров), что свя зано с значительными расходами меди (медные провода), то важное значение при этом имеет величина

передаваемого по проводам элект рического тока. От величины электрического тока зависит сечение медного провода, а следовательно, вес его, общий расход цветного металла, и его

стоимость, размеры конструкций, стоимость монтажа. Допустим, что нужно потребителю передать электрическую

мощность:

Выражение для тока при этой передаче

83