Техническая реализация логических элементов.
Логические элементы могут быть построены в виде диодно-резисторных схем, в виде транзисторных схем или в виде интегральных схем. Первые простейшие логические элементы были построены на диодах и резисторах. Техническая реализация двухвходового элемента «И» на диодах и резисторах приведена на рис. 14.3. Рис. 14.3. Диодно-резисторный элемент «И».
Сигналы Х i =0 будем имитировать подключением к общему проводу. Сигналы Х i =1 будем имитировать подключением к источнику питания +Е В. Тогда, если хотя бы один из сигналов Х i =0, то от источника +Е В через резистор R пойдет ток: Такое значение тока получается при условии, что величина R много больше, чем сопротивление открытого диода. Тогда напряжение на выходе элемента примет значение: Что соответствует логическому нулю. И только в случае, когда оба логических сигнала Х1=Х2=1 (оба входа подключены к источнику +Е) ток IR=0, так как нет разности потенциалов между обоими входами и источником +Е, а напряжение на выходе элемента примет значение: Что соответствует единичному логическому сигналу. Таким образом, таблица истинности такого логического элемента совпадает с табл. 14.2 для двухвходового логического элемента «И». Техническая реализация двухвходового элемента «ИЛИ» на диодах и резисторах приведена на рис. 14.4. Сигналы Х i =0 будем имитировать подключением к общему проводу. Сигналы Х i =1 будем имитировать подключением к источнику питания +Е В.
Рис. 14.4. Диодно-резисторный элемент «ИЛИ».
Тогда, если хотя бы один из сигналов Х i =1, то от источника +Е В через резистор R пойдет ток:
Такое значение тока получается при условии, что величина R много больше, чем сопротивление открытого диода. Тогда напряжение на выходе элемента примет значение: Что соответствует логической единице. И только в случае, когда оба логических сигнала Х1=Х2=0 (оба входа подключены к общему проводу) ток IR=0, так как нет разности потенциалов между обоими входами и общим проводом, а напряжение на выходе элемента примет значение: Что соответствует нулевому логическому сигналу. Таким образом, таблица истинности такого логического элемента совпадает с табл. 14.3 для двухвходового логического элемента «ИЛИ». Техническая реализация элемента «НЕ» возможна только с использованием транзисторов. По сути логический элемент «НЕ» представляет собой усилительный каскад на биполярном транзисторе по схеме с ОЭ или на полевом транзисторе по схеме с ОИ. Схема логического элемента «НЕ» на биполярном транзисторе приведена на рис. 14.5.
Рис. 14.5.Элемент «НЕ» на биполярном транзисторе. Транзистор VT 1 работает в ключевом режиме, то есть он или полностью открыт, или полностью закрыт. Сигнал Х=0 будем имитировать подключением входа к общему проводу. Сигнал Х=1 будем имитировать подключением входа элемента к источнику питания +Е В. При подаче на вход элемента сигнала Х=0 (то есть напряжения 0 вольт) транзистор VT 1 будет закрыт, так как ток базы Iб=0. Тогда согласно второму закону Киргофа напряжение на выходе элемента (на коллекторе VT 1): Таким образом уровень напряжения на выходе элемента соответствует логической единице. При подаче на вход элемента сигнала Х=1 (то есть напряжения Еп вольт) транзистор VT 1 будет открыт, так как ток базы I б ≈Еп/ R 1. Тогда ток коллектора будет примерно равен I к ≈Еп/ R к . Напряжение на выходе элемента будет: Таким образом уровень напряжения на выходе элемента соответствует логическому нулю. Поскольку выходной сигнал такого логического элемента всегда противоположен входному, то его таблица истинности совпадает с табл. 14.4 для логической функции «НЕ». Более сложные логические элементы образуются комбинацией элементарных логических элементов. Так, например, если соединить последовательно логические элементы «И» и «НЕ», то получим логический элемент «И-НЕ». Логические элементы в широком ассортименте выпускаются в виде интегральных микросхем с использованием биполярных и полевых транзисторов. Одним из направлений является транзисторно-транзисторные логические схемы (ТТЛ). На рис. 14.6а приведена упрощенная схема базового элемента ТТЛ серии К155. Рис. 14.6. Упрощенная схема базового элемента ТТЛ серии К155.
В схеме базового элемента ТТЛ можно выделить две основные части: многоэмиттерный транзистор (МЭТ) VT 1 с резистором R 1 и диодами VD 1 и VD 2, а также инвертор на транзисторе VT 2. Двухэмиттерный транзистор можно приближенно представить в виде эквивалентной схемы из трех диодов VD 3, VD 4 и VD 5 (рис. 14.6б). Тогда двухэмиттерный транзистор VT 1 с резистором R 1 превращается в диодный логический элемент «И», и в сочетании с инвертором на транзисторе VT 2 в итоге получается логический элемент «И-НЕ». Демпфирующие диоды VD 1 и VD 2 (рис. 14.6а) служат для ограничения импульсов напряжения отрицательной полярности на входах логического элемента.
