Основы цифровой электроники часть 1 (775251)
Текст из файла
ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙЭЛЕКТРОНИКИПЕРВАЯ СТРАНИЦАУЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙОГЛАВЛЕНИЕОБ АВТОРЕ3.1. Понятие последовательностного автоматаПоследовательностные цифровые устройства часто называют последовательностными схемами,последовательностными автоматами, дискретными автоматами с памятью, многотактными автоматами.Кроме комбинационных устройств, рассмотренных в предыдущей главе, существует класс цифровыхустройств, в которых при одинаковых воздействиях на входе, на выходе автомата могут возникать различныевыходные состояния. Состояние выхода такого устройства зависит не только от того, какие сигналы присутствуютна его входах в данный момент времени, но и от того, какие последовательности сигналов поступали на входыустройства в предшествующие моменты времени, т.е.
как говорят, автомат помнит свою предысторию и хранит еев памяти. Поэтому такие устройства называют последовательностными или многотактными автоматами.Для описания последовательностного автомата с памятью, помимо состояний входов X(t) и выходов Y(t),необходимо также знать состояние памяти автомата, как говорят, его внутреннее состояние S(t).В общем виде, последовательностный автомат рассматривается состоящим из двух частей:комбинационного устройства (КУ) и памяти, состоящей из элементов памяти (ЭП) (рис.
3.1).В качестве элементов памяти могут быть применены как однобитовые элементы памяти (различные типытриггеров), так и многобитовые (многоразрядные) цепочки триггеров.Функционирование (т.е. изменение состояния устройства) многотактного автомата происходит в дискретныемоменты времени, ход которого обозначается натуральными числами t = 1, 2, 3 и т.д. В каждый моментдискретного времени t автомат находится в определенном состоянии S(t), воспринимает через входысоответствующую данному моменту комбинацию входных переменных X(t), выдает на выходах некоторую функциювыхода Y(t), определяемую какY(t) = f (S(t),X(t)),и переключается в новое состояние S(t+1), которое определяется функцией переходов j какS(t+1)= j ( S(t),X(t)).Закон функционирования последовательностных автоматов может задаваться в виде уравнений, таблиц играфов. Под законом функционирования понимается совокупность правил, описывающих последовательностьпереключения состояний автомата и последовательность выходных сигналов в зависимости от последовательностипоступления входных сигналов.ЭП часто реализуется на основе бистабильных ячеек (БЯ).
ЭП бывают: динамические, статические иквазидинамические. Наибольшее распространение получили первых два вида: статические и динамические.Статические ЭП реа- лизуются на БЯ. Динамические ЭП строятся, используя свойство хранения заряда междузатвором и истоком полевых транзисторов МДП структуры.БЯ - является простейшим типом триггера, реализованного с помощью элементов базиса И - НЕ или ИЛИ НЕ с соответствующими обратными связями и позволяет хранить один бит цифровой информации (бит - единицацифровой информации, соответствующая одной логической “1” или логическому “0”).Триггер - это последовательностная схема с двумя состояниями, каждое из которых при опреленныхусловиях на входах поддерживается постоянным (т.е.
стабильным). Каждому из этих состояний ставится всоответствие логическое значение, которое “хранит” триггер (если на выходе триггера высокий уровеньнапряжения - “1” и “0” - в противном случае). Таким образом, в последовательностной схеме для представлениязначений каждой переменной, которую нужно хранить для использования в настоящем или в будущем, следуетиспользовать отдельный триггер. Совокупное состояние последовательностной схемы, запоминающее устройствокоторой реализовано на триггерах, представляет собой просто комбинацию состояний этих триггеров.Вообще говоря, у триггера должна быть по крайней мере одна выходная линия, представляющаялогическое значение, соответствующее состоянию триггера.
Когда на выходной линии логическая 1, говорят, чтотриггер установлен, в противном случае говорят, что триггер сброшен. Триггер имеет несколько входных линий,сигналы на которых (вместе с текущим состоянием триггера) определяют следующее состояние триггера. Отфункций входных линий зависит тип триггера.Простейшим триггером является RS - триггер. RS - триггер имеет два входа и два выхода. Входы и выходытриггера имеют свои обозначения. Один из входов триггера называется установочным входом и обозначаетсябуквой S (от английского set - установить), а другой - входом сброса и обозначается буквой R ( от reset - сбросить).Триггер (рис.
3.2) имеет два симметричных выхода. На одном выходе (условно называемом прямым выходом)сигнал представляется без отрицания (выход Q), а на другом - с отрицанием (`Q - инверсный выход).По способу подачи переключающих сигналов (в зависимости от комбинации входных сигналов) триггерыделятся на RS, MS, D, JK, T - триггеры.Рис. .3.2. Графическое обозначениеRS - триггераТриггеры бывают переключающимися уровнем и фронтом тактирующего сигнала (импульса ). Несмотря на большое разнообразие триггеров, практически все триггерыстроятся на базе RS -триггеров.ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙЭЛЕКТРОНИКИПЕРВАЯ СТРАНИЦАУЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙОГЛАВЛЕНИЕОБ АВТОРЕ3.2.
