110250 (709252), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Триггер этого типа является усовершенствованным вариантом двухвходного триггера. Как видно из табл. 7, в отличие от RS-триггера состояние J=1, K=1 является допустимым.
Таблица 7
| Такт n | Такт n | |
| J | K | Qⁿ |
| 0 0 1 1 | 0 1 0 1 | Qⁿ 0 1 Qⁿ |
Используя вход J как вход S, а K как R, реализуют синхронный RS-триггер, особенность которого состоит в том, что при комбинации S=R=1, запрещенной для обычного JK-триггера, он переключается на каждый синхронизирующий сигнал. Добавлением инвертора на входе JK-триггера получают Д-триггер (рис. 18,б). Соединяя входы JK-триггера по схеме на рис. 18,в получают T-триггер.
-
ЦИФРОВЫЕ СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ
В устройствах цифровой обработки информации измеряемый пара-метр (угол поворота, перемещение, скорость, частота и т.д.) преобразуется в импульсы напряжения, число которых в соответствующем мосштабе характеризует значение данного параметра.
Цифровым счетчиком импульсов называют устройство, реализующее счет числа входных импульсов и фиксирующее это число в каком-либо коде.
Интерес к таким устройствам объясняется их высокой точностью, а также возможностью осуществления связи с ЭВМ.
В зависимости от способа реализации счета счетчики подразделяются на суммирующие (прямого счета), вычитающие (обратного счета) и ревер-сивные. В суммирующем счетчике при поступлении каждого входного сиг-нала код увеличивается на единицу, а в вычитающем – уменьшается. Реверсивный счетчик может работать как в режиме сложения, так и в режиме вычитания.
Основными характеристиками счетчика являются модуль счета, или коэффициент пересчета Kсч =2ⁿ, где n – разрядность счетчика или количество триггеров в нем и быстродействие.
Модуль счета характеризует число устойчивых состояний счетчика, т.е. максимальное число входных сигналов, которое может быть сосчитано счетчиком. Например, в четырехразрядном счетчике Kсч =2 =16, счетчик будет иметь 16 устойчивых состояний. При этом каждый 16-й входной сигнал устанавливает счетчик в исходное состояние.
Наибольшее распространение получили счетчики на T – и JK – триг-герах. Рассмотрим простейшую схему двоичного суммирующего счетчика с непосредственной связью. На рис. 19 приведена схема четырехразрядного
Рис. 19
счетчика, построенного на JK- триггерах. Основным узлом двоичного счетчика является триггер со счетным запуском. Счетные импульсы подаются на вход первого триггера. Счетные входы поступающих триггеров непосредственно связаны с инверсными выходами предыдущих.
Работу схемы иллюстрируют временные диаграммы на рис. 20. Перед поступлением счетных импульсов все разряды счетчика устанавливаются в состояние ''0'' (Q1= Q2= Q3= Q4=0) подачей сигнала ''Установка 0''. В счетчике устанавливается код 0000. При поступлении на вход первого импульса триггер ДS1 устанавливается в единичное состояние, в счетчике устанавливается код 0001.
Рис. 20
При поступлении второго входного импульса первый триггер устанавливается в нулевое состояние, а триггер ДS2 положенным перепадом напряжения с выхода Q первого триггера устанавливается в единичное состояние. В счетчике код 0010. Так счет в счетчике будет продолжаться до тех пор, пока счетчик не отсчитает максимально возможное для его разрядности число 1111. Шестнадцатый входной сигнал переведет счетчик в исходное нулевое состояние.
Счетчики с последовательным переносом отличаются простотой, но обладают невысоким быстродействием.
-
РЕГИСТРЫ
Регистрами называются функциональные узлы, предназначенные для приема, хранения, передачи и преобразования информации. Регистры являются наиболее распространенным типом последовательных узлов в современных ЭВМ. Иногда в регистре предусматривается возможность сдвига числа на один или несколько разрядов в сторону младших или старших разрядов. Такие регистры называются сдвигающими, они используются при выполнении арифметических операций. В зависимости от способа ввода и вывода разрядов числа различают регистры параллельные, последовательные и параллельно-последовательные. Ввод, вывод, сдвиг и другие операции осуществляются управляющими сигналами, которые поступают в регистр по специальным управляющим шинам (проводам).
6.1. Параллельные регистры
В параллельных регистрах запись двоичного числа осуществляется параллельным кодом, т.е. во все разряды регистра одновременно. Их функции сводятся к приему, хранению и передаче информации (двоичного числа). В связи с этим параллельные регистры часто называют регистрами памяти.
Параллельный N – разрядный регистр состоит из N – триггеров, каждый из которых имеет число входов, соответствующее количеству источников информации. Если источник цифровой информации один, то каждый триггер имеет один вход. При двух и трех параллельных каналах информации триггер разряда выполняется на два и три входа. Запись цифровой информации осуществляется по цепи управления регистром. Принцип построения параллельных регистров иллюстрируется структурной схемой на рис. 21 при одном канале четырехразрядной цифровой информа-ции. ДS1 – триггер младшего разряда, ДS4 – триггер старшего разряда; ДД1- ДД4 – логические элементы, предназначенные для управления записью информации в регистр; ДД5-ДД8 – элементы служащие для управления считыванием информации из регистра.
Перед записью двоичного числа все триггеры устанавливают в состояние ''0'' подачей импульса по входу ''Установка 0''. Для записи в регистр входной информации подают импульс записи, открывающий входные элементы И. Код входного числа записывается в регистр. Если, например, на входе присутствует код 1011, соответствующий числу 11, то это же число будет записано в регистр.
По окончании операции записи информация, записанная в регистр сохраняется, несмотря на то что входная информация (число) может изменяться.
Для считывания информации подают импульс по входу ''Считыва-ние''. На выходные шины регистра передается код числа, записанного в регистр. При этом число, записанное в регистр, сохраняется. Для получения новой информации описанные операции повторяются.
Рис. 21
6.2. Последовательные регистры
Последовательные регистры (регистры сдвига) характеризуются записью числа последовательным кодом. Регистр состоит из последователь-но соединенных двоичных ячеек памяти, состояние которых передается (сдвигается) на последующие ячейки под действием тактовых импульсов. Тактовые импульсы управляют работой регистра. Управление может осу-ществляться одной последовательностью тактовых импульсов. В этом случае регистры называют однотактными.
Частота следования тактовых импульсов обычно неизменна. На рис. 22, а показана структурная схема сдвигающего регистра для четырех разрядов. Первая ячейка регистра относится к младшему разряду, а четвертая – к старшему.
а
б
Рис. 22
При таком расположении разрядов запись числа в регистр производит-ся, начиная с его старшего разряда. При обратном расположении разрядов в регистре запись числа должна начинаться с младшего разряда.
Тактовые импульсы подаются на все триггеры ячеек одновременно. Их воздействие направлено на переключение триггеров из состояния ''1'' в состояние ''0'' с записью единицы в триггер следующей ячейки. На рис. 22, б приведены временные диаграммы, поясняющие процесс записи информации в регистр. В качестве примера взят код 1011, соответствующий числу 11. Перед записью информации регистр устанавливают в состояние ''0''. Для этого в отсутствие сигнала на входе подается серия тактовых импульсов с числом импульсов, равным количеству разрядов в регистре. При записи информации одновременно с поступлением кода числа подаются тактовые импульсы. Тактовыми импульсами осуществляется продвижение информа-ции от младшего разряда регистра к старшему. В результате после четверто-го тактового импульса ячейки регистра принимают состояния, соответ-ствующие коду принятого четырехразрядного числа.
Операция считывания информации из последовательного регистра может быть проведена в параллельном или последовательном коде. Для передачи информации в параллельном коде используют выходы разрядов регистра. Таким образом, последовательный регистр позволяет осуществить операцию преобразования последовательного кода в параллельный. Считывание информации в последовательном коде реализуется подачей серии тактовых импульсов.
В последовательном регистре записанное число может быть сдвинуто тактовыми импульсами на один или несколько (К) разрядов. Операции сдви-га соответствует умножение числа на 2 . Например, сдвиг кода 0010 (число 2) на один разряд дает код 0100 (число 4), на два разряда – код 1000 (8).
Регистры, выпускаемые промышленностью в виде отдельных микро-схем, имеют условное обозначение в электронных схемах в виде прямоугольника рис. 23.
| Буквы RG на рисунке означают регистр; на входы D1 – Dn подается код числа для записи, C3 – вход команды записи; CЧ1, СЧ2 – входы для команды считывания; R – установка регистра в нулевое поло- жение; Q1, Qn – выходы. Рис. 23 МИКРОПРОЦЕССОРЫ Микропроцессором (МП) называют программно управляемое микро-электронное устройство, осуществляющее обработку цифровой информации. Микропроцессор содержит одну или несколько больших интегральных схем. В случае использования нескольких больших интегральных схем они должны быть совместимы, т.е. предназначены для совместного применения с общими источниками питания, иметь единую систему логических сигналов, одинаковую разрядность и быстродействие. Микропроцессор реализует такие функции, как выборку в предписан-ной программной последовательности, декодирование и управление выпол-нением команд, а также выполнение операций тестирования и преобразова-ния данных. Таким образом, он осуществляет заданную в виде программы последовательность действий – процесс, откуда и название – процессор. МП оперирует информацией в двоичной системе счисления. Каждый разряд двоичного числа называется битом. Информация, которую обраба-тывает микропроцессор, представляется группой битов, которые составляют слово. Количество битов в слове зависит от типа МП и может быть 4, 8, 12, 16 и т.д. Количество битов в слове, предназначенное для передачи данных, равно числу проводников и образует так называемую шину данных. Группа, состоящая их восьми битов называется байтом. Деление слова на байты позволяет упростить представление двоичного кода, применив шестнадцатиричную форму записи. Представление двоичного слова в шестнадцатиричном коде позволяет уменьшить вероятность появле-ния ошибок при составлении программы работы микропроцессора. МП представляет собой СБИС – тонкую пластину кристаллического кремния в форме прямоугольника со сторонами размером от 3 до 7 мм. Пластина монтируется в пластмассовый или металлический корпус шириной 10 – 15 мм и длиной 20 – 70 мм. Вдоль длинных сторон корпуса распола-гаются выводы в количестве 16 – 60 для соединения МП с другими устройст-вами. Первый МП появился в 1971 году, содержал 2250 транзисторов из четырех кристаллов, с кристаллом ОЗУ емкостью 32 бита. Уже в 1974 г. был разработан МП К580, содержащий 5 тыс. транзисторов с памятью 64 Кбайта (1 Кбайт =1024 =2 ), а в 1984 г. был разработан МП типа К1810, содержащий 29 тыс. транзисторов с памятью в 1 Мбайт (2²°). Применение микропроцессорных модулей: 80% МП – это встраи-ваемые устройства в различные автоматизированные системы управления и 20% - используются для построения ЭВМ. По прогнозам к 2000 г. число выпускаемых МП превысит число электрических ламп и составит 5 – 10 млрд. штук. Упрощенная структурная схема микропроцессора серии К580 МК 80 А представлена на рис. 24. Рис. 24 МП состоит из схем, реализующих арифметические и логические операции над данными различных регистров, служащих для временного хранения и преобразования данных и команд, а также устройств управления и связи с внешними блоками. МП применяют совместно с запоминающим устройством программы (ЗУП), с запоминающим устройством данных (ЗУД), а также с устройством ввода-вывода (УВВ). Система, состоящая из микропроцессора и указанных устройств, получила название микропроцессорной системы, или микроЭВМ (рис. 25). Рис. 25 Функционирование всех узлов и блоков микропроцессорной системы осуществляется с помощью генератора тактовых импульсов. Регистр команд PpК предназначен для хранения в МП команды, считанной из ЗУП, на период ее выполнения. Выполнение команды осуществляется блоком управления БУ, который связан с общими регистрами МП. Аккумулятор АК представляет собой основной регистр, предназначенный для ввода данных в МП и вывода их из него. В аккумулятор поступает операнд (числа) из ЗУД перед проведением соответствующей операции в арифметико-логическом устройстве. В аккумулятор же вводится результат проведенной в АЛУ операции. Арифметическо-логическое устройство АЛУ осуществляет операции сложения, вычитания, сравнения, а также операции И, ИЛИ над двумя числами (операндами) с выдачей результата по одному выходу. Вид операции задается командным кодом, содержащимся в регистре команд. Регистр временного хранения РрВXр предназначен для хранения данных перед проведением операций в АЛУ. Если, например, требуется провести операцию арифметического сложения двух чисел, то одно число предварительно хранится в аккумуляторе, а второе – в одном из регистров временного хранения. Счетчик команд СК содержит адрес команды выбираемой PpК из ЗУП в текущий момент времени. Он представляет собой суммирующий счетчик, содержание которого увеличивается на единицу к концу выполнения текущей команды. Если МП работает с подпрограммами, то в СК записывается предварительное число, соответствующее адресу первой команды подпрограммы, а по завершении последней команды в подпрограмме счетчик устанавливается на адрес команды основной программы. SP – стековый регистр – производит операции записи и извлечения чисел. Содержимое SP автоматически уменьшается на 2 после каждой записи и увеличивается на 2 после каждого извлечения. Необходимость работы стекового регистра возникает при обращении к подпрограммам для записи адреса возврата из подпрограммы. Рр Пр – регистр признаков. В разрядах Рр Пр записывается информация в двоичном коде о разрядах переноса, знака, признаках четности и нуля. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высш. шк., 1982.- 496с. 2. Основы промышленной электроники: Учеб. для неэлектротехничес- ких спец. вузов / В.Г. Герасимов, О.М. Князьков, А.Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: Высш. шк.,- 1986. - 336 с. 3. Электротехнический справочник: В 3тт. Т.2. Электротехнические изделия и устройства.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 712 с. 4. Основы радиоэлектроники: Учеб. пособие / Ю.П. Волощенко, Ю.Ю. Мартюшев, И.Н. Никитина и др.; Под ред. Г.Д. Петрухина.- М.: Изд-во МАИ, 1993.- 416 с. 5. Барков В.А. Электроника робототехнических систем. Усилительно-преобразовательные устройства.: Учеб. пособие.- СПб.: СПбГТУ, 1993.- 144 с. 6. Хоровиц П., Хилл У. Искуство схемотехники: В 3 тт.: Пер. с англ.- М.: Мир, 1993. Т.1. 598 с. 7. Фишер Дж., Гетланд Х.Б. Электроника – от теории к практике: Пер. с англ.- М.: Энергия, 1980.- 400 с. |
8. Цифровые и аналоговые микросхемы: Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.- М.: Радио и связь, 1990.- 496 с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