Контрольные вопросы
1. Схема и принцип действия диодно-резисторного элемента И? 2. Схема и принцип действия диодно-резисторного элемента ИЛИ? 3. Схема и принцип действия элемента НЕ на биполярном транзисторе? 4. Схема и принцип действия интегрального базового элемента ТТЛ серии К155? 5. Эквивалентная схема многоэмиттерного транзистора на диодах? 6. Назначение демпфирующих диодов VD 1 и VD 2 в схеме базового элемента ТТЛ?
Триггеры.
Триггером называется электронная схема имеющая два устойчивых состояния, одно из которых условно принимается за нулевое, а второе – за единичное, и способная запоминать свое состояние. Таким образом триггер способен запомнить значение одного разряда двоичного числа. Двоичный статический триггер имеет два выхода: прямой выход Q и инверсный . Когда Q =0, =1, триггер находится в нулевом состоянии, при Q =1, =0 триггер в единичном состоянии. Триггер может иметь следующие виды входов управления: · S, R – установочные входы; · D, J, K – информационные входы, определяющие, в какое состояние необходимо установить триггер; · С – синхронизирующий вход, определяет момент переключения триггера. В зависимости от используемых информационных входов управления триггеры бывают следующих типов: · RS – триггеры (триггеры с раздельными входами), которые имеют вход S установки в состояние 1 (от англ. set - установка) и вход R установки в 0 (от англ. reset – сброс, установка в 0). Триггеры, имеющие инверсные входы и , называются RS – триггеры с инверсными входами. · D – триггеры (от англ. delay - задержка), имеющие один информационный вход D, по которому они устанавливаются как в состояние 1, так и в 0. · JK – триггеры, имеющие информационный вход К установки в состояние 0 (от англ. kill – внезапное отключение) и вход J установки в 1 (от англ. jeck – внезапное включение). В зависимости от наличия синхровхода С триггеры бывают асинхронные (триггер не имеет ни одного синхровхода С), и синхронные (триггер имеет хотя бы один синхровход С), RS -триггер. Чаще всего RS-триггеры бывают асинхронными, но могут иметь либо прямые, либо инверсные входы. Условное графическое обозначение и схема построения RS-триггера с инверсными входами приведены на рис. 14.7.
Рис. 14.7. Условное обозначение и схема построения RS-триггера с инверсными входами (кружочки на входах и выходах обозначают инверсию).
При поступлении на вход S инверсного входного сигнала (активный уровень 0) на выходе Q =1 (рис. 4.7б), тогда на входах нижнего элемента И-НЕ совпадут две единицы, и =0. Таким образом, RS-триггер установился в состояние 1, и будет сохранять его после снятия сигнала со входа S, так как инверсный выходной сигнал =0 удерживает выход верхнего элемента И-НЕ в состоянии 1. При поступлении на вход R инверсного входного сигнала RS-триггер установится в состояние 0 (Q =0, =1), и также будет сохранять его после снятия сигнала со входа R. Все процессы происходят аналогично, но наоборот. Режимы работы RS-триггера с инверсными входами и его состояния отражены в табл. 14.7. Таблица 14.7.
Как видно из табл. 14.7 одновременно на входы RS-триггера нельзя подавать сигналы R=S=0, так как при этом состояние триггера неопределенно Q = =1, и после снятия сигналов он установится в произвольное состояние, что грозит утерей информации о предыдущем состоянии триггера. Условное графическое обозначение и схема построения RS-триггера (с прямыми входами) приведены на рис. 14.8. Рис. 14.8. Условное обозначение и схема построения RS-триггера.
При поступлении на вход S прямого входного сигнала (активный уровень S=1) на выходе =0 (рис. 4.8б), тогда на входах верхнего элемента ИЛИ-НЕ совпадут два нуля, и Q =1. Таким образом, RS-триггер установился в состояние 1, и будет сохранять его после снятия сигнала со входа S, так как выходной сигнал Q =1 удерживает выход нижнего элемента ИЛИ-НЕ в состоянии 0, а два нуля на входах верхнего элемента ИЛИ-НЕ удерживают выход Q =1. При поступлении на вход R прямого входного сигнала RS-триггер установится в состояние 0 (Q =0, =1), и также будет сохранять его после снятия сигнала со входа R. Все процессы происходят аналогично, но наоборот. Режимы работы RS-триггера (с прямыми входами) и его состояния отражены в табл. 14.8. Таблица 14.8.
