 |
Проектирование цифровых устройств на логических элементах
|
|
|
|
Любое цифровое устройство состоит из элементов двух типов: логических и элементов памяти, служащих для хранения информации. Если схема не содержит элементов памяти, ее называют комбинационной.
У комбинационных логических схем состояние выхода зависит только от состояния входов в данный момент времени. Анализ и синтез этих схем можно осуществить методами алгебры Буля. При разработке комбинационных схем целесообразно придерживаться следующей последовательности действий:
1. По заданному на словах условию составить таблицу работы будущего устройства (таблицу истинности).
2. Перейти от таблицы истинности к структурной формуле.
3. Минимизировать аналитическое выражение функции с помощью теорем алгебры Буля или методом карт Карно.
4. Записать аналитическое выражение функции в заданном элементном базисе.
5. Осуществить переход от аналитического выражения к схеме.
Если в задании определена элементная база, на которой следует построить схему, необходимо конечное (тупиковое) алгебраическое выражение преобразовать по теореме де Моргана и только после этого строить схему.
Рассмотрим конкретный пример построения цифрового устройства на логических элементах в соответствии с планом, приведенным выше.
1.Словестное описание. Спроектировать устройство с двумя входами и четырьмя выходами, на которых поочередно появляется единица и зажигаются светодиоды. Схему реализовать в элементном базисе 2ИЛИ-НЕ.
2. Составление таблицы истинности. У двухвходового устройства на входах х1 и х2 могут появиться всего четыре комбинации, которые приведены в таблице 4.2.
Таблица 4.2 -Таблица истинности логической схемы
| Х 1 | х2 | у1 | у2 | у3 | у4 |
3. Переход от таблицы истинности к алгебраическому выражению. Каждая функция (y1, y2, y3, y4) будет иметь только одно слагаемое, т.к. функция равна 1 лишь на одном наборе:
|
|
|
4. Переход к выражению в базисе ИЛИ-НЕ. Здесь следует применить теорему де Моргана для перехода от произведения к сумме с инверсией:
5. Построение схемы в элементном базисе 2ИЛИ-НЕ. Сама схема приведена на рисунке 4.12. Поскольку на выходах схемы поочередно появляется единица, светодиоды подключаются к выходам анодами. Для ограничения тока через светодиоды включаются резисторы R1, R2, R3, R4.
Рисунок 4.12
Контрольные вопросы:
1. Какие функциональные возможности имеют ИМС с тремя выходными состояниями?
2. Как выполняется перевод ИМС в третье состояние?
3. Какое обозначение имеют ИМС с тремя выходными состояниями в цифровых схемах?
4. Объяснить работу схемы изображенной на рисунке 4.3.
5. Какое назначение имеют ИМС с открытым коллектором?
6. Какое схемотехническое построение имеют ИМС с открытым коллектором?
7. Какое обозначение имеет ИМС с открытым коллектором?
8. Область использования ИМС с открытым коллектором.
9. Какое назначение имеют расширители входов?
10. Что представляет собой расширитель?
11. Ко всем ли ИМС возможно подключение расширителей?
12. Какое назначение имеют преобразователи уровней?
13. В какой последовательности проектируют комбинационные схемы?
Раздел 2. Цифровые устройства и функциональные узлы
Тема 5. Цифровые устройства последовательностного типа
План
5.1. Триггеры
5.2. Регистры
Счётчики
Последовательностные устройства в отличие от комбинационных обладают памятью. Значения выходных сигналов у этих устройств зависят не только от значений входных сигналов в данный момент времени, но и от того, каково было внутреннее состояние схемы в предыдущий момент времени.
|
|
|
Основным элементом записывающим и хранящим двоичную информацию, является триггер. Кроме собственно триггеров к последовательностным схемам относятся регистры, цифровые счетчики и ряд других схем, в состав которых входят триггеры.
С элементом памяти можно производить следующие основные действия: запись, сохранение и считывание информации.
Триггеры
| Триггером называют логическую схему с положительной обратной связью, имеющую два устойчивых состояния, которые называются единичным и нулевым и обозначатся 1 и 0. Триггер способен под воздействием управляющего сигнала скачком переходить из одного состояния в другое и хранить это состояние продолжительное время после окончания на входе управляющего сигнала. |
Само название «триггер» происходит от английского слова «trigger» — спусковой крючок (курок) огнестрельного оружия, поэтому к триггерам часто применяют выражение «взводить», т.е. устанавливать его в единичное состояние, и «спускать, сбрасывать» при переводе его в нулевое.
Классификация триггеров представлена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1
По способу управления триггеры разделяются на следующие виды:
- асинхронные и синхронные (RS-триггеры),
- триггерысо счётным входом (Т-триггеры),
- триггеры с входом данных (D-триггеры),
- триггеры с универсальными входами (JK- триггеры).
Триггеры RS – типа
|
|
|
