1.4 Принцип роботи основних блоків.
Для створення логічної схеми пристрою потрібні наступні елементи: генератор, регістри, мультиплексори, дешифратори, лічильники, індикатори. Розглянемо кожний елемент детальніше з його фізичними процесами та часовими діаграмами.
1.4.1 Генератор
Робота схеми генератора прямокутних імпульсів базується на періодичному зарядженні і розрядженні конденсатора, тобто на релаксаційному на релаксаційному процесі. На рисунку 1.3 подана схема генератора прямокутних імпульсів. Почнемо розгляд цієї схеми в довільний момент часу.
Рисунок 1.2 – Генератор Рисунок 1.3 – Часові діаграми генератора.
прямокутних імпульсів.
Нехай при цьому вихідний стан схеми такий: інвертор DD1.1 закритий, на його виході рівень логічної одиниці, DD1.2 відкритий і на його виході рівень логічного нуля.
Конденсатор С розряджений оскільки потенціал його обох обкладок приблизно дорівнює нулю. В цей момент часу закінчився регенеративний процес перекидання схеми і починається релаксаційний процес заряду конденсатора С прямокутних імпульсів. В процесі заряду конденсатора зростає різниця потенціалів на його обкладках і оскільки на виході DD12.2 зберігається напруга, то напруга на DD12.1 зростає по експоненті. Коли значення напруги стає вище порогового рівня ЛЕ, то починається регенеративний процес виходу схеми в новий стан.
По закінченню процесу перекидання стан схеми такий: інвертор DD1.1 відкритий, на його виході рівень логічного нуля, а DD1.2 закритий і на його виході високий рівень, конденсатор С розряджений.
Релаксаційний процес перезарядження конденсатора С через резистор R, який включений послідовно між виходами DD1.1 і DD1.2 визначає півперіоди, частоту генерації і шпаруватості вихідних імпульсів. Схема переходить у вихідний стан.
1.4.2 Регістр
Будь-який регістр складається із з’єднаних в певній послідовності тригерів і в
багатьох випадках логічних елементів для керування ними. Кожний тригер призначений для введення, зберігання і виведення одного розряду двійкового числа. Загальне число тригерів у регістрі визначає його розрядність. Якщо, наприклад, регістр складається з чотирьох тригерів то він призначений для зберігання чотирьох розрядних двійкових чисел.
Залежно від призначення всі регістри поділяють на три групи: нагромаджувальні, зсувні, перетворювальні.
Регістр призначений для виконання наступних операцій:
прийом коду числа з іншого цифрового пристрою або вузла ЕОМ;
передача коду числа в інший вузол;
зберігання коду числа;
перетворення прямого коду числа в зворотний або додатковий і навпаки;
зсув ліворуч або праворуч коду числа на необхідне число розрядів;
перетворення послідовного коду в паралельний і навпаки;
порозрядне логічне складання двох чисел.
По можливості зміщення інформації розрізняють:
регістри зсуву;
нагромаджувальні регістри (регістри без зсуву).
Регістри зсуву класифікуються за способом прийому і передачі інформації:
послідовні (прийом і передача коду слова відбувається послідовно, розряд за розрядом);
паралельні (з одночасним прийомом або передачею кодів всіх розрядів);
послідовно-паралельні (прийом і передача проводиться групами декілька
розрядів, наприклад байтами).
Нагромаджувальні регістри призначені для введення, зберігання і виведення багаторозрядних двійкових чисел. Числа в такий регістр надходять паралельним кодом, що означає подання електричних напруг, які за значенням відповідають логічній "1" або логічному "0", на всі входи регістра одночасно.
Регістри зсуву використовують для введення, зберігання, зсуву і виведення двійкових чисел. Інформація може зсуватися вліво, вправо або удвох напрямках. Двійкові розряди надходять у зсувний регістр на один інформаційний вхід в послідовному колі.
Послідовний код відповідає надходженню розрядів двійкового числа на вхід регістра одного за одним через проміжки часу.
1.4.3 Мультиплексор
М
ультиплексор
– цифровий електронний багато позиційний
перемикач (комутатор). Мультиплексор
не має рухомих механічних контактів і
тому володіє великою швидкодією, має
малі габарити, їх випускають у вигляді
мікросхем.