Как видно из табл. 14.8 одновременно на входы RS-триггера нельзя подавать сигналы R=S=1, так как при этом состояние триггера неопределенно Q = =0, и после снятия сигналов он установится в произвольное состояние, что грозит утерей информации о предыдущем состоянии триггера. RS-триггеры применяются для построения различных устройств управления с запоминанием состояния и построения регистров. D -триггер. D–триггеры обычно бывают синхронными, так как они имеют один синхровход (рис. 14.9). Стандартный D–триггер кроме инверсных R и S входов имеет информационный D–вход и синхровход С. По установочным R и S входам D–триггер устанавливается как обычный RS-триггер, при этом R и S входы обладают приоритетом перед D и С входами. Это значит, что в моменты времени когда входные сигналы R и S активны, сигналы на D и С входах игнорируются. Рис. 14.9. Условное графическое обозначение D–триггера
Особенностью переключения D–триггера при действии сигналов на D и С входы является то, что триггер копирует состояние D–входа при поступлении синхроимпульса на С вход. Причем триггер переключается в момент действия именно прямого (переднего) фронта синхроимпульса. Это значит, что если вход D=0, то с приходом синхроимпульса триггер переключится в нулевое состояние (Q =0, =1). Если же вход D=1, то с приходом синхроимпульса триггер переключится в единичное состояние (Q =1, =0). Такие D–триггеры широко применяются для построения регистров различного типа и назначения. D–триггер может работать в режиме счетного триггера (Т–триггера), который применяют для построения счетчиков импульсов. Основным свойством Т–триггера является переключение триггера в противоположное состояние с приходом на его Т–вход каждого следующего импульса (рис. 14.10). Рис. 14.10. Включение D–триггера в режиме Т– триггера.
Перевод D–триггера в режим Т–триггера обеспечивается соединением D–входа с инверсным выходом триггера . Так, если D–триггер находится в нулевом состоянии, то на его D–вход действует сигнал =1, тогда с приходом следующего импульса на Т–вход D–триггер переключится в единичное состояние (Q =1, =0). Теперь на его D–вход действует сигнал =0, и с приходом следующего импульса на Т–вход D–триггер переключится в нулевое состояние (Q =0, =1). На рис 14.10б приведены временные диаграммы переключения такого Т–триггера при действии на Т–вход последовательности импульсов. JK -триггер. JK–триггеры обычно бывают синхронными, так как они имеют один синхровход (рис. 14.11). Стандартный JK–триггер кроме инверсных R и S входов имеет информационные входы J–конъюнкция на три входа, и К–тоже конъюнкция на три входа, а также синхровход С.
Рис. 14.11. Условное графическое обозначение JK –триггера.
По установочным R и S входам JK–триггер устанавливается как обычный RS-триггер, при этом R и S входы обладают приоритетом перед JK и С входами. Это значит, что в моменты времени когда входные сигналы R и S активны, сигналы на JK и С входах игнорируются. Переключение JK–триггера при действии сигналов на JK и С входы происходит следующим образом. Если срабатывает конъюнкция J (на всех трех входах J действует логическая 1), и не срабатывает конъюнкция К (хотя бы на одном из трех входов К действует логический 0), то с приходом синхроимпульса на С–вход JK–триггер переключается в единичное состояние (Q =1, =0). Причем триггер переключается в момент действия именно обратного (заднего) фронта синхроимпульса. Если срабатывает конъюнкция К (на всех трех входах К действует логическая 1), и не срабатывает конъюнкция J (хотя бы на одном из трех входов J действует логический 0), то с приходом синхроимпульса на С–вход JK–триггер переключается в нулевое состояние (Q =0, =1). На таких JK–триггерах строят регистры и различные управляющие устройства с памятью. JK–триггер также может работать в режиме счетного триггера (Т–триггера), и также используется для построения счетчиков импульсов. Перевод JK–триггера в режим Т–триггера обеспечивается при подаче на все входы сборок J и K единичных логических сигналов. Тогда с приходом на С–вход каждого следующего синхроимпульса JK–триггер будет переключаться в противоположное состояние. Временные диаграммы переключения JK–триг-гера в этом режиме совпадают с рис. 14.10б.
Контрольные вопросы
1. Что такое триггер, его свойства, виды триггеров? 2. RS-триггер на элементах И-НЕ, его свойства и режимы работы? 3. RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ, его свойства и режимы работы? 4. Интегральный D-триггер, его свойства и условия переключения? 5. Как включить D-триггер в режиме Т-триггера? 6. Интегральный JK-триггер, его свойства и условия переключения? 7. Как включить JK-триггер в режиме Т-триггера? 8. Применение RS-триггеров, D-триггеров и JK-триггеров?
Популярное: Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (255)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |