Токхейм Р. - Основы цифровой электроники (1988)(ru) (775262), страница 56
Текст из файла (страница 56)
11.13. Раньше (в гл. 4) вы уже познакомились с мультиплексором, лругое название которого- селектор данных. Демульгиплексоры иногда называют риспределителллти или деуан!)5раторалун. Термин «распределитель» отражает работу переключателя 2 на рис. 1 !.14, который распределяет последовательно принимаемые информационные си~палы: сначала на выход 1, потом на выход 2, затем на выход 3 и т.д. На рис. 1 !.15 приведена подробная принципиальная схема системы передачи данных с использованием мультиплексора и демульгиплексора. Слово (длиной 1б разрядов) поступает на входы 0 15 микросхемы мультиплексора 74150.
Исходным состоянием счетчика 7493 будет 0000; такому состоянию счетчика соответствует 0 на семисегментном индикаторе. Когда входы выборки данных О, С, В, А мультиплексора 74150 установлены в нулевое состояние (0000), бит считывается с информационнопу входа О. Как видно из рис. !1.15, на этом входе мы имеем логический О. Этот логический 0 пересылается к демультиплексору 74! 54, откуда он поступает на выход О.
Микросхема 74154 инвертирует посзупаюшие на ее информационный вход сигналы, что отмечено инверторными кружками на ее выходах. Преобразование сигнала на выходе 0 демультиплексора к исходному логическому 0 обеспечивает инвертор 7404. Далее содержимое счетчика увеличивается на 1. Его текущее сосюяние 000! отображается на индикаторе как десятичная 1. Двоичная комбинация 0001 поступает на входы выборки данных обеих микросхем (74150 и 74154). Логическая 1 с информационного входа 1 мультиплексора 74150 Се ~енаор данных ростик.аелнтелн нлн лежнфрн серы Мультнаиенсор 741УЕ деыультннлексор 741У4 ыы~(1!',й",рилстееу палледоаалель ые да ые !!51ылаад%!;";:".',Фф!' ' - Параллель ые да ые нолоа ни между мультиплексором (демултиплексором) н мнотмрлтииионным перекопы 3|8 циеропыь сис'тамы Деиулвтиплеисор Мулвтиплеисоо Выходы Парол входы Рве Сброс Синхронизация Рнс.
11.15. Прапанпнадьнаа схема системы передачн данных. пересылается в линию передачи. Демультиплексор 74154 направляет полученную логическую ! на выход 1. Микросхема 7404 инвертирует сигнал на этом выходе, и, как видно иэ рис. 11.15„поступление сигнала логической 1 на выход 1 со- зю гланд и провождается возбужлением светодиода. Счетчик продолжает сканирование входов микросхемы 74150, обеспечивая последовательную перелачу информации на соответствующие выходы демультиплексора 74154. Обратите внимание, что для передачи одно>.о параллельного слова со входа на выход рассматриваемой системы счетчик должен сосчитать от 0000 до !! 11 (16 отсчетов). Семисегментный индикатор на светодиодах обеспечивает удобный способ наблюдения за тем, с какого именно входа в данный момент снимается информация.
При очень высокой частоте следования тактовых импульсов параллельные данные можно довольно быстро передать в послеловательной форме на выход системы. Делая так, мы экономим большое число соединительных проводов (это видно, в частности, из рис. !!.! 5). Хотя на последовательную передачу зат рачивается большее время, скорое.гь передачи данных по одной линии связи может быть очень высокой. Выполняя следующие задания, проверьте, хорошо ли вы ус- воили изложенный материал. 27.
При передаче информации для преобразования данных из параллельной формы в последовательную в схеме на рис. 1!.13 используется...., а для преобразования данных из последовательной формы в параллельпую— 28. Микросхема 7493 на рис. 11.15 используется для подачи на входы выборки данных муль~иплексора и демультиплексора двоичной счетной последовательное~и от 0000 до . . !двоичное число).
