10.26. Логические автоматы без памяти

Логическими автоматами без памяти, или комбинационными устройствами, называются устройства, логические значения выходов которых однозначно определяются совокупностью логических значений на входах в данный момент времени. К логическим автоматам без памяти относятся дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, сумматоры и другие устройства цифровой техники. Элементной базой для их реализации служат логические элементы.

Дешифратором называется устройство, вырабатывающее сигнал 1 только па одном из своих 2'' выходов в зависимости от кода двоичного числа на n входах. На рис. 10.119, а и б приведены условное изображение дешифратора на n = 2 входа, 2ⁿ = 4 выхода и его таблица истинности.

Шифраторы выполняют функцию, обратную дешифраторам.

Мультиплексором называется устройство для коммутации одного из 2^m информационных входов на один выход. Для реализации необходимой коммутации мультиплексор имеет кроме информационных входов также m адресных входов. Значение числа в двоичном коде на адресных входах определяет адрес коммутируемого информационного входа.

Условное изображение мультиплексора с двумя адресными m = 2 (y₁ и y₂) и четырьмя информационными 2^m = 4 (x₁, x₂, x₃, x₁) входами, а также его таблица истинности приведены на рис. 10.120, а и б.

Демультиплексоры выполняют функцию, обратную мультиплексорам.

10.27. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи

Аиалого-цифровые преобразователи (АЦП) преобразуют информацию о сигнале в аналоговой форме, т. с. о напряжении, непрерывном во времени, в информацию о нем в форме цифрового кода — обычно в двоичной системе счисления. Они применяются, например, в АСУ технологическими процессами для ввода информации в управляющую ЭВМ от датчиков состояния объекта управления.

Различают последовательные и параллельные АЦП. Рассмотрим как наиболее распространенные параллельные АЦП.

На рис. 10.121,а приведена принципиальная схема параллельного АЦП на два разряда m = 2 на основе 2^m – 1 = 3 компараторов (см. рис. 10.96). Опорные напряжения для компараторов задаются источником постоянной ЭДС E₀ и делителем напряжения на резисторах. Работу преобразователя при значении ЭДС E₀ = 3 В и опорных напряжениях компараторов 0,5: 1,5 и 2,5 В иллюстрирует рис. 10.121, б. Если значение ЭДС преобразуемого сигнала е_c < 0,5 В, то напряжения на выходах всех компараторов имеют отрицательные значения (см. рис. 10.97) и цифровой код на выходе преобразователя равен 00. При увеличении напряжения преобразуемого сигнала сначала в интервале 0,5 В <= е_c <= 1,5 В изменится значение напряжения с отрицательного на положительное на выходе только компаратора I, затем при 1,5 <= e_с <= 2,5 В — компараторов 1 и 2 и, наконец, при 2,5 В <= e_с — всех компараторов. Устройство на основе логических элементов НЕ, И и ИЛИ, показанное на рис. 10.121, а внутри штриховой линии, преобразует совокупность сигналов с выходов компараторов в цифровой код.

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) преобразуют цифровой двоичный код в аналоговое выходное напряжение. Это позволяет, например, использовать цифровой двоичный код для управления работой исполнительных механизмов, таких как электрические двигатели, реле, выключатели и т.д.

Имеется несколько типов ЦАП. Здесь рассмотрим ЦАП с двоично-взвешенными сопротивлениями на основе инвертирующего сумматора напряжений (см. рис. 10 82).

На рис. 10.122 показана принципиальная схема четырехразрядного ЦАП с двоичными весами сопротивлений резисторов в цепях разрядов. Сопротивление цепи старшего разряда равно r, младшего разряда — 8r. Напряжение на выходе ЦАП при u_ck =E₀ по (10.40)

где наличие или отсутствие слагаемых в выражении для коэффициента усиления напряжения К_u совпадает с включенным или выключенным ключом в цепи соответствующего разряда. Ключами обычно служат транзисторы (см. рис. 10.98, а), базовые цепи которых подключаются к источнику цифровых сигналов в двоичной системе счисления.