Файл: 1. Основные параметры и характеристики логических элементов.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 317
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, характеризуется таблицей состояний 3.4. Состояние его выхода меняется на противоположное при поступлении на вход счетного сигнала и сохраняется неизменным при . В соответствии с таблицей 3.4 характеристическое уравнение T-триггера имеет вид
. (3.3)
Из таблицы 3.3 видно, что при состояние JK-триггера, синхронизируемого фронтом, будет изменяться на противоположное при поступлении каждого синхроимпульса. Таким образом, JK-триггер в этом случае функционирует как T-триггер при подаче счетного сигнала на вход синхронизации .
D-триггер имеет таблицу состояний 3.5, в которой отсутствует состояние, соответствующее режиму хранения. D-триггеры бывают только синхронными, и в соответствии с таблицей 3.5 они после поступления синхросигнала устанавливаются в состояние
. (3.4)
Выражение (3.4) является характеристическим уравнением D-триггера. D-триггер выполняет функцию задержки информации, поступающей на управляющий вход , на один период синхросигналов (такт машинного времени). В микроэлектронной аппаратуре широко используются D-триггеры, синхронизируемые фронтом и синхронизируемые уровнем.
Таблица 3.4 Таблица 3.5
Согласно таблицам состояний 3.3 и 3.5 синхронный JK-триггер будет выполнять функции D-триггера, если исключить комбинации, при которых . Это достигается соединением входов и через инвертор. В свою очередь, D-триггер, синхронизируемый фронтом, выполняет функции T-триггера, если соединить вход с инверсным выходом .
Условные графические обозначения рассмотренных триггеров приведены на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Условные графические обозначения триггеров
а – асинхронный RS-триггер; б – синхронизируемый логическим нулем RS-триггер; в – D-триггер, срабатывающий по фронту 01; г – JK-триггер, срабатывающий по срезу 10; д – двухступенчатый JK-триггер с входами раздельной установки в нулевое (R) и единичное (S) состояния; T-триггер, срабатывающий по срезу 10; ж – синхронизируемый фронтом 10
JK-триггер с логическими элементами И на входах J и K
В комбинированных триггерах совмещаются несколько режимов. Например, триггер типа RST – счетный триггер, имеющий также входы установки и сброса.
Примером триггера со сложной входной логикой служит JK-триггер с группами входов и , соединенных операцией конъюнкции:
, . (3.5)
Помимо таблиц состояния и характеристических уравнений, триггеры определяются также таблицами переходов (словарями триггеров), которые представляют собой зависимость входных переменных от вида переключений . Таблицы переходов для рассмотренных выше триггеров приведены в таблице 3.6.
Таблица 3.6
46. Регистры
Регистрами называются устройства, предназначенные для записи и выдачи информации, представленной в форме цифрового кода. Схемы их выполняют так, чтобы имелась возможность записать и обеспечить выдачу информации в виде параллельного или последовательного кодов. Для этого предусматривают соответствующее количество входных и выходных выводов.
Имеются регистры, у которых входные и выходные выводы объединены между собой. По специальным командам они используются как входные или как выходные. При подобном решении в два раза уменьшается количество проводов, соединяющих регистр с процессором. Такие многорежимные регистры обычно называют «портами данных», а организацию обмена информацией – «портовой».
В зависимости от назначения регистры подразделяются на регистры хранения и регистры сдвига. Регистры хранения обеспечивают запись, хранение и выдачу кода числа. В сдвиговых регистрах записанная информация сдвигается вправо или влево при подаче каждого импульса, управляющего сдвигом.
Регистры также подразделяются на статические и динамические.
Статические регистры выполняются на триггерах. Они могут как угодно долго хранить записанную информацию. В динамических регистрах функции элементов памяти выполняют МДП-конденсаторы. Они могут сохранять информацию только в течение определенного промежутка времени. Поэтому в динамических регистрах записанная информация должна постоянно находиться в движении.
Простейший регистр выполняется в виде линейки из RS-, D- или JK-триггеров. Причем для наиболее распространенных регистров сдвига предпочитают использовать D-триггеры ввиду меньшего числа межсоединений, связей и дополнительных логических элементов.
47. Функционирование регистров хранения. Схемы и условное графическое обозначение регистров хранения
Регистры хранения. Регистры хранения обеспечивают запись, хранение и выдачу информации в параллельном коде. От количества триггеров, входящих в состав регистра, зависит разрядность записанного числа. Так, при наличии четырех триггеров можно записать четырехразрядное слово, восьми – восьмиразрядное и т.д. Схема простейшего трехразрядного параллельного регистра хранения приведена на рис. 3.13,а.
