М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Хотя низкое быстродействие может показаться недостатком, эти схемы достаточно быстры для многих прикладных логических задач и их достоинством является высокая помехоустойчивость, поскольку они слабо реагируют на высокочастотные помехи. По этой причине многие логические схемы из КМОП-серии 4000 до сих пор применяются в устройствах управления. Однако сегодня промышленным стандартом является КМОП-серия 74НС, в которой используются кремниевые логические элементы, выполненные по (2 — 3)-микронной технологии, позволяющей достичь времени задержки на элемент 10 нс, как у ТТЛ-схем, и обеспечивающей работу схем с частотой до 40 МГц.
С еше большим быстродействием работают ИС усовершенствованной КМОП-серии 74АС, у которой время задержки на элемент 5 нс и тактовая частота доходит до 120 МГц. Серия 741 Ч создана для работы от батарей с напряжением 3,3 В, и сохраняет работоспособность при изменениях напряжения источника питания от 3,6 В до 2,7 В. Сейчас имеется тенденция перехода на питание логических схем напряжением 3,3 В, поскольку это позволяет уменьшить размеры элементов, применяя даже 0,5-микронную технологию без риска внутреннего электрического пробоя. Так же, как любой МОП-транзистор и интегральную микросхему, выполненную по микронной технологии, КМОП-схему легко повредить во 382 Цифровые логические схемы время работы' с ней из-за статического электричества. Чтобы уменьшить эту опасность, обычно включают защитные диоды, но выводы ИС желательно держать замкнутыми между собой проволокой или проводящим пластиком, до тех пор пока не закончен их монтаж.
Металлический монтажный стол, паяльник и даже оператор должны быть надежно заземлены. Защитные диоды сами подвержены пробою, если входному напряжению на схеме позволить подняться выше напряжения питания 1'ра Поэтому нужно быть внимательным при выключении питания КМОП-схем: сначала необходимо снять напряжения со всех входов.
13.10 Последователъностные логические схемы: тригтеры и памить Все обсуждавшиеся до сих пор схемы просто откликаются на фиксированную статическую комбинацию входных сигналов, обеспечивая требуемый сигнал на выходе (например, два двоичных числа на входах сумматора дают на его выходе сумму). По мере изучения логических схем, скоро станет ясно, что используя только такие комбинационные или комбинаторные логические схемы, можно достичь не очень многого. Скоро мы обнаружим потребность в некоторого рода памяти, которая позволит нам осуществлять последовательность операций. Это приводит нас в область носледовательностных логических схем. Например, сложив когда-то вместе два двоичных числа, мы можем пожелать добавить к сумме третье число.
Эта операция требует памяти для сохранения суммы с последующим возвращением ее на один из входов сумматора для суммирования с третьим числом. Другой вариант — применение все большего и большего числа сумматоров по мере увеличения числа складываемых чисел — был бы, конечно, совершенно нереализуемой системой! В этом уже проявляются принципы вычислительной системы: память может хранить не только данные, но может также содержать инструкции для целой последовательности действий или нрограммы. 13.10.1 Простейшие триггеры Одним из наиболее распространенных элементов памяти является триггер (мультивибратор с двумя устойчивыми состояниями), рассмотренный в параграфе 12.4 в виде схемы, собранной из дискретных компонентов, и повторенный здесь на рис.
13.17 вместе со своим эквивалентом на логических элементах. Недостаток этой элементарной пары перекрестно связанных логических схем НЕ состоит в том, что изменение ее состояния можно произвести только грубым коротким замыканием на землю того из выходов, который находится в состоянии логической 1. Триггером можно будет управлять, если логические схемы НЕ заменить 2-входовыми схемами ИЛИ-НЕ, образовав РЮ-триггер (рис. ! 3.18) с входом Паследааательностные логические схемы: триггеры и память 383 ксс 5В Выход ов Рис.
!3.17. Трипер (мультивибратор с лвумя устойчивыми состояниями): (а) схема из дискретных компонентов, (Ь) эквивалентная схема с логическими элементами. о' установки состояния 1 (далее просто «вход установки», Бег) и входом Л установки состояния О (далее «вход сброса», Кезег). Если на обоих входах а и Я поддерживается логический О, то схемы ИЛИ-НЕ работают просто как инверторы подобно простой схеме, приведенной на рис. 13.17, и триггер сохраняет свое состояние неограниченно долго. Если теперь на вход Хподается высокий уровень напряжения, а на Я остается низкий, то выход Д вынужден стать низким, поскольку у соответствующей схемы ИЛИ-НЕ теперь на входе логическая 1.
