41ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ УСТРОЙСТВА
4.3.Устройства обработки асинхронного сигнала
Практически все системы цифровой обработки сигналов являются синхронными. Под воздействием синхронизирующих, или тактовых, импульсов обеспечивается точное временное согласование операций, выполняемых различными устройствами системы. Данные, поступающие в систему, как правило, являются асинхронными. Поэтому необходима предварительная обработка входных данных, обеспечивающая их синхронизацию с системными тактовыми импульсами.
4.3.1.Схема устранения влияния вибраций механических контактов
При вводе данных в цифровые устройства часто используются различные переключатели и клавиатуры, формирующие сигнал путем замыкания-размыкания электрической цепи с помощью механических контактов. Из-за вибраций контактов каждое замыкание или размыкание цепи сопровождается определенным числом импульсов («дребезгом»). Для устранения влияния вибраций и формирования одиночного импульса при каждом переключении можно использовать асинхронный RS-триггер (рис. 4. 28).
Рис. 4.28. Устранения влияния вибраций контактов: а – схема, б – временные диаграммы
В исходном состоянии S = 0, R =1 и сигнал на выходе Q =0 . При размыкании нормально-замкнутого контакта возникает
последовательность импульсов на входе S , которая не меняет состояние триггера. После полного размыкания на входах триггера нейтральная
комбинация S =1, R =1. Первое же замыкание нормально-замкнутого
42
контакта означает |
|
|
=1, |
|
=0 |
и триггер |
переключается. Сигнал |
|
Q |
|
|
S |
R |
||||||||
становится равным |
|
1 и это |
состояние |
триггера не меняется |
при |
|||||
дальнейших колебаниях уровня на входе R . Обратное переключение триггера происходит только при первом замыкании нормально-замкнутых
контактов, когда S =0, R =1. Таким образом, при нормальном переключении на выходе формируется одиночный импульс.
4.3.2. Синхронизаторы асинхронных сигналов
Для синхронизации вводимых в цифровые системы асинхронных данных можно использовать динамический D-триггер (рис. 4.29). Асинхронный сигнал поступает на вход D триггера, системные тактовые импульсы - на вход C . Уровень входного сигнала считывается по фронту каждого тактового импульса и передается на выход триггера (с задержкой
на время t p ). Моменты изменения значения сигнала Y определяются тактовыми импульсами (рис. 4.29б).
Рис. 4.29. Синхронизация сигналов: а – схема, б – временные диаграммы
Недостатком схемы рис. 4.29 является то, что импульсы, длительность которых меньше периода тактового сигнала, могут быть пропущены. Этот недостаток устранен в схеме рис. 4.30.
Рис. 4.30. Регистрация коротких импульсов: а – схема, б – временные диаграммы
ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ. ЧАСТЬ 2
43 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Входной сигнал поступает на асинхронный вход S буферного триггера T1 , предназначенного для предварительной регистрации данных. По фронту очередного тактового импульса данные переписываются в основной триггер T2 . Благодаря асинхронной записи в буферный триггер T1 короткие импульсы удлиняются и фиксируются (рис. 4.30б).
4.3.3. Цифровые мультивибраторы
Формирователи импульсов типа ждущих мультивибраторов с резистивно-емкостными времязадающими цепями обладают сравнительно невысокой помехоустойчивостью. В синхронных системах целесообразно использовать цифровые мультивибраторы, выходной импульс которых имеет длительность, кратную периоду тактового сигнала.
Схема, показанная на рис. 4.31, представляет собой ждущий мультивибратор. Импульс, длительность которого равна периоду тактового сигнала, формируется по положительному перепаду запускающего сигнала X . По фронту очередного (после перепада
сигнала X ) тактового импульса переключается триггер T1 ,следующий импульс опрокидывает T2 (рис. 4.31б). На выходе элемента И формируется синхронизированный с тактовым сигналом одиночный импульс Y .
Рис. 4.31. Ждущий мультивибратор: а – схема, б – временные диаграммы
44
Если управляющий сигнал X имеет длительность меньше, чем период C , то его надо предварительно записать в буферный триггер (подобно тому, как это сделано в схеме рис. 4.30).
Мультивибратор, формирующий одиночные импульсы при любом изменении сигнала X , показан на рис.4.32. От схемы рис.4.31 отличается тем, что вместо элемента И включен элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Выходной импульс Y синхронизирован с тактовыми импульсами C .
Рис. 4.32. Мультивибратор – регистратор изменений сигнала: а – схема, б – временные диаграммы
Для формирования импульсов большей, чем периодC , длительности можно использовать схемы, показанные на рис. 4.31 и 4.32. Необходимо только на входы синхронизации триггеров подать импульсы, полученные из исходного высокочастотного тактового сигнала C с помощью делителей частоты (счетчиков).
Программируемый цифровой мультивибратор, т.е. формирователь импульсов, длительность которых определяется входным кодом, можно построить на основе синхронного счетчика с параллельной предустановкой (рис. 4.33). В исходном состоянии выходные переменные представляют число, при котором формируется сигнал переноса (например, 11112=1510 для 4-разрядного двоичного счетчика). При этом
E =Y = CR = 0 , счетчик блокирован и не реагирует на импульсы C . Если подать импульс положительной полярности на вход X , то формируется
ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ. ЧАСТЬ 2
45 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ УСТРОЙСТВА
значение L = X CR = 0 . С очередным тактовым импульсом происходит параллельный ввод в счетчик числа с входов D0 − D3 . Если это число не
равно 11112, то CR = 0 и E = CR =1. Блокировка по входу разрешения счета E снимается и счетчик начинает считать входные импульсы. Когда счетчик досчитает до конца, сигнал переноса CR =1 , на входе разрешения счета E появляется нулевой уровень, счет прекращается, и формирование импульса Y заканчивается.
Рис. 4.33. Программируемый мультивибратор: а – схема; б – временные диаграммы
46
Временные диаграммы рис. 4.33б иллюстрируют работу мультивибратора при D3 D2 D1 D0 = 01112 = 710 . Под диаграммой сигнала
переноса CR указаны числа, определяемые выходными переменными счетчика. После подачи импульса X в счетчик вводится число 710 (по фронту тактового импульса). Следующие импульсы C меняют состояние счётчика, увеличивая его на единицу в каждом такте. Когда состояние выходных переменных становится равным 1510, на следующий импульс счётчик уже не реагирует. Длительность импульса Y кратна периоду тактового сигнала:
TY = k TC ,
где k - дополнение числа, определяемого кодом на входах параллельного ввода, до 15 (полный модуль счёта без единицы).
Объединяя несколько ИС счётчиков, можно строить программируемые цифровые мультивибраторы на произвольную длительность импульса. В схемах мультивибраторов можно использовать и вычитающие счетчики.
ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ. ЧАСТЬ 2