Глотов А.Н., Жаркова Н.А. Учебное пособие Типовые узлы цифровых устройств (2013) (1092077), страница 8
Текст из файла (страница 8)
С приходом 4-гоимпульса (срабатывание происходит по отрицательному фронту) одновременноизменяют свое состояние триггеры Т1 (1→0), Т2 (1→0), Т3 (0→1). С приходом 8-гоимпульса одновременно изменяют свое состояние триггеры Т1 (1→0), Т2 (1→0), Т3(1→0) и Т4 (0→1). Таким образом, в такой схеме при возникновении условий переносаразряды срабатывают одновременно. Быстродействие таких счетчиков ограниченовременем срабатывания счетных триггеров и временем распространения сигнала вцепочке логических элементов ЛЭ1…ЛЭ2. Вследствие задержки вЛЭ1…ЛЭ2быстродействие счетчика падает с повышением разрядности.В счетчиках с параллельным переносом состояние всех предшествующихразрядов одновременно контролируетсямноговходовымисхемамисовпадения.Счетчики этого типа являются более быстродействующими.
Схема двоичногосинхронного параллельного счетчика на JK-триггерах показана на рисунок 8.6.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»55&JТИCQJЛЭ1QЛЭ2&JQJQCLKCLKCLKCLKKKKKT1T2T3T4«1»ЛЭ11р2р3р4рРисунок 8.6.Логическая схема ЛЭ1 контролирует выходы Т1 и Т2.
При наличии дух «1» наее входе триггеру Т3 разрешено перебрасываться. Одновременно выходы этихтриггеров Т1, Т2 и триггера Т3 контролирует трехвходовый ЛЭ2, который при трех «1»на входе дает разрешение на срабатывание Т4. В таких схемах задержка установлениякода на выходе каждого разряда равна сумме задержек в схеме совпадения и в триггере.А так как во всех разрядах установление кода происходит одновременно (параллельно),то быстродействие не зависит от разрядности счетчика и определяется только этимидвумя элементами: триггером и схемой совпадения.8.3. Декадные счетчикиДекадные счетчики работают по двоично-десятичному коду (ДДК) и имеютмодуль счета равный 10. Для этого в схему двоичных счетчиков вводятдополнительные обратные связи.
Предлагаемая для изучения и моделирования схема,построенная на JK-триггерах, приведена на рисунок 8.7.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»56ЛЭ1&JТИCQЛЭ2&JЛЭ3&JQQJQCLKCLKCLKCLKKKKKT1T2T3T4«1»3р2р1р4рРисунок 8.7Рассмотрим работу счетчика после установки всех триггеров в "0"-е состояние.Схема совпадения ЛЭ1 открыта логической "1"-й с выхода Q триггера Т4,поэтому с приходом тактовых импульсов вплоть до 8-го, схема работает как двоичныйсинхронный счетчик.
Восьмой импульс устанавливает Т1,Т2 и Т3 в "0" состояние, а Т4в "1". При этом, появившийся "0" на выходе Q Т4 последовательно закрывает схемысовпадения ЛЭ1, ЛЭ2 и ЛЭ3. Девятый импульс переключает только триггер Т1 В "1" иустанавливает на входе "К" триггера Т4 "1", при этом триггер Т4 сохраняетпредыдущее "1"-е состояние. Десятый импульс переключает триггер Т1 в "0" и триггерТ4 в "0", т.к. на входе "К" триггера Т4 предварительно была установлена "1". Такимобразом, после прихода 10-го импульса все триггеры "обнулены", и счет начинаетсясначала.8.4.
Реверсивные счетчикиВышеописанные счетчики реализуют прямой счет, т.е. счет в сторонуувеличениясодержимогосчетчика.Дляпостроениявычитающихсчетчиковиспользуют для формирования сигнала переноса инверсный выход триггеров.Рассмотрим работу вычитающего счетчика на примере двоичного реверсивногосчетчика рисунок 8.8.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»57Сложение10П1ВычитаниеЛЭ11ЛЭ2 ЛЭ4&QJCLKK1р&&ЛЭ6JQCLKKT2T1ЛЭ9ЛЭ71&ЛЭ3«1»&1&ТактовыеимпульсыЛЭ52рЛЭ111&&ЛЭ10ЛЭ8JQCLKKT33рЛЭ12JQCLKKT44рРисунок 8.8Этот счетчик может работать как в режиме сложения, так и в режиме вычитания.Режим работы задается управляющим сигналом, поступающим на ЛЭ1 от источниковлогического уровня "1" (сложение) или "0" (вычитание).
Коммутация прямого иинверсного выходов триггера Т1 осуществляется с помощью ЛЭ2, ЛЭ3 и ЛЭ4.Аналогично осуществляется коммутация выходов триггеров других разрядов. Приоценке быстродействия этой схемы необходимо принять в расчет задержку в схемекоммутации, так как эта схема включена параллельно для всех каскадов, то ее задержкаучитывается только один раз.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»589.
ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИЦифро - аналоговый преобразователь (ЦАП) - функциональный узел,напряжение на выходе которого пропорционально цифровому коду на входе.Основными параметрами ЦАП являются:δ=12 −1 ,-относительная разрешающая способность-абсолютная разрешающая способность h = Umax·,nгде Umax - максимальное выходное напряжение- - относительная нелинейность; определяется по максимальному отклонениюот линейной зависимости при некотором коде k:ε=max(h k U (k )),U maxгде U(k) - выходное напряжение, соответствующее коду k;-время установления выходного напряжения tуст (измеряется обычно присмене кода на максимальную величину).Широкое распространение получили два основных метода параллельногопреобразования цифрового кода в аналоговый сигнал:- метод суммирования токов;- метод суммирования напряжений.Простейшая схема ЦАП, реализованная по первому методу, приведена нарисунке 9.1.ОглавлениеН.А.
Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»59Рисунок 9.1Схемасодержитнаборрезисторов,номиналыкоторыхобразуютгеометрическую прогрессию с показателем 2. Резисторы подключены к коммутаторамисточника эталонного напряжения Uэ, а другие выводы резисторов соединены в общийузел. К общему узлу подключен и низкоомный резистор нагрузки Rн. Формируемыерезисторами токи Ik также образуют геометрическую прогрессию:I k = I 0 2k .Выходное напряжение на нагрузочном резисторе пропорционально сумме токов черезрезисторы и равно:n 1n 1k 0k 0U вых Rн ak I k Rн I 0 ak 2 k Rн I 0 N ,(9.1)1ak = , в зависимости от состояния коммутатора разряда.}0Второй вариант построения ЦАП (с суммированием напряжений) приведен нарисунке 9.2.ОглавлениеН.А.
Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»60Рисунок 9.2Набор источников ЭДС, изменяющихся в геометрической прогрессии, создаетсяс помощью матрицы резисторов R-2R. Резисторы 2R этой матрицы подключаются ккоммутаторам источника эталонного напряжения Uэ. Напряжение каждого разрядаделится матрицей резисторов R-2R в 2n-k раз и суммируется на выходе с выходнымнапряжением других разрядов:n 1U выхU k U э n1U ak nk n ak 2 k nэ N22 k 02k 0(9.2)1ak = , в зависимости от состояния коммутатора разряда.0В обеих схемах ЦАП выходное напряжение пропорционально цифровому коду N.10 АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИАналого-цифровые преобразователи (АЦП) – функциональные устройства,выходной цифровой код которых пропорционален амплитуде входного сигнала.Т.к.
большинство физических сигналов, амплитуда которых преобразуется вцифровой код, представляют непрерывные функции времени, а цифровые устройства –устройства дискретного действия, то входные аналоговые сигналы предварительнодискретизируют. Процесс дискретизации заключается в фиксации (запоминании)ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н.
Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»61мгновенного значения входного сигнала в определенныемоменты времени исохранение зафиксированного значения до следующей выборки из входного сигнала.Интервал дискретизации tд или частота дискретизации tд (временного квантования)должны удовлетворять теореме Котельникова:fд > 2fв, где fв - высшая частота в спектре преобразуемого сигнала. Приневыполнении условия теоремы однозначное восстановление исходного сигнала издискретизированного (обратная операция) невозможно.
Практически fд превышает 2fвв 1,5..3 раза, т.е. fд ~ 3..6 fв, что значительно упрощает последующее восстановлениеаналогового сигнала после цифровой обработки.Основными параметрами АЦП являются:- относительная разрешающая способность 1;2n 1- абсолютная разрешающая способность h U max , где U max - максимальноевходное напряжение;- относительная нелинейность преобразования max( h k U(k ) );U maxгде U(k) входное напряжение, соответствующее коду k;- время преобразования Tпр - интервал времени от подачи аналогового напряжения на вход АЦП до получения цифрового кода на выходе;- максимальная частота преобразования Fпр - наибольшая частота запуска, прикоторой параметры АЦП соответствуют заданным значениям.Максимальная частота и время установления определяют быстродействие АЦП.Существует множество способов аналого-цифрового преобразования.
Наиболеераспространенные из них:-АЦП последовательного действия;-АЦП поразрядного приближения;-АЦП параллельного действия;-Сигма-дельта АЦП.10.1 АЦП последовательного действияОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»62АЦП последовательного действия наиболее медленные, однако, они допускаютварианты построения с интегрированием входного сигнала, что резко снижет действиешумов, помех и наводок. Характерным для этих АЦП является преобразованиеамплитуды входного сигнала в длительность временного интервала и счет числаимпульсов образцового генератора за этот временной интервал. Структурная схемаАЦП приведена на рисунке 10.1.Рисунок 10.1АЦП последовательного действия состоит из генератора пилообразногонапряжения (ГПН), компаратора (К), счетчика (ST), кварцевого генератора (КГ),логических цепей синхронизации и управления.
Временные диаграммы работы схемыприведены на рисунке 10.2.Рисунок 10.2ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»63По сигналу "Пуск" триггер Т устанавливается в «1» и разрешает прохождениесинхроимпульсов через логический элемент от гененратора КГ к счетчику, ГПНначинает формировать линейно возрастающее напряжение, которое поступает на одиниз входов компаратора C и сравнивается с входным сигналом (рисунок 10.2). В это жевремя происходит счет импульсов генератора КГ счетчиком ST. В тот момент, когданапряжение ГПН становится равным напряжению входного сигнала, срабатываеткомпаратор C, возвращая триггер Т в исходное состояние, и счет прекращается.
Код навыходе счетчика пропорционален амплитуде входного сигнала. Время преобразованиязависит от амплитуды преобразуемого сигнала и периода следования счетныхимпульсов.МаксимальноевремяпреобразованияравноTпр = N·tд, где Nмаксимальное значение кода. Число разрядов такого АЦП достигает значений 20…24.10.2. АЦП последовательного приближенияАЦПпоследовательногоприближения(споразряднымкодированием)обеспечивают существенно меньшее время преобразования и умеренную точность,число разрядов обычно не превышает 12…16.Принцип работы АЦП последовательного приближения иллюстрируетсярисунком 10.3.Рисунок 10.3Преобразование начинается со старших разрядов регистра последовательныхприращений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