Мультиплексор має інформаційні (D0..D7) і адресні входи (А0,А1,А2) вхід дозволу Ео і один вихід Q. На інформаційні входи мультиплексора подається двійкова інформація, наприклад виходи паралельного регістра. На адресні входи подається певна двійкова комбінація сигналів, що визначає конкретний інформаційний вхід, який буде з’єднаний з виходом мультиплексора.
Наприклад, якщо подати на адресні входи мультиплексора код 001 (тобто десяткову одиницю), то на вхід буде передано інформацію з 1-го входу – D1. Якщо адресний сигнал матиме вигляд 110(2) (шість, у десятковому коді) на вихід буде передано інформацію з 6-го входу.
Керуючі сигнали на адресні входи можуть надходити від різних джерел, найчастіше з виходів двійкових лічильників. Якщо мультиплексор має n адресних входів, то число інформаційних входів дорівнюватиме .
Вхід дозволу (стробуючий) вхід Ео керує одночасно всіма інформаційними входами незалежно від стану адресних входів. Сигнал заборони на цьому вході блокує дію всього пристрою. Наявність входу дозволу розширює функціональні можливості мультиплексора, даючи можливість синхронізувати його роботу з роботою інших вузлів. Вхід дозволу використовується для нарощення розрядності мультиплексорів, якщо потрібно більше інформаційних виходів, ніж їх є в даній схемі.
Мультиплексори, які випускаються у вигляді мікросхем, відрізняються числом входів, способом адресації, наявністю входів дозволу та інверсними виходами. Кількість
інверсних виходів типових мультиплексорів дорівнює 4, 8 або 16.
1.4.4 Дешифратор
Дешифратор — мікросхема середньої степені інтеграції, призначена для перетворення двійкового коду напругу логічного рівня, який з'являється в тому вихідному виводі, десятковий номер якого відповідає двійковому коду. У всіх Інших виводах дешифратора сигнали повинні бути нульові.
Дешифратори створюють, як правило, у вигляді комбінації тригерів, логічних елементів і пасивних радіо компонентів. Широке розповсюдження отримали дешифратори в Інтегральному виконанні. Дешифратори розрізняють по місткості (2, 3 і 4 біта), по форматам вхідного коду (двійковий чи двійково-десятковий).
1.4.5 Лічильник
Основне завдання лічильника – це підрахунок імпульсів. Робота лічильника полягає у збільшенні війкового числа на його виходах на одиницю після надходження кожного імпульсу на вхід.
Основний статичний параметр лічильника – модуль М, або інша назва – коефіцієнт переліку Кпер.
Коефіцієнт переліку визначається як максимальна кількість різних станів, у яких
може перебувати лічильник Кпер=2n де n це кількість розрядів лічильника.
Максимальне число, яке може бути записано в лічильник – це 2n -1. Після надходження на вхід лічильника 2n імпульсів лічильник обнулюється.
Максимальне число, що може бути записано в 4-розрядний лічильник – 15 – 1111(2), а Кпер=16, після шістнадцятого імпульсу на виходах буде комбінація Q0=0; Q1=0; Q2=0; Q3=0.
1.4.5 Індикатор
Семисегментний індикатор являє собою пристрій, призначений для відображення цифрової інформації у вигляді десяткових цифр від 0 до 9.
На входи схеми надходить від дешифратора код семисегментного індикатора. Індикатор складається з 7 індикаторних сегментів, кожен з яких являє собою світлодіод, або частину рідкокристалічної матриці, або катод люмінесцентної лампи. Розташування сегментів загальноприйняте у всіх типах індикаторів.
Характеризується розмірами (яскравістю свічення), які залежить від того де цей пристрій буде використовуватись; напругою свічення сегменту - яка подається на сегмент з дешифратора.
Таблиця істиності для організації дешифратора: код 8421 – код семисегментного
індикатора.
Таблиця 1.1 – Таблиця істинності дешифратора.
-
Число
“8421”
Стан виходів
Х4
Х3
Х2
Х1
а
в
c
d
e
f
g
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
2
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
3
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
4
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
5
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
6
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
7
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
8
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
9
1
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1