а) б) в)
Рис. 3.13. Параллельный регистр хранения на JK-триггерах (а), D-триггерах (б) и его условное обозначение (в)
Информация в триггеры , , записывается по срезу импульса на входе . Так, если все триггеры находятся в нулевом состоянии: , , , а на входах , , имеется логическая единица, то в момент окончания импульса, поданного на вход , на всех выходах появится логическая единица. Код 111 будет храниться в регистре до тех пор, пока не окончится следующий импульс синхронизации на входе и триггеры не примут новые состояния, характеризуемые сигналами на входах . Инверторы , , необходимы для обеспечения нормального функционирования JK-триггеров и подачи логической единицы на входы J и K. При применении D-триггеров принципиальная схема регистра хранения существенно упрощается (рис. 2.13,б). Так как сигнал на выходе D-триггера определяется сигналов на его входе, то в схему не требуется вводить дополнительные инверторы. Запись числа происходит по фронту на входе синхронизации. Для стирания информации на вход следует подать логический нуль. Условное обозначение регистра показано на рис. 2.13,в.
Промышленностью выпускается большое количество микросхем регистров хранения (К1500ИР150, К1500ИР151, К531ИР19П, К531ИР20П, К531ИР22П*, К555ИР22*, К555ИР27, К555ИР15*, К1804ИР1*, К580ИР82* и др.). Они различаются количеством разрядов, функциональными возможностями и режимами управления. У отдельных регистров есть выходы, имеющее третье состояние, и соответствующие управляющие входы (они помечены знаком *).
Ряд микросхем содержат несколько регистров (многорегистровые): К1802ИР1*, К1002ИР1, К555ИР26*, К561ИР12* и др.
48. Функционирование, схемы и условное графическое обозначение регистров сдвига
Регистры сдвига. Регистры сдвига схемотехнически аналогичны счетчикам и чаще всего выполняются на основе D-триггеров.
С их помощью можно: записать и хранить цифровое слово в последовательном коде; изменить положение цифрового слова в разрядах регистра путем сдвига его влево или вправо; преобразовать числа, представленные в параллельном коде, в числа в последовательном коде, и наоборот. Соответственно и считывание информации в них может быть выполнено двумя способами: в течение определенного времени в последовательном коде
; одновременно в параллельном коде.
Если схема регистра выполнена так, что записанная информация может сдвигаться только в одном направлении (вправо или влево), то его называют однонаправленным. Если сдвиг цифрового слова возможен в обе стороны (вправо и влево), то говорят, что регистр двунаправленный или реверсивный.
Регистры, в которых возможно сдвигать цифровые слова вправо и влево, записывать их как в последовательном, так и в параллельном кодах и считывать в последовательном и параллельном кодах, называют универсальными.
Принципиальная схема простейшего однонаправленного регистра на D-триггерах приведена на рис. 3.14,а, условное обозначение его показано на рис. 3.14,б.
Рис. 3.14. Схема однонаправленного сдвига (а) и его условное обозначение (б)
Двоичное число, которое требуется записать в последовательном коде, подается на вход . Запись каждого разряда происходит «по фронту» импульсов синхронизации, подаваемых на вход . Они должны следовать с той же частотой, с которой меняются сигналы на входе , но для четкой и уверенной работы должны быть сдвинуты относительно него по фазе так, чтобы фронты импульсов не совпадали. Вход используется для установки всех триггеров в нулевое состояние.
Так как в составе регистра имеется четыре триггера – он четырехразрядный. В него может быть записано двоичное число, состоящее из четырех разрядов, например 0101. Так как триггер типа D есть триггер задержки, то при приходе сигнала старшего разряда числа и импульса на вход в первом триггере запишется его значение. Во втором триггере состояние не измениться, так как новое значение сигнала на выходе триггера и соответственно на входе появится только через промежуток времени . Все триггеры срабатывают одновременно по фронту импульса синхронизации. Поэтому сигнал, появившийся на их входе через промежуток времени , не может изменить их состояние. И только при следующем импульсе синхронизации сигнал выхода триггера запишется в триггер . Но он по той же причине не успеет изменить состояние триггера . Нужен третий импульс синхронизации, чтобы значение разряда, записанное в триггер при первом импульсе, записалось в триггер и т.д. Таким образом, при каждом импульсе синхронизации число каждого разряда перемещается направо и записывается в следующий триггер.
Состояние выходов триггеров характеризует записанное двоичное число в параллельном коде. Для получения числа в последовательном коде на вход необходимо подать дополнительные импульсы синхронизации. При этом выходной сигнал триггера последовательно принимает значения, записанные в разрядах регистра.