RS - триггерВажным методом, используемым для описания функционирования RS- триггера, является метод таблицсостояний (таблиц переходов). Таблица состояний (рис. 3.3.а) RS-триггера в сокращенной форме (эту таблицуназывают также управляющей таблицей, таблицей функционирования) содержит два входных сигнала (сигналы Rи S) и один выходной сигнал Q (функция). Хотя триггеры имеют два выхода - один прямой Q, а другой - инверсный`Q, в описании триггера и в таблице состояний указывают лишь состояние прямого выхода Q.Из таблицы состояний триггера видно, что при подаче на вход R уровня лог. «1» триггер принимаетсостояние логического «0», а при подаче управляющего сигнала «1» на вход S - состояние «1». Следует отметитьтакже, что если до подачи управляющего сигнала, например, на вход R, триггер находился в состоянии логического«0», его состояние не изменится и после подачи сигнала «1» на вход R.
Если на обоих входах триггера имеютсяуровни логического «0»- это состояние соответствует режиму хранения и триггер сохраняет предыдущеесостояние. В таблице это состояние обозначено условно Q0. При подаче на входы R и S одновременно уровня «1»триггер будет находиться в неопределенном (или неправильном) состоянии, поэтому такое сочетание сигналов R иS называется запрещенной комбинацией управляющих сигналов и в таблице состояний обозначается буквой a.Сокращенная таблица состояний триггера отражает лишь динамику изменения состояния триггера и неучитывает свойство триггера запоминать единицу информации.
Полная таблица состояний триггера должнаучитывать влияние (на процесс управления) значения предыдущего состояния триггера Q0. Причем Q0представляется как входная переменная. Полная таблица состояний RS -триггера приведена на рис. 3.3, б.Таблицу состояний строят так же, как и таблицу истинности.Анализ таблицы показывает, что только в ситуациях, описываемых строками 4 и 5, происходит изменениесостояния триггера.Рис. 3.3. RS - триггер: а) - упрощенная таблица состояний; б) полная таблицапереходов; в) Карта Карно; г) RS - триггер, управляемый сигналом низкогоуровня (триггер); д) RS - триггер на элементах базиса ИЛИ-НЕРассмотрим строку 4.
После того, как подается сигнал на вход R, триггер сбрасывается, т.е. переходит изсостояния “1” в состояние “0”.Рассмотрим строку 5. Триггер устанавливается, т.е. переходит из состояния “0” в состояние “1”, в результатеподачи сигнала “1” на вход S.Для строк 1 и 2 сигналы S =01* и R=0, и, следовательно, никаких изменений всостоянии триггера не происходит.
Для строки 3 сигнал R=1, и этот сигнал в нормальных условиях долженсбросить триггер, но так как триггер уже “сброшен” и Q = 0, то сигнал R = 1 не изменяет его состояние.Аналогично для строки 6 сигнал S = 1, и этот сигнал в обычных условиях будет устанавливать триггер в “1”,но Q = 1, и, следовательно, состояние триггера останется без изменений до поступления следующего сигнала R.Особенность RS-триггера заключается в том, что при подаче одновременно на входы R и Sсигнала, соответствующего логической 1, состояние триггера становится неопределенным: на обоихвыходах Q и `Q установится уровень “1”, а после снятия со входов управляющих сигналов, в силу случайныхпричин, триггер может установиться в состояние “0” либо “1”. Очевидно, что для нормальной работы триггеранеобходимо исключить указанное сочетание входных сигналов, приводящее к неопределенномусостоянию, что можно осуществить, предусмотрев выполнения запрещающего условия R × S=0.Из таблицы состояний может быть получено уравнение, описывающее поведение триггера.
Это уравнениеносит название характеристического уравнения триггера. Оно показывает, как меняется состояние триггера взависимости от текущих значений состояния и входов.Для получения упрощенного аналитического выражения, описывающего поведение RS-триггера, построимкарту Карно и проведем соответствующие контуры (рис. 3.3, в). Полученное характеристическое уравнениетриггера имеет вид.Применив закон де Моргана преобразуем полученные выражение в базис И-НЕ:.Схема RS- триггера, реализованного в выбранном базисе, приведена на рис. 3.3, г.Из формулы RS - триггера видно, что при реализации его в базисе И-НЕ, триггер управляется сигналаминизкого уровня, т.е. уровня лог.
"0" (если не предусмотрены инверторы). Для приведения поведения триггера,выполненного на элементах И-HE, в соответствие с таблицей состояний сигналы S и R необходимо инвертировать.Из анализа схемы рис. 3.3, г очевидно, что простой RS триггер можно сконструировать, соединив “крестнакрест” два элемента И-НЕ.Входные линии триггера обозначены каки, поскольку триггер устанавливается при=0 исбрасывается при=0. Такой триггер иногда называют RS-триггер с инверсными входами или конъюнктивнойбистабильной ячейкой.Схема RS-триггера, реализовнная в базисе И-HЕ в соответствии с таблицей состояний, приведена на рис. 3.3,д.Для построения RS -триггера на элементах ИЛИ-НЕ приведем формулу триггера в базис ИЛИ-НЕ.Схема RS -триггера, выполненная на элементах базиса ИЛИ-HЕ, приведена на рис. 3.4, а.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