11.9. Обнаружение ошибок при передаче информации Методы обняртнення онибон Рятрял четности " 0>о> ратрял пополняет тело е,итип и передаваемом коде до че>- >токо. >.е солсрми едт ииу. ес >н оно нечетное. В>ым. реа Для нас наиболее ценным является то, что цифровые устройства работают очень быстро и точ»о.
С целью обеспечения высокой точности цифровых устройств используются специальные методы обнаружения ошибок. Нетрудно представить, как могут вкрадываться в систему ошибки при передаче данных из одного места в друтое. Для выявления ошибок нужно осуществлять постоянную проверку передаваемой информации. С этой целью формируется и передается вместе с информацией один дополнительный контрольный разряд чепшости". На рис, 1!.!б показана структурная схема соотве>ствующей системы передачи данных.
В этой системе 3 информационных разряда (А, циоговыв системы Входы Выходы Плрлллелиние далиле с ые Сиы,зл лыиехи Рис. 11.16. Схема обнаруанния оимбок нри нередаче данных с исиользонаинем доиолнательного контрольного разряда четности. В и С) пересылаются в параллельной форме на большое расстояние. Перед поступлением на вход системы данные проходят через генератор кантральнага разряда четности. Этот контрольный разряд передается вместе с данными, которые до пересылки на выход системы подвергаются проверке. Если при передаче произошла ошибка, о ее наличии в полученных данных сигнализирует детектор ошибок. Если же значения всех информационных разрядов на выходе системы те же, что и на ее входе, сигнал ошибки отсутствует. Табл.
1!.1 поможет вам понять принцип работы системы обнаружения ошибок. Эта таблица фактически представляет собой таблицу истинности для генератора разряда четности в системе на рис. 1!.1б. Заметим, что входы, обозначенные в табл. 1!.! латинскими буквами А„ В и С, соответствуют трем линиям передачи данных в рассматриваемой нами системе. Значение выходного сигнала в каждой горизонтальной строке табл. 11.1 определяется таким обра- Генератор контроль- ного разряда четности детектор емнаок Таблица 11.1. Таблица истянностн для генератора разряда четности З12 глана Р '-,(г и А в с Я в с Р Рнс.
11.!7. о схема генератора конгродвного рахрада четности, б схема детектора ошибок. Гвег .ошибка; нет света нет ошибки. Квд Хеммиига Выполняя следуюгцие задания, проверьте, хорошо ли вы ус- воили ггзлогиееггпый материал. зом, чтобы полное число ггедияиц» в строке было четнылг (О «единиц», 2 «единицы» или 4 «единицы»). Обратите внимание, что в строке 1 нет «единиц», В строке 2 имеется одна «единица» данных и одна «единица» самого разряда четности.
Таким образом, всего в строке 2 мы имеем 2 «единицы». Просмотрев табл. ! 1.1, вы убедитесь, что в каждой ее горизонтальной строке содержится четное число «единиц». Далее, лля полученной таблицы истинности подбирается соответствующая логическая схема; лля нашего случая схема генератора контрольного разряда четности приведена на рис.
11.17, а. Легко убедиться, что формирование разряда четности может осуществляться 3-входовым логическим элементом исключающее ИЛИ. Его-то и следует использовать в качестве генератора контрольного разряда в системе на рис. 11.16. Просмотрите еще раз всю таблицу истинности (табл. 11.1). Очевидно, что при нормальных условиях каждая ее горизонтальная строка содержит четное число «едипиц». Если бы в одной из строк была одна ошибка, мы имели бы в этой строке нечетное число «единиц». Схема, вырабатывающая на своем выходе логическую 1 всякий раз, когда на ее входы поступает нечетное число «единиц», показана на рис.