. (3.3)
Из таблицы 3.3 видно, что при состояние JK-триггера, синхронизируемого фронтом, будет изменяться на противоположное при поступлении каждого синхроимпульса. Таким образом, JK-триггер в этом случае функционирует как T-триггер при подаче счетного сигнала на вход синхронизации .
D-триггер имеет таблицу состояний 3.5, в которой отсутствует состояние, соответствующее режиму хранения. D-триггеры бывают только синхронными, и в соответствии с таблицей 3.5 они после поступления синхросигнала устанавливаются в состояние
. (3.4)
Выражение (3.4) является характеристическим уравнением D-триггера. D-триггер выполняет функцию задержки информации, поступающей на управляющий вход , на один период синхросигналов (такт машинного времени). В микроэлектронной аппаратуре широко используются D-триггеры, синхронизируемые фронтом и синхронизируемые уровнем.
Таблица 3.4 Таблица 3.5
| | | | | |
| 0 | | 0 | 0 | |
| 1 | | 1 | 1 |
Согласно таблицам состояний 3.3 и 3.5 синхронный JK-триггер будет выполнять функции D-триггера, если исключить комбинации, при которых . Это достигается соединением входов и через инвертор. В свою очередь, D-триггер, синхронизируемый фронтом, выполняет функции T-триггера, если соединить вход с инверсным выходом .
Условные графические обозначения рассмотренных триггеров приведены на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Условные графические обозначения триггеров
а – асинхронный RS-триггер; б – синхронизируемый логическим нулем RS-триггер; в – D-триггер, срабатывающий по фронту 01; г – JK-триггер, срабатывающий по срезу 10; д – двухступенчатый JK-триггер с входами раздельной установки в нулевое (R) и единичное (S) состояния; T-триггер, срабатывающий по срезу 10; ж – синхронизируемый фронтом 10
JK-триггер с логическими элементами И на входах J и K
В комбинированных триггерах совмещаются несколько режимов. Например, триггер типа RST – счетный триггер, имеющий также входы установки и сброса.
Примером триггера со сложной входной логикой служит JK-триггер с группами входов и , соединенных операцией конъюнкции:
, . (3.5)
Помимо таблиц состояния и характеристических уравнений, триггеры определяются также таблицами переходов (словарями триггеров), которые представляют собой зависимость входных переменных от вида переключений . Таблицы переходов для рассмотренных выше триггеров приведены в таблице 3.6.
Таблица 3.6
| | | | | | |||||
| | | | | ||||||
| 00 | * | 0 | 0 | * | 0 | 0 | |||
| 01 | 0 | 1 | 1 | * | 1 | 1 | |||
| 10 | 1 | 0 | * | 1 | 1 | 0 | |||
| 11 | 0 | * | * | 0 | 0 | 1 | |||
46. Регистры
Регистрами называются устройства, предназначенные для записи и выдачи информации, представленной в форме цифрового кода. Схемы их выполняют так, чтобы имелась возможность записать и обеспечить выдачу информации в виде параллельного или последовательного кодов. Для этого предусматривают соответствующее количество входных и выходных выводов.
Имеются регистры, у которых входные и выходные выводы объединены между собой. По специальным командам они используются как входные или как выходные. При подобном решении в два раза уменьшается количество проводов, соединяющих регистр с процессором. Такие многорежимные регистры обычно называют «портами данных», а организацию обмена информацией – «портовой».
В зависимости от назначения регистры подразделяются на регистры хранения и регистры сдвига. Регистры хранения обеспечивают запись, хранение и выдачу кода числа. В сдвиговых регистрах записанная информация сдвигается вправо или влево при подаче каждого импульса, управляющего сдвигом.
Регистры также подразделяются на статические и динамические.
Статические регистры выполняются на триггерах. Они могут как угодно долго хранить записанную информацию. В динамических регистрах функции элементов памяти выполняют МДП-конденсаторы. Они могут сохранять информацию только в течение определенного промежутка времени. Поэтому в динамических регистрах записанная информация должна постоянно находиться в движении.
Простейший регистр выполняется в виде линейки из RS-, D- или JK-триггеров. Причем для наиболее распространенных регистров сдвига предпочитают использовать D-триггеры ввиду меньшего числа межсоединений, связей и дополнительных логических элементов.
47. Функционирование регистров хранения. Схемы и условное графическое обозначение регистров хранения
Регистры хранения. Регистры хранения обеспечивают запись, хранение и выдачу информации в параллельном коде. От количества триггеров, входящих в состав регистра, зависит разрядность записанного числа. Так, при наличии четырех триггеров можно записать четырехразрядное слово, восьми – восьмиразрядное и т.д. Схема простейшего трехразрядного параллельного регистра хранения приведена на рис. 3.13,а.
