Коммерциялық
Дәріс 15. Тізбекті логикалық құрылғылар
жүктеу/скачать 2,51 Mb.
|
| Дәріс 15. Тізбекті логикалық құрылғылар
Шығыс сигналы (немесе сигналдары) кіріс сигналдарының кезекті мəндеріне жəне өзінің алдыңғы (кейде, одан бұрынғы да) жағдайына байланысты анықталатын құрылғылар тізбектеме логикалық құрылғылар деп аталады. Демек, бұндай құрылғылардың бұрынғы жағдайын есте сақтайтын мүмкіндігі, яғни оның құрамында жады элементтері болу керек. Сондықтан, алдымен жады элементтерінің (триггерлердің) түрлерімен жəне олардың құрылымы мен жұмыс принциптерімен танысайық. 15.1 Триггерлер Триггерлер – екі тиянақты жағдайы бар, бірразрядты екілік сан сақтауға арналған құрылғылар. Оның тиянақты жағдайларының біреуі лог.1-ге, екіншісі лог.0-ге сəйкес келеді. Əдетте, триггерлік құрылымның қарама-қарсы деңгейлі (тура жəне теріс деп аталатын) екі шығысы болады, триггердің жағдайы оның тура шығысындағы сигнал деңгейімен анықталады. Информацияның енгізілу (жазылу) тəртібіне байланысты триггерлер асинхронды жəне синхронды болып бөлінеді. 15.1.1 Асинхронды RS-триггерлер Асинхронды триггерлердің жаңа жағдайға ауысуы тікелей олардың кірісіне берілетін информациялық сигналдардың өзгерісімен ғана анықталады. Оларды НЕМЕСЕ-ЕМЕС немесе ЖƏНЕ-ЕМЕС элементтерінің негізінде құруға болады. Асинхронды триггердің НЕМЕСЕ-ЕМЕС элементтерінің негізінде құрылған схемасы 139 a, суретте келтірілген. а) б) Сурет 139. Бұл құрылымның жұмысын 16 кестедегі жазылым ретімен талқылау арқылы қарастырайық. Кестенің бірінші жолында – R = 0, S = 0; екі элементтің де бір кірісінде 0 тұр, ал олардың кері байланыстық кірістерінде қарастырылым басында қандай сигнал тұрғаны белгісіз, демек, құрылымның Q жəне Q’ шығыстарындағы сигнал деңгейлері де белгісіз. Кесте 16.
Кестенің екінші жолында – R = 1, S = 0; жоғарғы элементтің бір кірісінде лог.1 тұрғандықтан, бұл элементтің жұмыс логикасына сəйкесті, оның шығысында (Q) лог.0 деңгейлі сигнал туады да, ол кері байланыс жолы арқылы төменгі элементтің екінші кірісіне түседі, нəтижесінде оның шығысында (Q’) лог.1 деңгейлі сигнал туады; сонымен, бұл жағдайда триггер лог.0 жағдайына келтіріледі (яғни, оған 0 жазылады). Кестенің үшінші жолында – R = 0, S = 0; жоғарғы элементтің R кірісіндегі сигнал деңгейі өзгергенмен оның екінші кірісінде (құрылымның Q’ шығысына жалғанған) лог.1 деңгейі тұрғандықтан, бұл элементтің шығысындағы сигнал деңгейі алдыңғы лог.0 деңгейінде қалады, демек триггердің жағдайы өзгермейді. Кестенің төртінші жолында – R = 0, S = 1; төменгі элементтің бір кірісінде лог.1 тұрғандықтан, оның шығысында (Q’) лог.0 деңгейлі сигнал туады да, ол кері байланыс жолы арқылы жоғарғы элементтің екінші кірісіне түседі, нəтижесінде оның шығысында (Q) лог.1 деңгейлі сигнал туады; сонымен, бұл жағдайда триггер лог.1 жағдайына келтіріледі (яғни, оған 1 жазылады). Кестенің бесінші жолында – R = 0, S = 0; төменгі элементтің S кірісіндегі сигнал деңгейі өзгергенмен, оның құрылымның Q шығысына жалғанған кірісінде лог.1 деңгейі тұрғандықтан, бұл элементтің шығысындағы сигнал деңгейі алдыңғы лог.1 деңгейінде қалады, демек, триггердің алдыңғы жағдайы сақталады. Құрылымның қарастырылған жағдайларынан келесі қорытынды шығаруға болады: R = 1, S = 0 берілу жағдайы триггердің 0 жазу режиміне, R = 0, S = 1 жағдайы триггердің 1 жазу режиміне, ал R = 0, S = 0 жағдайы триггердің жазылған санды сақтау режиміне сəйкес