Buderus-trade.ru

Теплотехника Будерус
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Урок 8. 4 Триггеры, регистры, счетчики

Урок 8.4 Триггеры, регистры, счетчики

На предыдущем уроке мы рассмотрели логические элементы, состояние сигнала на выходе которых однозначно определяется состояниями сигналов на входах.

Логические элементы служат основой для создания более сложных цифровых устройств, одним из которых является триггер. Триггер – это целый класс электронных устройств, которые могут длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний после прекращения сигнала, меняющего состояние. Состояние выхода триггера определяется не только сигналами на его входах, но и предыдущим состоянием устройства. Таким образом, триггер является простейшей однобитной ячейкой памяти.

RS-триггер

Самый простой триггер можно получить из двух логических элементов 2ИЛИ-НЕ:

Мастер Кит Урок 8.4 Триггеры, регистры, счетчики Самый простой триггер можно получить из двух логических элементов 2ИЛИ-НЕ

Мастер Кит Урок 8.4 Триггеры, регистры, счетчики Cхемотехническое обозначение триггера

Такая схема представляет собой асинхронный RS-триггер.

Он имеет два входа: S (set) – установка, R (reset) – сброс, и два выхода: Q (прямой) и Q с чертой сверху (инверсный, НЕ_Q).

При подаче сигнала логического нуля на оба входа триггера, его выходы будут установлены в произвольное состояние. Допустим, Q = 0, а НЕ_Q =1. Если на вход S подать «1», то состояние выхода Q скачкообразно изменится на «1», а НЕ_Q — на «0». И это состояние будет поддерживаться в независимости от того «0» или «1» подано на вход S, что и является проявлением свойства памяти.

Соответственно, при подаче уровня «1» на вход R выход Q станет «0», а НЕ_Q – «1».

Длительность устанавливающих импульсов может быть очень короткой, и ограничена физическим быстродействием логических модулей, из которых построен триггер.

Ситуация, когда на входах R и S действует высокий уровень, является недопустимой, поскольку при этом схема не может работать корректно. В этом есть недостаток RS-триггера.

RS-триггер также можно построить из двух элементов И-НЕ, такие элементы более распространены:

Мастер Кит Урок 8.4 Триггеры, регистры, счетчики RS-триггер также можно построить из двух элементов И-НЕ

Установка и сброс триггера на элементах 2И-НЕ, в отличие от предыдущего, производится низким уровнем входного сигнала.

Если к последней схеме добавить еще два вентиля 2И-НЕ, то мы получим синхронный RS-триггер.

Мастер Кит Урок 8.4 Триггеры, регистры, счетчики синхронный RS-триггер

Изменение состояния такого триггера производится только при воздействии на вход С (Clock) синхронизирующего (тактового) импульса.

D-триггер

Немного изменив схему синхронного RS-триггера, можно получить D-триггер. (D-delay, задержка). У него только один информационный вход D.

Если на этот вход подать «1», а затем подать импульс на вход C, то на выходе Q будет «1», если на вход подать «0», затем импульс на C, то на выходе Q будет «0». Таким образом, D-триггер осуществляет задержку информации, поступающей на вход.

Мастер Кит Урок 8.4 Триггеры, регистры, счетчики D-триггер

Если вход D соединить с выходом НЕ_Q, то триггер будет менять свое состояние при каждом изменении состояния входа С от «0» к «1» . При изменении от «1» к «0» состояние триггера меняться не будет. Таким образом, частота выходных импульсов будет вдвое меньше частоты входных импульсов. Такой триггер называется счетным или T-триггером. Делитель частоты используется очень широко в цифровой технике.

Существует разновидность синхронного RS-триггера, не имеющая запрещенной комбинации – JK-триггер. Он имеет три входа: J (вместо R), K (вместо S), и C. Если на оба информационных входа подана «1», то JK-триггер работает как счетный T-триггер с входом C.

Регистр хранения

На триггерах можно строить более сложные цифровые устройства, например такие, как регистры. Регистры предназначены для хранения многобитовой информации, то есть чисел, записанных в двоичном коде.

Рассмотри трех битовый регистр хранения на D-триггерах:

Мастер Кит Урок 8.4 Триггеры, регистры, счетчики трех битовый регистр хранения на D-триггерах

Каждый триггер может хранить один разряд (бит) числа. Вход R служит для установки выходов всех триггеров в нулевое (исходное) состояние перед записью числа, которое подается на входы D0,D1 и D2. При подаче импульса на вход C производится запись информации с этих входов. Информация может храниться сколь угодно долго, пока на вход С не подаются импульсы и подается питание.