Тем временем, выход (',) обязан иметь высокий уроВень, так как оба входа его схемы ИЛИ-НЕ имеют низкий уровень. Если снова вернуться к ситуации, когда на входах 5 и Л присутствуют логические О, то („) останется в состоянии 1, а Д в состоянии О, запоминая на неограниченное время тот факт, что сигнал на входе 5 принимал значение логической 1. Аналогично, если в течение короткого времени на вход Я подается высокий уровень, в то время как на входе 5 остается низкий, то на выходе Д устанавливается логическая 1, а на выходе Д вЂ” логический О; снова это состояние будет поддерживаться неограниченно долго, пока сигналы на входах о и Л остаются равными логическому О.
Поскольку сигналы на выходах Яа"-триггера напрямую вынуждают принимать требуемые значения, его иногда называют триггером с принудительной загрузкой. Если на входы Я и а одновременно подать 1, то оба выхода схем ИЛИНЕ примут значения О. Это состояние нельзя будет запомнить, когда сигналы на входах Я и а вернутся к значению О, поскольку перекрестная связь требует, чтобы при этом выходы имели различные значения. Практически запомненное состояние будет зависеть от того, какой из входов Я или о" первым прймет значение О. Когда это зависит от случая, комбинация входных сигналов )! = о =1 приводит к неопределенности сохраняемых данных, и 384 Цифровые логические схемы Рнс. 13.18.
119-трипер. эта комбинация никогда не должна сопровождаться комбинацией Я = о = О . В большинстве случаев комбинация входных сигналов 11 = 5 =! считается запрещенной; действительное состояние триггера зависит от типа логических схем, использованных для образования триггера. У только что описанного Я5-триггера активным является высокий уровень, то есть сигналы на входах установки и сброса должны принимать значение логической 1, чтобы выполнить соответствующее действие. Распространены также схемы с «низким активным уровнем»к на рис.
13.19 приведена такая схема, собранная из двух схем И-НЕ. Входы обозначаются теперьто и Я, поскольку сигналы на каждом из них оказывают свое действие, когда принимают значение логического О, а не логической 1 (например, на выходе Д устанавливается высокий уровень, когда уровень сигнала на входео низкий, так как на входах схемы И-НЕ нет больше двух логических 1). На рисунке показано применение триггера в качестве полезной и очень распространенной практической схемы переключателя без «дребезга» контактов.
В экспериментальных логических схемах входные импульсы часто получаот замыканием ключа или просто касаются проводом точки с соответствующим потенциалом. Если сигнал, полученный таким замыканием контакта, прямо подать на вход последовательностной схемы, то можно получить непредсказуемые результаты, так как «дребезг» контактов означает, что цепь будет несколько раз замыкаться и размыкаться прежде, чем произойдет окончательное включение (время дребезга обычно составляет величину порядка "сс +5 В ав Рнс. 13.19.
Схема переключателя бе»дребезга на основе Яа-трнпера с «ннзкнм активным уровнем». Послвдоватвльнастные логические схемы: триггеры и намять 385 нескольких миллисекунд). Принцип действия схемы устранения дребезга основан на том, что при самом первом замыкании контакта ЯЯ-триггер переключается и затем остается в устойчивом состоянии независимо от последующих замыканий и размыканий контакта.
При вычерчивании логических схем триггер удобно изображать в виде прямоугольника с надлежащим образом отмеченными входами и выходами. На рис. 13.20 дано условное обозначение и таблица истинности Я5-триггера (с высоким активным уровнем). Строго говоря, название «таблица истинности» предназначено для комбинационных логических схем, а то, что изображено здесь, является таблицей переходов, так как показывает состояние выхода тотчас после любого перехода, вызванного входными сигналами. Рис. 13.20. Условное обозначение Яа-трипера и таблица истинности (переходов). Можно реализовать всевозможные, сколь угодно сложные последовательности выходных состояний с помощью соответствующей комбинации триггеров и логических схем. Такие схемы, называемые конечными автоматами, оказываются полезными в простых промышленных системах управления.
13.)0.2 Синхронный КБ-триггер Существенной чертой большинства последовательностных логических систем является необходимость осуществлять переходы в определенные моменты времени, Обычно это достигается с помощью регулярной последовательности тактовых импульсов, которые управляют последовательностью событий подобно дирижеру оркестра, поддерживающему ритм своей палочкой, чтобы все музыканты сохраняли такт во время исполнения музыкального произведения. На рис. 13.21 показан А5-триггер, устроенный так, что он может изменять свое состояние только тогда, когда входные тактовые импульсы (С!оск Ри!зе, СР) принимают значение логической 1. Пока на входе СР действует логический О, каждая из схем И имеет на входе по О; таким образом, оба входа 5' и А' базового триггера удерживаются на уровне логического О и поэтому значение выходных сигналов Д иД не может измениться.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