11.17,6. Это 4-входовый логический элемент исключающее ИЛИ, который обнаруживает нечетное число «единиц» на входах и «сигнализирует» о наличии ошибки. На рис. 1!.!7,6 представлена логическая схема, которую можно использовать в качестве детектора ошибок в рассматриваемой системе передачи данных (рис. 1!.16). Система с использованием разряда четности только обнаруживает ошибки, но не исправляет их.
Существуют, однако, коды, позволяющие исправлять ошибки: примером является код Хем линга. В коде Хемминга присутствуют несколько дополнительных разрядов четности, генерируемых при передаче данных. пиеровыв системы 29. На рис. 11.1 показана таблица истинности для генерато- ра разряда .. . (четности, нечетности). 30. В качестве генератора разряда четности в системе на рис, 11.!б можно использовать 3-входовый логический элемент ., а в качестве детектора ошибок — 4- входовый логический элемент 11.10. Сумматор-вычитатель Сумматор-амчататсвь В гл. 9 мы познакомились с сумматорами и вычитателями и изучили одну комбинированную систему — сумматор-вычитатель.
На рис. 11.18 представлена структурная схема этой системы (полная монтажная схема приведена на рис. 9.18). Индикатор А Рис. 11.18. Структуриая схема сумматора-вычитателя. Система, изображенная на рис. 11.18, состоит из хорошо известных вам подсистем. Устройством ввода информации в этой сис~еме является клавиатура. Шифратор (микросхема 74147) преобразует набираемые на клавиатуре числа в двоично-десятичный код. Блок управления загрузкой направляет информацию в одно из запоминающих устройств (регистр А или регистр В). Регистры А и В используются для временного хранения данных на входах 4-разрядного сумматора во время реализации соответствующей арифметической операции.
Для выполнения операции вычитания устройство задания режима работы (сложение или вычитание) осуществляет процедуру дополнения до 1 и цикличе- гллнА гг ского переноса. Результат операции с выходов сумматора 7483 поступает на входы лешифратора 7447, который осуществляет преобразование двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора. На семисегментном инликаторе высвечивается сумма или разность в десятичной форме.
Индикаторы А и В показывают в двоично-десятичном коде содержимое регистров (двух микросхем 74194). Задавая лдя скысгггрсгвсркк 31. В схеме на рис. 11.18 преобразование десятичного входного сигнала, поступающего с клавиатуры, в двоичнодесятичный код осуществляется 32. Регистры А и В в схеме на рис. ! 1.18 используются для хранения данных на входах . во время выполнения арифметической операции. Цнфреные часы 11.!1. Цифровые часы Цифровые электронные часы уже упоминались в гл.
7, где отмечалось, что «сердцемв этой цифровой сисгемы являются различные счепгчики. На рис. 11.!9,а прелставлена простая с~рук~урина схема цифровых часов. В большинстве из них в качестве входного сигнала используется напряжение бытовой электросети с частотой 60 Гц. Эта частота преобразуется в секунды, минуты и часы с помощью делителя часпюгпы.
Импульсы с частотой следования 1 импульс в ! с, 1 импульс в 1 мин и ! импульс в 1 ч затем подсчитываются, и результаты запоминаются в счетчиках-накопителях. Содержимое счетчиков-накопителей (секунды, минуты, часы) дешифруесггся, и точное время отображаешься на выходных индикаторах вреысгги. В пифровых часах реализуются все типичные функции системы. Имеется вход, на который подается переменный ток с частотой 60 Гц. Обработка сигнала происходит в делителе частоты, счетчиках-накопителях и дешифраторах.
Функция хранения реализуется счетчиками-накопителями. Функция управления в системе на рис. 11.!9,а иллюстрируется на примере цепи установки времени. Цифровой индикатор времени является устройством вывода информации. Выше уже отмечалось, что все цифровые системы состоят из логических элементов, триггеров и подсистем. Диаграмма на рис. 11.19„6 показывает, как должны быть организованы полсистемы, чтобы цифровые часы показывали время в часах, минутах и секундах.