Регистр сдвига

Другой разновидностью регистров является регистр сдвига. Он предназначен для преобразования информации путем ее побитного сдвига в ту или иную сторону. На следующем рисунке приведена схема простейшего регистра сдвига информации вправо (по схеме):

Мастер Кит Урок 8.4 Триггеры, регистры, счетчики схема простейшего регистра сдвига информации вправо на D-триггер

В отличие от регистра хранения выход предыдущего триггера соединен с входом последующего. Информация в виде логического уровня подается на вход первого (крайнего слева) триггера. При воздействии импульса на входе C присутствующая на входе D информация записывается в первый триггер. При подаче второго импульса информация из первого триггера переписывается во второй триггер, а в первый записывается информация, которая в этот момент присутствует на входе D, и так далее. Таким образом, с подачей каждого синхроимпульса информация в регистре сдвигается вправо на 1 разряд.

Сдвиговые регистры используются во многих схемотехнических решениях при построении цифровых устройств, прежде всего для преобразования последовательного кода в параллельный, а также для выполнения арифметических операций (умножения и деления на 2)с двоичными числами, организации линий задержки, формирования импульсов заданной длительности, генерирования псевдослучайных последовательностей (кодов) и т.п.

Счетчик

Еще один класс цифровых устройств, которые можно построить на триггерах – счетчики. Как следует из названия, они осуществляют счет входных импульсов в заданном коде и могут хранить результат.

Простейший счетчик с последовательным переносом можно получить с помощью счетных T-триггеров:

Мастер Кит Урок 8.4 Триггеры, регистры, счетчики Простейший счетчик с последовательным переносом можно получить с помощью счетных T-триггеров

Мастер Кит Урок 8.4 Триггеры, регистры, счетчики

Подачей импульса на вход R счетчик приводится в исходное состояние, когда на выходах Q1-Q3 – уровень логического нуля.

На вход C подаются импульсы для счета. С приходом заднего фронта первого импульса первый (левый) по схеме триггер устанавливается в «1». Если читать код справа налево, то он соответствует единице. Для нашего трехразрядного счетчика это код 001. С приходом второго импульса в «1» переключается второй триггер, а первый переключается в «0». Таким образом, код на выходах счетчика будет 010, что соответствует десятичной цифре 2. Следующий импульс установит код 011, то есть 3. Трехразрядный счетчик может досчитать до кода 111, что соответствует десятичной цифре 7. При этом наступает так называемое переполнение счетчика, и с приходом следующего импульса счетчик обнулится.

Поскольку триггеры счетчика соединены последовательно, то и переключаться они будут также последовательно. Этот процесс отображен на графике, из которого видно, что время задержки переключения tз будет удваиваться и утраиваться. С увеличением числа разрядов задержка может оказаться неприемлемой, что является недостатком счетчиков с последовательным переносом.

Читайте так же:
Электросчетчик меркурий подключение своими руками

Для повышения быстродействия применяются счетчики с параллельным переносом, что достигается одновременной подачей входных импульсов на входы всех триггеров счетчика. Это реализуется с помощью введения в схему логических элементов И:

Мастер Кит Урок 8.4 Триггеры, регистры, счетчики счетчики с параллельным переносом с помощью счетных T-триггеров

Мастер Кит Урок 8.4 Триггеры, регистры, счетчики

Из схемы видно, что на вход второго триггера счетный импульс поступит только тогда, когда на выходе первого триггера будет «1», а на третий – когда «1» будет на выходах и первого, и второго триггеров. Очевидно, что с увеличением числа разрядов необходимо увеличивать как число логических элементов И, так и число их входов, что, в свою очередь, является недостатком такого типа счетчиков.

Регистры и счетчики, в свою очередь, могут применяться для построения более сложных цифровых устройств: сумматоров, ОЗУ и ПЗУ (оперативных и постоянных запоминающих устройств), АЛУ (арифметическо-логических устройств), входящих в состав процессоров, и так далее, к все более сложным цифровым устройствам.

В следующей серии статей мы начнем знакомство с микроконтроллерами — замечательным классом цифровых микросхем, которые являются настоящими компьютерами, умещающимися в одной микросхеме, и входящими входят в состав большинства электронных устройств, от кофемашины до космического корабля!