а) б) в)
Рис. 3.13. Параллельный регистр хранения на JK-триггерах (а), D-триггерах (б) и его условное обозначение (в)
Информация в триггеры , , записывается по срезу импульса на входе . Так, если все триггеры находятся в нулевом состоянии: , , , а на входах , , имеется логическая единица, то в момент окончания импульса, поданного на вход , на всех выходах появится логическая единица. Код 111 будет храниться в регистре до тех пор, пока не окончится следующий импульс синхронизации на входе и триггеры не примут новые состояния, характеризуемые сигналами на входах . Инверторы , , необходимы для обеспечения нормального функционирования JK-триггеров и подачи логической единицы на входы J и K. При применении D-триггеров принципиальная схема регистра хранения существенно упрощается (рис. 2.13,б). Так как сигнал на выходе D-триггера определяется сигналов на его входе, то в схему не требуется вводить дополнительные инверторы. Запись числа происходит по фронту на входе синхронизации. Для стирания информации на вход следует подать логический нуль. Условное обозначение регистра показано на рис. 2.13,в.
Промышленностью выпускается большое количество микросхем регистров хранения (К1500ИР150, К1500ИР151, К531ИР19П, К531ИР20П, К531ИР22П*, К555ИР22*, К555ИР27, К555ИР15*, К1804ИР1*, К580ИР82* и др.). Они различаются количеством разрядов, функциональными возможностями и режимами управления. У отдельных регистров есть выходы, имеющее третье состояние, и соответствующие управляющие входы (они помечены знаком *).
Ряд микросхем содержат несколько регистров (многорегистровые): К1802ИР1*, К1002ИР1, К555ИР26*, К561ИР12* и др.
48. Функционирование, схемы и условное графическое обозначение регистров сдвига
Регистры сдвига. Регистры сдвига схемотехнически аналогичны счетчикам и чаще всего выполняются на основе D-триггеров.
С их помощью можно: записать и хранить цифровое слово в последовательном коде; изменить положение цифрового слова в разрядах регистра путем сдвига его влево или вправо; преобразовать числа, представленные в параллельном коде, в числа в последовательном коде, и наоборот. Соответственно и считывание информации в них может быть выполнено двумя способами: в течение определенного времени в последовательном коде
; одновременно в параллельном коде.
Если схема регистра выполнена так, что записанная информация может сдвигаться только в одном направлении (вправо или влево), то его называют однонаправленным. Если сдвиг цифрового слова возможен в обе стороны (вправо и влево), то говорят, что регистр двунаправленный или реверсивный.
Регистры, в которых возможно сдвигать цифровые слова вправо и влево, записывать их как в последовательном, так и в параллельном кодах и считывать в последовательном и параллельном кодах, называют универсальными.
Принципиальная схема простейшего однонаправленного регистра на D-триггерах приведена на рис. 3.14,а, условное обозначение его показано на рис. 3.14,б.
Рис. 3.14. Схема однонаправленного сдвига (а) и его условное обозначение (б)
Двоичное число, которое требуется записать в последовательном коде, подается на вход . Запись каждого разряда происходит «по фронту» импульсов синхронизации, подаваемых на вход . Они должны следовать с той же частотой, с которой меняются сигналы на входе , но для четкой и уверенной работы должны быть сдвинуты относительно него по фазе так, чтобы фронты импульсов не совпадали. Вход используется для установки всех триггеров в нулевое состояние.
Так как в составе регистра имеется четыре триггера – он четырехразрядный. В него может быть записано двоичное число, состоящее из четырех разрядов, например 0101. Так как триггер типа D есть триггер задержки, то при приходе сигнала старшего разряда числа и импульса на вход в первом триггере запишется его значение. Во втором триггере состояние не измениться, так как новое значение сигнала на выходе триггера и соответственно на входе появится только через промежуток времени . Все триггеры срабатывают одновременно по фронту импульса синхронизации. Поэтому сигнал, появившийся на их входе через промежуток времени , не может изменить их состояние. И только при следующем импульсе синхронизации сигнал выхода триггера запишется в триггер . Но он по той же причине не успеет изменить состояние триггера . Нужен третий импульс синхронизации, чтобы значение разряда, записанное в триггер при первом импульсе, записалось в триггер и т.д. Таким образом, при каждом импульсе синхронизации число каждого разряда перемещается направо и записывается в следующий триггер.
Состояние выходов триггеров характеризует записанное двоичное число в параллельном коде. Для получения числа в последовательном коде на вход необходимо подать дополнительные импульсы синхронизации. При этом выходной сигнал триггера последовательно принимает значения, записанные в разрядах регистра.