келеді. Триггердің кірістеріне R = 1, S = 1 берілген кезде (алтыншы жол) екі элементтің де шығыстарында лог.0 деңгейлі сигнал туады да, триггер сақтау режиміне ауыстырылғанда (жетінші жол), триггердің қай жағдайға тиянақталатындығы – кездейсоқ оқиға. Демек, бұндай жағдайды тудырмас үшін, қарастырылған триггердің кірістеріне R = 1, S = 1 берілмеуі керек; сондықтан, бұл жағдай триггердің тиым салынған режимі деп аталады. Сонымен, қарастырылған триггердің жұмыс режимдерін 17 кесте түрінде суреттеуге болады. Кесте 17
Қарастырылған триггердің жазу режимдері сəйкесті информациялық сигналдардың (S – Set, R – Reset) бірлік деңгейімен жүзеге асырылатын-дығына байланысты, бұндай триггер тура кірісті триггер деп аталады. Оның шартты сызба белгілемесі 139 б, суретте келтірілген. ЖƏНЕ-ЕМЕС элементтерінің негізінде құрылған асинхронды триггердің схемасы 140 а, суретте келтірілген. а) б) Сурет 140. Бұл құрылымның жұмысын 18 кестедегі жазылым ретімен қарастыралық. Кесте 18.
Кестенің бірінші жолында – R = 1, S = 1; екі элементтің де бір кірісінде 1 тұр, ал олардың кері байланыстық кірістерінде қарастырылым басында қандай сигнал тұрғаны белгісіз, демек, құрылымның Q жəне Q’ шығыстарындағы сигнал деңгейлері де белгісіз. Кестенің екінші жолында – R = 0, S = 1; төменгі элементтің бір кірісінде лог.0 тұрғандықтан, бұл элементтің жұмыс логикасына сəйкесті, оның шығысында (Q’) лог.1 деңгейлі сигнал туады да, ол кері байланыс жолы арқылы жоғарғы элементтің екінші кірісіне түседі, нəтижесінде оның шығысында (Q) лог.0 деңгейлі сигнал туады; сонымен, бұл жағдайда триггер лог.0 жағдайына келтіріледі (яғни, оған 0 жазылады). Кестенің үшінші жолында – R = 1, S = 1; төменгі элементтің R кірісіндегі сигнал деңгейі өзгергенмен, оның құрылымның Q шығысына жалғанған кірісінде лог.0 деңгейі тұрғандықтан, бұл элементтің шығысындағы сигнал деңгейі алдыңғы лог.1 деңгейінде қалады, демек триггердің жағдайы өзгермейді. Кестенің төртінші жолында – R = 1, S = 0; жоғарғы элементтің бір кірісінде лог.0 тұрғандықтан, оның шығысында (Q) лог.1 деңгейлі сигнал туады да, ол кері байланыс жолы арқылы төменгі элементтің екінші кірісіне түседі, нəтижесінде оның шығысында (Q’) лог.0 деңгейлі сигнал туады; сонымен, бұл жағдайда триггер лог.1 жағдайына келтіріледі (яғни, оған 1 жазылады). Кестенің бесінші жолында – R = 1, S = 1; жоғарғы элементтің S кірісіндегі сигнал деңгейі өзгергенмен, оның құрылымның Q’ шығысына жалғанған кірісінде лог.0 деңгейі тұрғандықтан, бұл элементтің шығысындағы сигнал деңгейі алдыңғы лог.1 деңгейінде қалады, демек, триггердің алдыңғы жағдайы сақталады. Құрылымның қарастырылған жағдайларынан келесі қорытынды шығаруға болады: R = 0, S = 1 берілу жағдайы триггердің 0 жазу режиміне, R = 1, S = 0 жағдайы триггердің 1 жазу режиміне, ал R = 1, S = 1 жағдайы триггердің жазылған санды сақтау режиміне сəйкес келеді. Триггердің кірістеріне R = 0, S = 0 берілген кезде (кестенің алтыншы жолы) екі элементтің де шығыстарында лог.1 деңгейлі сигнал туады да, триггер сақтау режиміне ауыстырылғанда (кестенің жетінші жолы), триггердің қай жағдайға тиянақталатындығы кездейсоқ оқиға. Демек, бұндай жағдайды тудырмас үшін, қарастырылған триггердің кірістеріне R = 0, S = 0 берілмеуі керек, сондықтан, бұл жағдай триггердің тиым салынған режимі болады. Сонымен, қарастырылған триггердің жұмыс режимдерін 19 кесте түрінде суреттеуге болады. Кесте 19.