4.5. Счетчики и регистры

Устройства, содержащие несколько триггеров, состояние которых определяется числом поступивших на вход устройства импульсов, называют счетчиком. Различают суммирующий, вычитающий и реверсивный счетчики.

У суммирующего счетчика (рис. 4.25) выходное число, хранимое в счетчике, увеличивается при поступлении на его вход первого импульса. Если первый входной импульс уменьшает выходное число, то счетчик – вычитающий.

Реверсивный счетчик может переключаться из режима суммирования в режим вычитания и наоборот. Максимальное число состояний счетчика называют его модулем (М), причем М £ 2 n , где n – число двоичных разрядов (триггеров) счетчика.

Зависимость полученной информации на выходы триггера от количества поступивших на вход сигналов

Если счетные импульсы поступают одновременно на входы всех используемых триггеров, то счетчик называют параллельным. В последовательном счетчике (рис. 4.25) каждый последующий триггер управляется выходным сигналом предыдущего.

Наиболее часто используются последовательные двоичные счетчики. Схема такого трехразрядного счетчика на JK-триггерах приведена на рис. 4.25. На входы J и K триггеров подается логическая единица. В этом случае с приходом очередного синхроимпульса триггер будет каждый раз изменять свое состояние на противоположное. Выходные двоичные числа счетчика и число N поступивших на его вход импульсов приведены в таблице 4.2. Предполагается, что в исходном состоянии показания счетчика равны нулю. Таким образом, М-й импульс возвращает показания трехразрядного счетчика в исходное нулевое состояние.

Из анализа значений Q2 (табл. 4.2) следует, что счетчик можно использовать в качестве делителя частоты в М раз.

Обычно в счетчиках используют JK-триггеры с дополнительными R- и S-входами. Используя эти дополнительные входы и комбинационные схемы, можно осуществить начальную установку некоторого исходного заданного кода, а также осуществить сброс показаний счетчика при достижении другого заданного двоичного кода.

Счетчики широко используются в компьютерах для получения последовательности адресов команд, для деления частоты задающего кварцевого генератора, а вместе с дешифраторами – для генерации заданной последовательности логических сигналов и т.п.

Регистром называется совокупность триггеров, предназначенных для хранения двоичного слова. Обычно в регистрах дополнительно предусмотрены операции записи двоичного числа, его чтения, поразрядного сдвига и т.п. Схема простейшего регистра на трех D-триггерах приведена на рис. 4.26. Входы D-триггеров используются для подачи записываемого двоичного слова. Запись осуществляется при появлении синхронизирующего импульса. Информацию из регистра можно прочитать с выходов Q, Q1, Q2. Так как ввод и вывод кода в этом регистре происходят параллельно, то такой регистр называют параллельным.

В последовательном регистре, называемом также сдвиговым регистром, вводимый код подается поразрядно, начиная со старшего разряда, на первый триггер регист

ра (рис. 4.27). Синхронизирующий импульс поступает на все триггеры регистра одновременно. При этом в каждом последующем триггере запоминается выходной сигнал от предыдущего триггера.

Если регистр содержит N триггеров, то для его заполнения нужно подать N синхроимпульсов.

Вывод хранимого кода можно производить или параллельно, или последовательно с выходного триггера регистра при подаче дополнительных синхроимпульсов. Регистры широко используются в компьютерах в качестве элементов памяти и при построении арифметико-логических устройств микропроцессоров.

Электронный счетчик с триггером

�ߑ���F����mfE�e� � q��� �Hy �9/�oK)N�O��J`��@ �fi ��� �ds «KC� � 0I Tc E�t2��� ^� ��� � H�� � � |�xu�rP�`�9�s��a� w #� .’F�) L @JP��O��Rѿe�@��½��� � ` 7R�, endstream endobj 45 0 obj endobj 47 0 obj > endobj 48 0 obj >/XObject >/ProcSet[/PDF/Text/ImageB]>> endobj 49 0 obj >/BaseFont/FLSLUN+Times-Bold/FirstChar 32/LastChar 255/Subtype/Type1/ToUnicode 51 0 R/FontDescriptor 50 0 R/Widths[233 296 427 526 542 838 738 226 396 296 493 714 319 422 292 457 516 514 514 516 507 515 515 516 516 515 292 319 677 714 549 497 816 620 681 700 759 654 592 750 819 402 508 701 625 1005 756 785 644 785 692 631 623 758 615 867 630 589 667 405 457 405 524 548 227 487 474 457 486 454 291 477 502 256 249 494 253 752 504 502 489 489 386 398 332 498 428 636 511 461 419 402 186 402 620 233 789 592 319 378 516 882 530 530 2 1236 953 339 1052 701 856 830 503 319 319 516 516 712 712 898 2 866 700 339 712 509 501 514 233 700 461 508 768 565 186 562 654 846 717 471 712 422 846 399 318 714 402 256 385 531 636 250 454 1122 462 471 249 631 398 320 620 675 681 592 701 654 987 570 820 820 701 719 1005 819 785 829 644 700 623 700 892 653 829 725 1172 1173 749 1004 662 732 1116 712 487 500 470 378 495 454 728 409 528 528 509 507 611 518 502 515 489 457 466 461 694 511 522 483 756 764 536 683 453 462 719 499]>> endobj 50 0 obj > endobj 51 0 obj >stream H�T�͎�0 ���w�q<�� Y����C9t[u�`�8(RI� T���7�]� F��؞� �8_�]�auůej����a�x� K ]��atU��]�?��MfW����� o�����X�N����t/o��:��/���tq ��˥��:�ϯ� >��xKĕ�tr]�7����or���� Wyɩ��Yڸ�x��X�’w����c���M�ؐ���͡.O T�y�+Hϛし h�+k@ �e%�-`� � � �,# @��

Читайте так же:
Сколько стоят счетчики день ночь

� � X�p H � �`� �� X�� �Z� � : :i D ��� � >/BaseFont/ECIKRL+Helvetica-BoldOblique/FirstChar 32/LastChar 255/Subtype/Type1/ToUnicode 54 0 R/FontDescriptor 53 0 R/Widths[233 384 498 735 641 1016 705 286 397 409 483 675 385 450 385 455 658 652 646 647 649 647 652 643 649 654 379 379 648 675 651 584 837 677 728 729 757 655 590 787 732 311 577 713 581 944 758 792 685 796 720 665 608 733 614 938 685 640 635 419 447 422 460 497 349 608 638 596 636 628 381 637 613 274 274 563 273 918 614 631 637 637 421 556 383 609 498 784 541 555 512 503 469 505 664 233 917 551 385 462 562 1139 565 634 2 1463 1201 279 1123 671 906 749 640 376 377 553 554 675 673 900 2 941 911 279 893 537 631 621 233 639 555 577 830 550 469 620 655 809 747 470 675 450 809 352 295 675 311 274 458 619 533 250 628 1173 597 470 274 665 556 360 677 707 728 551 793 655 980 725 755 755 671 771 944 732 792 740 685 729 608 639 942 685 789 684 1081 1121 774 961 703 777 1086 710 608 622 581 462 676 628 773 572 642 642 537 628 792 610 631 623 637 596 512 555 854 541 649 563 909 943 642 796 557 618 868 583]>> endobj 70 0 obj > endobj 71 0 obj >/BaseFont/QPIHXP+Courier-Oblique/FirstChar 32/LastChar 255/Subtype/Type1/ToUnicode 56 0 R/FontDescriptor 55 0 R/Widths[600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600]>> endobj 72 0 obj > endobj 73 0 obj >/BaseFont/EMNCIL+Times-BoldItalic/FirstChar 32/LastChar 255/Subtype/Type1/ToUnicode 58 0 R/FontDescriptor 57 0 R/Widths[233 295 428 622 529 864 793 227 397 396 512 714 296 422 292 439 502 502 502 502 503 503 503 502 502 502 292 295 678 714 677 488 816 573 650 623 742 623 540 694 776 398 418 706 622 934 743 669 642 670 671 577 541 690 585 864 637 609 617 407 406 407 524 548 228 508 483 429 509 436 289 448 509 281 276 525 272 770 509 466 471 495 410 350 281 501 404 601 471 444 352 397 291 397 620 233 712 541 296 384 502 882 527 539 2 1258 921 369 1026 706 794 780 504 296 296 502 502 712 725 897 2 917 628 316 673 505 509 502 233 672 444 418 768 501 291 555 623 846 700 477 740 422 846 398 318 714 398 281 370 508 636 250 441 1083 421 424 276 577 350 290 573 647 650 541 687 623 945 591 786 786 706 671 934 776 669 782 642 623 541 672 850 637 786 720 1139 1146 701 1006 648 686 1103 653 508 475 446 384 474 436 895 376 501 517 505 467 702 510 466 509 471 429 770 444 701 471 502 498 731 731 462 685 433 428 706 512]>> endobj 74 0 obj >/BaseFont/NVXXDP+Helvetica-Bold/FirstChar 32/LastChar 255/Subtype/Type1/ToUnicode 60 0 R/FontDescriptor 59 0 R/Widths[233 390 501 735 647 957 701 289 398 400 485 675 383 452 383 447 652 659 649 650 649 649 651 649 650 651 383 383 648 675 648 584 837 673 727 731 761 662 597 789 738 319 588 725 580 952 765 795 693 794 718 673 615 742 631 949 705 645 639 426 447 429 460 497 349 607 640 595 641 624 387 645 615 278 277 578 278 917 615 632 640 643 424 558 386 615 521 799 556 558 514 503 469 505 664 233 919 557 383 462 560 1135 568 568 2 1402 1203 281 1123 682 906 749 640 383 383 560 560 675 675 901 2 941 909 281 892 548 633 626 233 644 558 588 829 557 469 620 661 809 768 470 675 452 809 319 300 675 319 278 462 616 513 250 623 1162 608 470 277 673 558 278 673 717 727 557 795 662 986 731 763 763 682 778 952 738 795 748 693 731 615 644 939 705 789 695 1088 1122 774 962 703 775 1082 719 607 630 585 462 675 624 780 569 647 647 548 632 807 613 632 625 640 595 515 558 864 556 648 569 912 940 641 800 557 620 867 587]>> endobj 75 0 obj >/BaseFont/UJXKUB+Times-Italic/FirstChar 32/LastChar 255/Subtype/Type1/ToUnicode 62 0 R/FontDescriptor 61 0 R/Widths[233 247 366 617 527 847 780 194 370 370 503 714 307 422 274 419 503 502 500 502 493 503 502 502 502 502 271 308 635 714 634 448 816 599 634 613 717 646 576 628 770 401 450 673 641 891 750 670 614 670 657 563 638 693 608 926 598 591 598 355 387 351 498 548 195 512 484 424 511 432 273 422 518 270 249 507 262 742 518 472 472 480 358 356 272 515 445 630 465 456 401 361 263 362 613 233 770 527 191 385 506 814 549 547 2 1255 916 346 997 673 849 787 506 266 266 505 505 715 725 897 2 891 622 346 667 526 517 516 233 642 456 450 730 481 263 503 659 781 683 453 740 422 780 401 318 714 401 270 360 506 544 250 433 1037 447 454 249 563 356 276 599 652 634 527 667 646 926 560 781 781 673 690 891 770 670 782 614 613 638 642 770 598 782 683 1036 1036 700 948 628 670 1056 657 512 466 457 385 483 432 899 396 515 515 526 453 636 498 472 518 472 424 742 456 675 465 515 467 736 736 436 640 423 435 701 475]>> endobj 76 0 obj >/BaseFont/TDOYBL+Courier-Bold/FirstChar 32/LastChar 255/Subtype/Type1/ToUnicode 64 0 R/FontDescriptor 63 0 R/Widths[600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600]>> endobj 77 0 obj >/BaseFont/SCYDTI+Courier/FirstChar 32/LastChar 255/Subtype/Type1/ToUnicode 66 0 R/FontDescriptor 65 0 R/Widths[600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600]>> endobj 78 0 obj >/BaseFont/JFWDEP+Times-Roman/FirstChar 32/LastChar 255/Subtype/Type1/ToUnicode 68 0 R/FontDescriptor 67 0 R/Widths[233 248 368 618 526 847 782 196 370 370 447 714 308 422 274 429 501 496 502 502 502 502 500 501 501 500 274 308 634 714 634 448 816 683 673 732 823 666 644 838 824 392 416 766 639 974 831 764 625 764 726 567 653 823 643 893 671 648 679 352 429 352 498 548 297 467 508 470 533 461 304 464 550 278 243 502 271 839 557 534 531 523 356 364 314 536 459 688 472 474 450 362 158 362 613 233 789 589 308 409 523 818 548 548 2 1245 948 336 1079 766 835 827 545 308 308 523 523 714 712 898 2 839 700 336 783 545 550 607 233 689 474 416 730 546 158 520 666 846 731 455 740 422 842 392 318 714 392 278 393 538 543 250 461 1089 482 455 243 567 364 278 683 660 673 589 703 666 962 565 835 835 766 694 974 824 764 825 625 732 653 689 880 711 808 712 1134 1134 722 953 645 717 1094 700 467 527 494 409 509 461 715 424 588 588 545 520 675 600 534 588 531 470 443 474 721 472 587 521 831 831 529 718 473 488 773 515]>> endobj 79 0 obj >stream � ��� ��� E E�kw� ���g��1 v��O� �W��E8[= n�!ζ�g��) mB���K�����q5� ����3�$h�� j�Mv�- �T-Զ1x!oU�ׇ��ҳz �_��� ���kQ 쁌Q Ա�vE���4������xI z�KI i@�BJ? ܍ nW��S� zB[���ڐ���K8�<�ļ�.^�d��Q� �s-� u !����c>2; F)��ՙ��� ���� c�rkؠ��KV�Qv2�>���P M�xzdm�7 b�OV�����h�c =��� ��� -gz�cC @�d���D5p�o�� �U � ��bf)�-��� ���C�g���� 0�Xu�� r���]� ��u�ج�܍���<ڈQ.��‡�zH�;����DJ ɭ���5gI� G9!� �)?��v ? �5�'�z�� 6

Читайте так же:
Класс точности бытовых счетчиков электроэнергии

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СЧЕТЫ

clip_image002

Наши предки научились считать еще в незапамятные времена, и с тех пор эта замечательная способность стала для человека одной из самых необходимых. Да только вот беда, наши возможности производить вычисления в уме ограничены. Поэтому люди на протяжении столетий пытались придумать различные механические приспособления, помогающие человеку быстро и точно выполнять Математические операции. Первыми из них были обыкновенные конторские счеты.

Проходили годы, в мире появились различные хитроумные вычислительные приборы, а конторские счеты еще до недавнего времени оставались самым простым и надежным инструментом. Но как ни удобны они, кроме простейших арифметических действий, никакие другие математические операции на счетах не выполнишь. А как, скажем, решить уравнение, в которое входит несколько десятков переменных? Такое по силам лишь электронно-вычислительной машине.

Но вот что интересно, оказывается, любой конечный результат вычислений в ЭВМ представляется в виде некой последовательности импульсов электрического сигнала, который надо преобразовать в привычную нам цифровую запись. А для этого импульсы надо сначала сосчитать. Ясно, что без электронного подобия конторских счетов здесь не обойтись.

Вероятно, вам уже известно, что электронные «счеты» есть в каждом вычислительном устройстве, начиная от карманного микрокалькулятора и кончая сложнейшей электронно-вычислительной машиной. И название у них подходящее — счетчики: каждому понятно, какую функцию выполняют эти приборы. Только подсчет результата в электронном счетчике производится не передвижением «костяшек», как в конторских счетах, а суммированием электрических импульсов. И, конечно же, быстродействие его значительно выше.

Простейший счетчик можно собрать, например, на четырех уже знакомых вам D-триггерах (см. «М-К», 1990, № 9, «О чем помнит микросхема»). Информационный вход D каждого триггера (рис. 1) соединен с собственным инверсным выходом, а прямой выход подключен к записывающему входу С следующего триггера. Установочные выводы R соединены с «плюсовой» шиной питания через постоянный резистор R1. Такой счетчик имеет один счетный вход, четыре выхода и один вход установки прибора в «нулевое» состояние.

Читайте так же:
Штрафы за поврежденный электросчетчик

clip_image004

Рис. 1. Счетчик из четырех последовательно соединенных D-триггеров.

Разберемся, как он действует, воспользовавшись временными диаграммами сигналов (рис. 2). Предположим, что на вход устройства непрерывно поступают счетные импульсы (рис. 2а). В начальный момент все триггеры находятся в «нулевом» состоянии, то есть на выходах 1—4 присутствует напряжение низкого логического уровня. Первый импульс, пришедший на вход такого счетчика, переключит триггер DD1 в «единичное» состояние, и на выходе 1 появится напряжение высокого логического уровня (рис. 26). С приходом второго импульса триггер DD1 вернется в исходное состояние, a DD2 переключится в «единичное» (рис. 2в). Третий импульс вновь переключит DD1 в «единичное» состояние, и теперь уже напряжение высокого логического уровня окажется на выходах 1 и 2 первых двух триггеров. После четвертого импульса они одновременно вернутся в «нулевое» состояние, а логическая 1 окажется уже на выходе элемента DD3. Пятый импульс не изменит состояния триггеров DD2 и DD3, но переключит DD1. После шестого импульса на выходах DD1 и DD2 появится логический 0, а на выходе DD3 информация не изменится. С приходом седьмого импульса первые три триггера окажутся в «единичном» состоянии. И наконец, восьмой импульс приведет к появлению на выходе DD4 напряжения высокого логического уровня, а DD1 — DD3 вернутся в исходное состояние (рис. 2г).

Далее счет импульсов будет происходить до тех пор, пока на вход устройства не поступит шестнадцатый импульс. После этого информация на выходах всех триггеров примет значение логического нуля, и процесс счета начнется заново. Вероятно, вы обратили внимание — переключение триггеров в таком счетчике происходит по спаду импульса^ на его входе, то есть триггер переключается только по окончании импульса. Конструируя различные приборы с применением счетчиков, помните об этом.

А что произойдет, если в произвольный момент времени прекратить подачу сигнала на вход счетчика? Тогда информация на выходах триггеров «зафиксируется;», то есть в данном случае счетчик будет выполнять роль ячейки памяти, способной хранить любое число от 0 до 15 (вспомните, об этом уже говорилось в статье «Что хранится в багаже», «М-К>, 1990 № 7). Способность суммировать электрические импульсы и подолгу хранить в своей памяти результат вычисления — главные достоинства счетчиков.

Теперь разберемся, как действует вход «установка 0». Пока на него через резистор R1 подано напряжение высокого логического уровня, подсчет импульсов идет обычным порядком. Но стоит только подать на этот вход логический 0, вся информация, накопленная счетчиком, «сотрется» из его памяти. Более того, до тех пор, пока на входе «уст.О» вновь не появится логическая 1, счет импульсов будет заблокирован.

clip_image006

Рис. 2. Временные диаграммы сигналов:

а — на входе счетчика; б — на выходе первого триггера; в — на выходе второго триггера; г — на выходе третьего триггера; д — на выходе четвертого триггера.

clip_image008

Рис. 3. Счетчик К155ИЕ5:

функциональная схема.

Каждый приходящий на вход счетчика импульс соответствует единице в десятичной системе счисления. А поскольку цифровой счетчик работает в двоичном коде, то любое число — сумма импульсов, поступивших на вход,— на выходе счетчика представляется также в двоичном коде. Если, к примеру, просуммировано 13 импульсов, то на выходе 1 будет логическая 1, на выходе 2 — логический 0, на выходе 3 — 1 и на выходе 4 — тоже 1. Такую информацию принято отображать комбинацией 1101 — это и будет число 13, записанное в двоичной форме.

Читайте так же:
Как можно воровать электроэнергию с электронным счетчиком

Как и большинство современных логических устройств, цифровые счетчики создают на основе интегральной технологии. Счетчик-микросхему на электрической схеме изображают в виде прямоугольника, разделенного на три части. Вверху в центре ставится буквенный код, обозначающий тип микросхемы: СТ2 — двоичный, СТ2/10 — двоично-десятичный счетчик. Слева располагаются информационный и установочные входы, а справа — выходы. Если, например, счетчик имеет четыре выхода (иногда еще говорят—четыре разряда), то первый из них обозначают цифрой 1, второй — 2, третий — 4, а четвертый — 8. Сам счетчик, как и все логические элементы, обозначают буквами DD, после которых ставят порядковый номер ИМС в принципиальной схеме.

clip_image010

Рис. 4. Принципиальная схема игрового автомата.

Для маркировки счетчиков выбран буквенный код ИЕ, который ставится после номера серии микросхемы. Характеризуются они теми же параметрами, что и остальные логические элементы, уже знакомые вам.

Практическое знакомство с интегральными счетчиками начнем с микросхемы К155ИЕ5, выполненной на основе ТТЛ — транзисторно-транзисторной логики. Ее «начинка» — полупроводниковый кристалл с микроэлементами — помещается в стандартном пластмассовом корпусе с четырнадцатью выводами. Схема подключения выводов — на рисунке 3. Работоспособность ИМС К155ИЕ5 обеспечивается при подключении входа С2 (вывод 1) к выходу 1 (вывод 12). Счет импульсов происходит по входу С1, при этом на установочные входы $(и R0 необходимо подать напряжение низкого логического уровня. Если же на выводах 2 и 3 появится логическая 1, счет прекратился, а накопленная информация «сотрется» из памяти микросхемы. , К155ИЕ5 — двоичный счетчик, на это указывает буквенное обозначение вверху в центре его графического изображения. Напряжение питания ИМС 5 В, потребляемый ток 53 мА, выходное напряжение логического 0 не более 0,4 В, логической I – не менее 2,4 В, время переключения из одного устойчивого состояния в другое не более 135 нс.

clip_image012

Рис. 5 Монтажная плата игрушки со схемой расположения элементов.

С возможностями счетчика К155ИЕ5 познакомьтесь на примере простой электронной игрушки. Представьте, что у вас в руках небольшая пластмассовая коробка, на верхней крышке которой установлена клавиша кнопочного переключателя н четыре макальные лампы с цифрами I, 2, 3, 4, которые слабо горят, когда игрушка включена. Стоит нажать на клавишу, и срабатывает скрытая в корпусе автоматика: в результате одни лампы полностью погаснут, а другие, наоборот, ярко вспыхнут. Просуммируйте загоревшиеся цифры — это и будет итогом вашей попытки. Теперь пусть то же самое проделает ваш товарищ. Сравните итоги попыток — у кого больше, тот и победитель. Так как загорание той или иной лампы носит случайный характер, заранее нельзя предугадать, каким будет, результат соревнования.

clip_image014 Рис. 6. Внешний вид игры.

Кроме того, автомат может выполнять роль электронных «кубиков» в различных играх. Каждое нажатие на кнопку «стоп» имитирует бросок кубиков. Суммарный результат — количество ходов, которое необходимо сделать фишке по игровому полю.

Принципиальная схема игрушки — на рисунке 4. Она состоит из низкочастотного генератора, собранного на микросхеме DD1, счетчика DD2 и транзисторных ключей VT1 — VT4, к выходам которых подсоединены на-кальные лампы HL1 — HL4. Питается устройство от батареи GB1 напряжением 4,5 В.

После включения питания низкочастотный генератор начинает вырабатывать импульсы, длительность и частота следования которых определяются сопротивлением резистора R1 и емкостью конденсатора С1, стоящих в цепи обратной связи. Импульсы поступают на вход С1 двоичного счетчика DD2, при этом логический код на его выходах непрерывно меняется. В результате транзисторы VT1 — VT4 периодически открываются и закрываются, вызывая тем самым слабое мерцание накальных ламп HL1 — HL4. После каждого шестнадцатого импульса информация, накопленная счетчиком, стирается, и процесс счета начинается заново.

После нажатия кнопки SB1 «стоп» конденсатор С1 закорачивается и генерация прекращается. При этом на выходах счетчика зафиксируется код, соответствующий чис^пу импульсов, просуммированных дО остановки генератора. Транзисторы;, подсоединенные к выходам счетчика,, на которых оказалось напряжение логической 1, откроются, и, следовательно, загорятся лампы, включенные в их коллекторные цепи. Остальные транзисторы окажутся запертыми, а соединенные с ними лампы гореть не будут. Если, например, на выходе счетчика после остановки генератора логический код примет значение 1001, то загорятся лампы HL1 и HL4. Если не горит ни одна из ламп, это означает, что на выходах счетчика логический код принял значение 0000, а если горят сразу все, то код имеет значение 1111.

Монтаж элементов игрушки лучше всего выполнить на плате размером 50Х 30 мм, изготовленной из фольги-рованного гетинакса или текстолита толщиной 1—2 мм (рис. 5).

В игровом автомате можно использовать следующие детали. Микросхемы: DD1 —К155ЛА4, КМ155ЛА4 или К133ЛА4, DD2 — К155ИЕ5, КМ155ИЕ5 или К133ИЕ5. Транзисторы — КТ315слюбыми буквенными индексами. Оксидный конденсатор — марки К50-12, ЭТО или ЭММ. Резисторы—типа ВС, МЛТ, ОМЛТ, С2-23, С2-33. Накальные лампы — малогабаритные СМН6.3-20. Тумблер — любого типа, например МТ, МТД или ПДМ, кнопка — П2К. Батарея питания — на напряжение 4,5 В, например «Планета», «Рубин» или три гальванических элемента по 1,5 В — «Прима», «Орион», «Сатурн».

Элементы игрушки разместите в пластмассовом корпусе с габаритами 90X65X50 мм (рис. 6). На верхней панели установите тумблер, кнопку и накальные лампы, около которых цветным лаком изобразите цифры I, 2, 3 и 4. Баллоны ламп покройте краской красного или зеленого цвета.

Игровой автомат не нуждается в налаживании. При правильном монтаже и исправных; деталях он начинает работать сразу после включения питания.

«Моделист-Конструктор» N 11 1990

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector