Электронные лекции, страница 4

ЛЕКЦИЯ №8

В коде Грея при переходе от одного числа к следующему меняется значение только одного разряда - используется для определения углов поворота вала, скоростей вращения, т.к. тогда при ошибочном чтении будет ошибка в 1 единицу. Он не является позиционным, в вычислительных операциях не принимает участия.

Для получения разряда кода Грея нужно сложить по модулю 2 К^й разряд двоичного кода с К+1, а старший разряд оставить без изменения.

Пример синтеза преобразователя кода

B

A

A

B

z = a₁ * a₂ = a₁ v a₂

j = a₂*a₁

0 0

0 1

1 0

1 1

a₂ a₁

z j k

0

1

2

3

4

3

1

0

Общая

часть

1 0 0

0 1 1

0 0 1

0 0 0

k = a₂*a₁ v a₂*a₁ = a₂*a₁ * a₂*a₁

Схема на логических элементах Схема декодер-кодер

ЛЕКЦИЯ №8

Контрольные коды

По чету считается количество 1 в коде, и если оно четное, то передается единица.

Возможно обнаружение нечетного числа сбоев.

Сумматоры и АЛУ

CR

ЛЕКЦИЯ №8

АЛУ – арифметико-логическое устройство.

Cr – перенос из младшего разряда в текущий (входной перенос)

CR – перенос из данного разряда в следующий (выходной перенос)

По схеме Cr=0 реализуется полусумматор

По схеме Cr=1 реализуется сумматор

Вычитание в цифровой электронике заменяется сложением в дополнительном коде.

A

B

Cr

S

CR

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

0

1

1

1

1

CR=Cr*a v Cr*b v a*b

полусумматор:

S =A*B v B*A ; CR=A*B

S=Cr*CR v a*CR v b*CR v Cr*a*b

ЛЕКЦИЯ №8

Схема сумматора на базе элементов

И-; ИЛИ-; НЕ-

ЛЕКЦИЯ №9

Изображение сумматора Изображение сумматора

на принципиальных схемах на функциональных схемах

Инкрементор Компаратор

Инкрементор – прибавляет 1 к уже имеющейся сумме.

Компаратор – сравнивает поступающие величины; выдает 1 на одном из выходов.

ЛЕКЦИЯ №9

Схема для сложения/вычитания величин

Суммирование чисел представленных в прямом коде осуществляется без изменения, при этом УПР=0, если В – отрицательное для суммирования его представляют в доположительном коде, для чего на УПР подается «1», схемы М2 инвертируют разряды кода числа В, сумматор 1 (младшего разряда) добавляет «1» (Cr=1)

Сумматоры могут использоваться в схемах умножения.

Операция умножения осуществляется многократным

с уммированием множимого с промежуточными суммами операция умножения является медленной операцией и для ее ускорения применяются специальные алгоритмы и схемотехника.

ЛЕКЦИЯ №9

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ УЗЛЫ ЦИФРОВОЙ МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЫ

Отличаются от комбинационных тем, что имеют память (автоматы с памятью). К таким устройствам относятся:

• триггеры

• регистры

• счетчики

ТРИГГЕРЫ

• п оследовательные схемы с ПОС, имеющие 2 устойчивых состояния – «1» и «0»

Существует два выхода: прямой (Q) и обратный (Q). Состояние триггера определяется прямым выходом.

П еревод триггера из одного состояния в другое осуществляется путем подачи сигнала «установка», «сброс» - либо импульсом

Основные типы триггеров

RS

D

JK

T

RESET – SET

DELAY – задержка,

задерживает сигнал, до тех пор пока не поступит команда подать сигнал.

Универсальный, на его основе можно создать любой другой триггер. Основное значение master/slave.

Переключа-тельный,

переключается в противоположное состояние при каждой подачи сигнала на вход.

ЛЕКЦИЯ №9

RS - ТРИГГЕР

Таблица переключения RS - триггера

S

R

Q

В сериях ТТЛ:

R

S

ЛЕКЦИЯ №9

Q_n+1=S * Q * R ;

Q_n+1=R * Q * S ;

Q_n+1=S+Q * R=S+Q+R Q_n+1=S+Q+R

Q_n+1=R+Q * S=R+Q+S Q_n+1=R+Q+S

RS – триггер:

При поступлении R=0 и S=0 – он сохраняет предыдущее состояние

При поступлении R=0 и S=1 – устанавливается в единице

При поступлении R=1 и S=0 – устанавливается в 0

При поступлении R=1 и S=1 – запрещенная комбинация

ЛЕКЦИЯ №9

СИНТЕЗ RS – ТРИГГЕРА

Граничные условия синтеза:

1. В базисе:

а) ИЛИ-НЕ

б) И-НЕ

2. Одновременная подача активных сигналов запрещена

Допущения:

1. t_n – время, в течение которого действуют текущие сигналы; Q_n – соответствующее этому времени состояние

2. t_n+1 – последующий момент времени; Q_n+1 – соответствующее состояние

Временная диаграмма работы Стробирование – метод

триггера в базисе ИЛИ – НЕ борьбы с

«нестабильностью»

ЛЕКЦИЯ №10

П одача сигнала на вход S (1), приведет к тому, что Q переключится первым. Его переключение вызовет изменение сигнала Q, следовательно, триггер отработал входное воздействие.

П ри переключении триггера в обратное состояние, из «1» в «0», первым при подаче сигнала R устанавливается Q, а затем в ответ на его переключение Q=1.

Следовательно, имеются состояния, которые не соответствуют таблице истинности триггера. Чтобы исключить влияние неопределенности на последующие каскады, используют синхронизацию. Одна из самых распространенных – 2х фазная синхронизация.

С1

С2

расхождение сигналов зависит от времени

переключения триггера

ЛЕКЦИЯ №10

В зависимости от типа синхросигнала, триггеры делят на:

• с татические триггер переключается по заднему

фронту

• д инамические триггер переключается по переднему

фронту

• п отенциальные

Пример применения RS-триггера в медицинской аппаратуре.

О сновное назначение – ввод сигналов с кнопочных систем.

ЛЕКЦИЯ №10

t 1 – отрыв контакта, начало нажатия; t2 – момент первого механического контакта; t3 – момент завершения дребезга.

С ущность работы схемы – подавление дребезга. Частотный спектр дребезга <1кГц; частота переключения электронных схем (в частности триггера) – 10⁶ Гц дребезг может вызвать ложное срабатывание цифровых модулей. Сигнал Q бросается в «1» при первом контакте с нижней частью кнопки, что приводит приведет к установлению Q в «0». Нулевое состояние выхода Q поддерживает на выходе Q «1», независимо от амплитуды сигнала на R – входе.

Эффект антидребезга RS – триггера используется в создание на его основе генератора единичного импульса.

ЛЕКЦИЯ №10

Генератор одиночного импульса

Установленные входы триггеров действуют по RS схеме – снабжены антидребезгом.

D - триггер

t_n

t_n+1

Q_n+1=D_n*Q_n + D_n*Q_n=D_n*(Q_n + Q_n)=D

ЛЕКЦИЯ №10

t_n

t_n+1

T- триггер

0

1

1

Q_n+1=T_n*Q_n + T_n*Q_n=T_n+ Q_n

Двухступенчатые триггеры

Рассмотренные ранее триггеры относятся к типу «прозрачные», т.е. появление сигнала на входе ведет к появлению сигнала на выходе. Но в большинстве цифровых схем время появления сигнала на выходе должно быть регулируемым, поэтому используют двухступенчатые триггеры 1. master 2. slave

Переброс ступеней может осуществляться:

1. Однотактная запись: передняя – по переднему фронту; задняя - по заднему фронту синхросигнала.

2 . Двухтактная запись: обе ступени срабатывают по заднему фронту. Проблема: проскок сигнала со входа на выход в момент переключения ступеней.

ЛЕКЦИЯ №10

Универсальный JK - триггер

Таблица переключения

t_n

t_n+1

JK- триггера

Q_n+1=J*Q + K*Q

Q_n+1=C*Q + C*J*Q+ K*Q

ЛЕКЦИЯ №10

На основе JK – можно получить любой тип триггера

Основные параметры триггера:

1. статические – аналогичны параметрам логических элементов

2. динамические - задержка распространения сигнала (время из «0» в «1» и наоборот не равны друг другу, для оценочных расчетов берут среднее)

3. минимальная длительность входного сигнала

4. максимальная частота переключения (определяется при минимальной длительности входного сигнала)

ТРИГГЕР ШМИТТА

• предназначен для ввода искаженных цифровых сигналов, наиболее часто с линий связи, кнопок, используется в схемах генераторов; имеет 1 вход и 1 выход.

ЛЕКЦИЯ №11

Особенности работы:

И сходное состояние – нулевое. Входное напряжение повышается, и по достижении 6В триггер перебрасывается в единичное состояние. Далее начинает понижаться входное напряжение, и триггер перебрасывается в противоположное состояние при значении входного напряжения ~ 3В. Из-за того, что в единичном состоянии часть выходного напряжения через резистор R2 подается на вход.

ЛЕКЦИЯ №11

Задачи о последовательностях подаваемых на входы триггеров

РЕГИСТРЫ

• функциональные узлы, предназначенные для ввода, хранения, преобразования и вывода двоичных чисел.

Основой для построения регистров служат триггеры D или JK.

Регистры работают с использованием прямых, обратных и парафазных входов (подробнее о входах см. лаб. раб.)