Қарастырылған триггердің жазу режимдері сəйкесті информациялық сигналдардың (S – Set, R – Reset) нөлдік деңгейімен жүзеге асырылатын-дығына байланысты, бұндай триггер теріс кірісті триггер деп аталады. Оның шартты сызба белгілемесі 140 б, суретте келтірілген. 15.1.2 Синхронды триггерлер Синхронды триггерлердің жаңа жағдайға ауысуы арнайы басқару сигналымен жүзеге асырылады, əрине, оның қай жағдайға ауысатындығы информациялық сигналдарға байланысты анықталады. Басқару сигналын қабылдау тəсіліне байланысты синхронды триггерлер статикалы басқарылымды жəне динамикалы басқарылымды түрлеріне ажыратылады. Синхронды RS-триггер. Статикалы басқарылымды (яғни, деңгей арқылы басқарылатын) RS-триггердің схемасын теріс кірісті асинхронды RS-триггерге екі ЖƏНЕ-ЕМЕС элементінен тұратын басқару схемасын қосу арқылы жүзеге асыруға болады (141 a, сурет). а) б) Сурет 141. Бұл триггердің жұмыс режидері 20 кестеде суреттелген. Кесте 20.
C = 0 кезінде триггер сақтау режимінде болады. Триггердің R мен S кірістеріндегі сигнал деңгейлеріне сəйкесті жағдайға ауысуы С = 1 кезінде жүзеге асырылады. Синхронды RS-триггердің шартты сызба белгілемесі 141 б, суретте келтірілген. Статикалы басқарылымды D-триггер. Статикалы басқарылымды D-триггердің (Delay – кідіріс) схемасы мен шартты сызба белгілемесі 142 суретте келтірілген, ал оның жұмыс режимдері 21 кестеде суреттелген. а) б) Сурет 142. Кесте 21.
Динамикалы басқарылымды триггерлер. Динамикалы басқарылымды триггерлер жағдайының ауысуы статикалы басқарылымды триггерлердегі сияқты басқару сигналының деңгейімен емес, оның ауытқуымен жүзеге асырылады. Олар үштриггерлі құрылым деп аталатын схемамен құрылады. Динамикалы басқарылымды триггерлердің күрделі схемаларын тəптіштеп қарап жатпай-ақ, олардың жұмыс режимдерімен ғана танысамыз. D-триггер. Динамикалы басқарылымды D-триггердің шартты сызба белгілемесі 143 а, суретте келтірілген, ал оның жұмыс режимдері 22 кестеде суреттелген. а) б) Сурет 143. Кесте 22.
Бұл триггердің жағдайының информациялық сигналдың мəніне (D) сəйкесті ауысуы басқару сигналының тура ауытқу (0-ден 1-ге) мезетінде жүзеге асырылады. Оның шартты сызба белгілемесінде басқару сигналының ауытқу бағыты сəйкесті бағыттама түрінде бейнеленеді (143 a, суретті қара). JK-триггер. JK-триггердің төрт түрлі жұмыс режимі бар (23 кесте): оның үш режимі (‘0’ жазу, ‘1’ жазу, сақтау) RS-триггердегі сияқты, ал төртінші режим санау режимі деп аталады; бұл режимде триггер кезекті жағдайынан қарсы жағдайға ауысады. JK-триггердің келтірілген жұмыс кестесінде жəне оның шартты сызба белгілемесінде (143 б, сурет) оның жағдайын ауыстыруы басқару сигналының теріс ауытқу (1-ден 0-ге) мезетінде жүзеге асырылатындығы сəйкесті бағыттау белгілерімен суреттелді. Кесте 23.
T-триггер. T-триггер – санау режимінде істейтін триггер. T-триггердің қызметін жүзеге асыру үшін D-триггер мен JK-триггердің қосылым тəртібі 144 суретте келтірілген. а) б) Сурет 144. Триггерлердің микросхемалары. Микросхема түрінде D-триггерлер мен JK-триггерлер шығарылады. Бұл микросхемаларда информациялық жəне басқару сигналдарын енгізу шықпаларымен қатар, бастапқы қойылым сигналдарының (R, S) шықпалары орналастырылады (145 сурет). Бұл кірістерге берілетін асинхронды сигналдардың мəртебесі басқа сигналдарға қарағанда жоғары болады. а) б) Сурет 145. 15.3 Регистрлер Регистр – көпразрядты екілік сан сақтауға арналған құрылғы. Олар триггерлердің (мысалы D-триггерлердің) негізінде құрылады. Əрине, регистр құрамындағы триггерлердің саны регистрдің разряд санымен анықталады. Регистрге санның енгізілу тəртібіне байланысты, олардың тізбекті немесе параллель регистр деп аталатын түрлері болады. Тізбекті регистрде əрбір триггердің шығысы келесі триггердің информациялық кірісіне жалғанады. Бірнешеразрядты екілік сан түріндегі сөздің разряд мəндері бір-бірлеп бірінші триггерге тактілік сигналдың сəйкесті ауытқуында енгізіледі де, осы мезетте триггерлердегі бұрынғы енгізілген разряд мəндері бір триггерден келесі триггерге ығысып отырады. Əрине, бүкіл сөзді енгізу үшін, оның қанша разряды болса, сонша тактілік сигнал қажет болады. Параллель регистрдің триггерлерінің информациялық кірістеріне сөз разрядтарының мəндері қатар беріліп, олар регистрге жалғыз тактілік сигнал арқылы енгізіледі. Екі түрлі енгізу тəсілі қамтылған əмбебап регистрлер де болады. Осындай əмбебап регистрдің мысалы ретінде 74194 аталымды төртразрядты регистрдің сызба белгілемесі келтірілген (146 сурет). Сурет 146. Оның шықпаларының (яғни, оларға берілетін сигналдардың) қызметі: - VCC, GND – қорек көзі мен жердің қосылатын шықпалары; - A, B, C, D – информацияны параллель енгізу шықпалары; - QA, QB, QC, QD – регистрдің шығыстары; - SR – солға ығыстыру кезіндегі информация енгізу шықпасы; - SL – оңға ығыстыру кезіндегі информация енгізу шықпасы; - S1, S0 – регистрдің жұмыс режимдерін анықтаушы сигналдардың шықпалары: S1 = 0, S0 = 0 – сақтау режимі; S1 = 0, S0 = 1 – солға ығыстыру режимі; S1 = 1, S0 = 0 – оңға ығыстыру режимі; S1 = 1, S0 = 1 – параллель енгізу режимі; - CLK – тактілік сигналдың шықпасы; - CLR’ – тазарту сигналының шықпасы. 15.4 Санауыштар Санауыш – импульстердің əрбір сəйкесті ауытқымасында құрамындағы санды бірге өзгертіп отыратын құрылғы. Құрамындағы санның өзертілу бағытына байланысты тура теріс жəне əмбебап санауыштар болады. Санауыштар T-триггерлердің негізінде құрылады. Қарапайым санауыштың мысалы ретінде Electronics Workbench бағдарламасының элементтер қорындағы 7493 аталымды төртразрядты санауыштың сызба белгілемесі көрсетілген (147 a, сурет). а) б) Сурет 147. Оның құрамында бірразрядты жəне үшразрядты санауыштар орналастырылған. Бұл микросхеманың шықпаларының қызметі: - VCC, GND – қорек көзі мен жердің қосылатын шықпалары; - CKA, QA – бірразрядты санауыштың кірісі мен шығысы; - CKB, QB, QC, QD – үшразрядты санауыштың кірісі мен шығыстары; - R01, R02 – санауыштарды тазарту сигналының шықпасы. Бұл микросхеманың құрамындағы санауыштарды жеке түрінде де, оларды бір-біріне жалғап, төртразрядты санауыш ретінде де пайдалануға болады. Əмбебап санауыштың мысалы ретінде Electronics Workbench бағдарламасының элементтер қорындағы 74169 аталымды төртразрядты санауыштың сызба белгілемесі көрсетілген (147 б, сурет). Бұл микросхеманың шықпаларының қызметі: - VCC, GND – қорек көзі мен жердің қосылатын шықпалары; - A, B, C, D – информацияның параллель енгізілу кірістері; - LOAD’ – информацияны параллель енгізу сигналының кірісі; - QA, QB, QC, QD – санауыштың шығыстары; - D/U’ – санау бағытын анықтаушы сигнал шықпасы; - ENP’, ENT’ – санауышты іске қосу сигналдарының кірістері; - CLK – тактілік сигналдың кірісі; - RCO’ – санау шегіне жету сигналы. Бақылау сұрақтары: 1. Триггер дегеніміз не? 2. Қандай триггерлер болады? 3. Асинхронды тригер дегеніміз не? 4. JK-триггер жұмысын түсіндіріңіз? 5. Регистрлер дегеніміз не? 6. Санауыштың жұмысын түсіндіріңіз? жүктеу/скачать 2,51 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|