М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Для работы с обычными сигналами положительной логики К имеет потенциал общей шины (О В), и в схеме применяется обычный единственный источник питания )ллл, (от+3 В до +15 В). Переключатель включен (замкнут), когда напряжение на управляющем входе поддерживается на уровне К „и выключен, когда управляющий вход заземлен.
Во включенном состоянии типичная величина сопротивления переключателя составляет 20 Ом и увеличивается до 100 МОм в выключенном состоянии. Одной из наиболее интересных черт двунаправленного КМОП-переключателя является его способность передавать аналоговые сигналы без искажений. При единственном источнике питания передача ограничена сигналами положительной полярности, но при двух разнополярных источниках питания К, и Р;, возможна работа с обычными переменными напряжениями. Землей для сигнала является точка соединения источников питания.
Пере- Переключение аналоговых сигналов с ломои1аю КМОП-схем 427 ключатель находится во включенном состоянии при напряжении на управляющем входе равном И, и в выключенном при напряжении И . На рис. 13.58 показана схема двунаправленного ключа, работающего с переменными напряжениями. Максимальное пиковое значение сигнала, который можно переключать„составляет величину~1' (обычно ~7,5 В). С соответствую- шими обслуживавшими схемами, переключатель работает на частотах до 100 МГц. КМОП-схемы двунаправленных переключателей нахолят применение всякий раз, когда управление аналоговыми сигналами осуществляется с помощью цифровых сигналов. Одним из таких применений является управление сигналами звукового диапазона с помощью микроЭВМ в радиовешании и студиях звукозаписи.
Сушествует много других специализированных микросхем аналоговых переключателей, таких как популярная ИС ОО508, представляюшая собой схему мультиплексора/демультиплексора 8 на 1. гоо 5 В ыа вв гм— 75 В Рис.13.58. Схема двунаправленного КМОП-переключателя с разнополярными источниками питания для работы с переменными напряжениями 1'55 <1;„< 1'оо.
Номера выводов соответствуют ИС 74НС4016 в корпусе ОН., содериашем 4 переключателя. МикроЭВМ и их ирименения 14.1 Что делает компьютер? Со словом комльютер чаще всего ассоциируются представления об очень громоздких вычислениях, выполняемых с такой скоростью, которая кажется огромной по сравнению со скоростью человеческой мысли. И в самом деле, быстродействие современных «суперкомпьютеров» ограничено разве что самой скоростью света, которая, в конечном счете, и определяет, с какой скоростью двоичные логические сигналы могут распространяться по схеме.
В этой главе мы увидим, что компьютер — это нечто значительно большее, чем быстрое вычисляющее устройство. В числе выполняемых компьютером действий, помимо арифметики, преобладают довольно тупые, но жизненно необходимые сдвиги, сортировка данных и проверки на совпадение. Независимо от того, является ли конечный результат медицинским диагнозом состояния больного, переводом на иностранный язык нли даже стрельбой на экране в видеоигре, все самые впечатляющие результаты достигаются в наш компьютерный век простым перемещением чисел с места на место в нужном порядке и сравнением их друг с другом. Хотя реальные арифметические действия в большинстве компьютеров не играют господствующей роли, как думают многие, все же арифмеваческологяческое устройство (АЛУ) является центральным узлом каждого компьютера.
Зто устройство, состоящее из логических элементов и способное выполнять рассмотренные в предылушей главе логические функции, а также осуществлять элементарные арифметические действия. Поэтому первое, с чего мы начнем наше дальнейшее рассмотрение„это электронные схемы, выполняющие арифметические операции. 14.2 Электроннаи арифметика 14.2.1 Сложение В главе 13 на простом эксперименте с комбинационными логическими схемами было с легкостью продемонстрировано сложение двух двоичных чи- Электронная арифметика 429 сел в полном сумматоре (параграф 13.8).
В этой главе мы можем расширить изучение электронной реализации арифметики, включив, помимо сложения, также другие основные действия: вычитание, умножение и деление. На рис. 14.1 приведена практическая схема сложения на основе ИС 74Е883йл этот однокристальный сумматор складывает два 4-разрялных числа и прихоляший извне бит переноса. Склалываемые числа А,А,А,А,и В,ВхВ1В, поступают от двоичного кодируюшего «номеронабирателя» или от поворотного переключателя; эти устройства могут быть двоична-десятичного типа, то есть десятипозиционными, с числами 0 — 9 или шестнадцатеричными с 16 позициями и числами 0 — Г (в шестнадцатеричной записи).
Последние, хотя и менее знакомы, чем десятичные варианты, обладают тем преимушеством, что используется весь 4-разрядный диапазон. Они также позволяют приобрести опыт работы в шестнадцатеричной системе счисления, которая полезна для ускорения записи двоичных чисел и поэтому часто применяется в этой главе. 5-разрядное двоичное число на выходе включает в себя выходной бит переноса и это число можно воспроизвести непосредственно, подключив к выходам светодиоды через инверторы 7407 (см. рис. 13.35). Если ограничиться более знакомым вариантом, то выходные числа (из интервала 0 — 9) можно воспроизвести с помошью 7-сегментного индикатора (см. рис.
13.38), дешифрируя ЮДВ, и Ве Для шестнадцатеричной индикации, позволяюшей воспроизводить весь диапазон значений (от 0 до 1Г), +5 В ичныв лм и 51 5» У охп Рис. 14.1. Схема сложения двоичных чисел на основе ИС 74ЫЗЗА. Двоичную сумму можно инлипировать непосредственно с помошью светодиодов или используя дешифратор-формирователь. 430 МикроЭВМ и их применения удобнее всего применить дешифратор 4 и 16 (см. рис. 13,36), включив через инвертор отдельный светодиод для индикации переноса.
Заметно дороже, хотя и более изяшно, воспроизводить шестнадцатеричные символы с помощью ИС ТП.311 фирмы Техав (В8 586-734), которая содержит дешифратор, регистр и встроенный мозаичный индикатор на светодиодах, способный воспроизводить и цифры 0 — 9 и символы А — Г в зависимости от 4-разрядного двоичного слова на входе. Схема включения такой ИС, обеспечивающая шестнадцатеричную индикацию поступаюшего на вход 4-разрядного двоичного числа, представлена на рис. 14.2. Легко собрать многоразрядный (шестнадцатеричный — Прим. перев.) индикатор, разделив сигнальные линии на группы по четыре для каждой ИС ТП.311, начиная с младшего разряда.
с5 в заш таы 5» зт Лааичны» ах»а ! тц.з) ) (ымстатс, чта иыаааы б. а, П асс)тата)ътт)' ов Дссатична» тачка (асаы) Дсситична» тачы (»раны) ис 7404 Рис. 14.2. Схема включении ИС ТП.31! явя воспроизведения шестихаиатеричиых символов ири подаче ив вход двоичного числа. 74.22 Выпив)ание От сложения к вычитанию лишь небольшой шаг, поскольку вычитание заключается в преобразовании одного из чисел в отрицательное и последующем сложении. В аналоговых схемах нет проблем с представлением отрицательных значений; там это просто отрицательные напряжения. Но в цифровых схемах, в принципе, нет отрицательных в обычном смысле слова сигналов.
У нас есть только уровни +5 В и 0 В (логическая 1 и логический 0) и нет эквивалента отрицательному знаку. К счастью, правила математики весьма гибки, и пока мы имеем дело лишь с ограниченным набором чисел, можно, не используя отрицательного знака, представлять как положительные, Электронная арифметика 431 (»г> г (»з> з о(о> о ( — 5>з (-з> (-г> Рис. 14.3.
Правило «десятичного дополнения» дяя представления отриоатель- ных чисел без знака минус. В скобках указаны эквивалентные числа со знака- ми +/ —. так и отрицательные числа. Принцип такого представления основан на том факте, что отрицательное число — это просто такое число, которое должно быть прибавлено к положительному числу той же величины, чтобы получить ноль.
Ключевой момент, позволяющий избежать необходимости в отрицательном знаке, состоит в том, чтобы с самого начала определить весь диапазон, с которым нам предстоит работать. Предположим, например, что мы ограничимся числами от 0 до 10; тогда можно назвать положительными числа, возникающие при счете в сторону увеличения, то есть 1, 2, 3 и т.д., а «отрицательными» вЂ” числа, возникающие при счете в сторону уменьшения, начиная с 10, то есть 9, 8, 7 и т.д.
Теперь мы не нуждаемся в отрицательном знаке. А вот что нам нужно, так это условиться считать число 1О тождественно равным нулю (как бы забывая о единице переноса), тогда правила, относящиеся к отрицательным числам, оказываются выполнен- НЫМИ. На рис. 14.3 это правило десятичного дополнения изображено в «круговой» форме, которая позволяет представить числа, как если бы они были нанесены на шкале аналогового измерительного прибора. Эквивалентные числа со знаками +/ — указаны в скобках. Пока мы не учитываем единицу переноса в любой арифметике, все вычисления выполняются корректно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
