Селиванов П. В., Тастембеков Т. А. Аналогты және санды электрондық Қондырғылар
жүктеу/скачать 5,45 Mb.
|
Мет2
| 8.2 Қысқаша теориялық мәліметтер.
Шығыстарындағы сигналдардың комбинациясы, санау кірісіне импульстің актив ауысуы түскен кезде, белгілі бір заңдылықпен өзгеретін тіркестілікті функционалды қондырғы, санауыш деп аталады. Шығыс сигналдардың өзгеру заңы, санауыштың ішкі күйін анықтайтын таңдап алынған нышандау (кодирования) тәсілімен анықталады. Басқа тәсілдерге қарағанда, көбінесе, екілік, екілік-ондық және унитарлық кодтар қолданылады. Осы тәсілдер қолданылатын санауыштар жинақ (интегралдық) түрінде шығарылады және сәйкес атаулармен; екілік, екілік-ондық және дөңгелекті (кольцевые) санауыштар деп аталады. Санауыштарда санау кірісінен бөлек, оның мүмкіншіліктерін арттыратын басқа да кірістері болуы мүмкін (бастапқы күйге қою, жұмысқа рұқсат, ж.т.б.). Санауыштың пайдаланатын кодын және бастапқы күйін біле отыра, шығыс сигналдардың комбинациясы бойынша оның санау кірісіне берілген кезеңде келіп түскен импульстердің санын анықтауға болады. Сондықтан санауыштарды импульстерді санауға қолдануға болады. Санауыштың орнықты күйлерінің саны (шығыстардағы сигналдардың комбинациялары) санау модулі немесе санау коэффициенті деп аталады. Санау модулі М әрпімен белгіленеді, ал санауыш М модулді санауыш деп аталады. Санауыш санай алатын импульстердің максимал саны (санауыш сыйымдылығы) М-1 -ге тең. Санау кірісіне М-1 -ші импульстен кейін түскен активті ауысуда санауыш бастапқы күйге ауысады. Мұндай жағдай санауыштың толынуы (переполнение) деп аталады. Санауыштың модулі қолданылған кодқа және санауыш шығыстары санына тәуелді. Шығыстар саны “n” болғанда екілік және дөңгелекті санауыштар үшін максимал санау модулі 2 тең (шығыстар саны разрядтар санына тең). Екілік-ондық санауышта бір ондық разряд (декада) үшін төрт шығыс керек және осындай санауыш үшін максимал санау модулі онға тең. Егер, санауыш кірісіне f жиілікпен импульстер тізбегі берілсе, онда санауыштың толынуы f M жиілікпен периодпен қайталанып отырады. Осы қасиеті жиіліктерді бөлуге пайдаланады. Шығыс сигнал осы жағдайда соңғы разрядтан немесе толыну байқалған жағжайда импульс қалыптасатын арнайы шығыстан алынады. Сондықтан, тек жиілік бөлуге арналған санауыштарда тек бір ғана негізгі шығарылым болады және олар бөлгіш-санауыштар немесе цифрлық таймерлер деп аталады. Күйлерінің өзгеру тертібіне қатысты санауыштар қосушы (артатын тәртіпте) және азайтушы (кемімелі тәртіпте) деп айырықшыланады. Мысалы, қосушы екілік санауышта санақ кірісіндегі импульстің актив ауысуы санауышқа жазылған санды бірге арттырады, ал азайтушы санауышта бірге кемітеді. Егер, санауыш екі режимде де жұмыс істей алатын болса, онда санауыш қайтымды (реверсивті) деп аталады. Интегралдық түрде қосушы және реверсивті санауыштар шығарылады. Қосу режимінде олардың бастапқы комбинациясы нөл, азайту режимінде М –1. Санауыштар триггерлерден жасалады және олардың түрлеріне орай, синхронды және асинхронды деп екіге бөлінеді. Синхронды санауыштар құрамына тек синхронды триггерлер кіреді, ал, асинхрондылардың құрамында міндетті түрде асинхронды триггерлер бар. Асинхронды санауыштар құрылымы бойынша тіркес немесе параллель тасымалды болуы мүмкін. Синхронды санауыштар ең күрделілері және жылдамдықтылылары болып табылады. Жылдамдылылық - маңызды параметр. Ол жұмысында шатасу (сбой) байқала қоймайтындай екі актив ауысу t минимал уақытымен, актив ауысу және жаңа күй қалыптасу уақыт аралығымен анықталады. Максимал санау жиілігі (бөлу) 1 t өрнегімен анықталады. Санауыштардың көбінің тілек бойынша бастапқы күйін өзгертуге болады. Осы үшін, оларда қажетті алғашқы күйді сәйкестендіретін кодтық комбинация берілетін арнайы кірістері және жүктеуді басқарушы кіріс болады. Асинхронды жүктелетін санауыштарда жүктеуді басқарушы кірісте сигналдың актив деңгейі байқала салысымен бастапқы күйді орнату кірістеріндегі ақпарат шығысқа жазылады. Ал бұл синхронды жүктелетін санауыштарда, егер, жүктеуді басқарушы кірісте актив деңгей болған жағдайда, санау кірісінде актив ауысу кезінде жүзеге асады. Барлық санауыштарда дерлік нөлге түсіру кірісі бар. Ол басқа кірістерден (басыңқы) приоритетті. Санауыштар дербес элементер есебінде, әр түрлі сигналдарды санауға, жиілікті төмендетуге, сонымен қатар түр-түрлі қондырғыларды жасауға (цифрлық фаза бұрағыштар, жиілік синтезаторлар т.с.с.) қолданылады. Қазіргі кезеңде жинақ түрінде тікелей байланыстылы асинхронды, параллель тасымалдаулылы асинхронды және синхронды санауыштар шығарылады. Соларды жасау принциптерін қарастырайық. Құрылымы жағынан ең қарапайымдысы, асинхронды Т-триггерлерден 8.1-суреттегідей жалғанып жасалған, екілік санауыш болып табылады. Бір триггердің шығысы, келесі триггердің кірісімен жалғанған схема тікелей байланыстылы схемалар деп аталады және тіркес тасымалдаулы схемаларға жатады. Екілік санауыштарда тұтынатын триггерлер саны разрядтар санына тең. Санауыш жұмысын уақыт диаграммасы көмегімен түсіндірген қолайлы. Қарастырылатын санауыш үшін ол 8.3-суретте көрсетілген. Санауыштың бастапқы күйі нөл. Бірінші триггердің кірісінде 1.0 ауысу байқалғанда ол нөлен бірге ауысады (t ). 8.1-сурет Бірінші триггердің кірісінде екінші 1.0 ауысу болғанда ол бірден нөлге ауысады да екінші триггердің кірісінде 1.0 ауысуын туындатады, сондықтан ол нөлен бірге ауысады (t ). 8.2-сурет 8.3-сурет Бірінші триггер үшінші 1.0 ауысу байқалғанда қайта аударылады ж.т.т. Диаграммадан сегізінші импульстан кейін санауыш толынып, ол қайтадан бастапқы күйіне оралатыны көрініп тұр. Санауыш жұмысының тәртібін күй кестесі көмегімен көрсетуге болады (ауысу, өту функциясы). Қарастырылған схема үшін ол 8.2-суретте келтірілді. Бірінші бағанада - күй номері, екіншіде - актив ауысу импульсі келгенге дейінгі, үшіншіде - ол келгеннен кейінгі шығыс мәндері көрсетілген. Жоғарғыдағы 8.1-суреттегі схемада триггерлер бірінші триггердің кірісіндегі актив ауысуға қатысты t =n t , мұнда n- триггерлер саны, t -бір триггер ауысуы уақыты. Сол себепті мұндай санауыштардың жылдамдығы разрядтар саны артқан сайын төмендей береді. Осы кемшілігіне қарамастан, олар қарапайымдылығы және оңай ұлғайту мүмкіншілігіне байланысты кең қолданыс тапқан. Санауыштардың жылдамдығын арттыру үшін параллель тасымалдауды пайдаланады. Осыны пайдаланып санауыш жасау принципі 8.4-суретте көрсетілген. 8.4-сурет Мұнда триггердің шығысы келесінің кірісімен ЖӘНЕ элементі арқылы жалғанған және анағұрлым кіші разрядты триггерлермен байланысқан, және барлық алдыңғы ЖӘНЕ элементерінің шығыстары келесі ЖӘНЕ элементтеріне қосылған. Кіріс импульстің 1,0 ауысуы, барлық ЖӘНЕ элементтері мен бірінші триггерге бір мезгілде түседі, бірақ ол басқа кірістерінде бір бар ЖӘНЕ элементтері арқылы ғана келесі триггердің кірісіне өте алады. Мысалы, санауыш 8.2-суреттегі 5-ші жолға сәйкес күйде болсын делік. Осы жағдайда бірінші мен үшінші триггердің шығыстарында бір болады. Ауысу 0,1 +1 кірісінде байқалғанда бір тек бірінші ЖӘНЕ элементінің барлық кірістерінде қалыптасады (екінші триггердің шығысында, сондықтан,екінші ЖӘНЕ элементінің де шығысында нөл бар). Сондықтан +1 кірісінде 1,0 ауысуы байқалғанда, тек бірінші және үшінші триггер аударылады да, санауыш 8.2-суреттің 6-шы жолына сәйкес, 110 күйіне көшеді. Соңғы ЖӘНЕ элементінің шығысында санауыштарды өсіру үшін пайдаланылатын тасымалдау импульсі қалыптасады. Мұндай схемаларда, кіріс импульске қатысты соңғы триггердің жұмысының кешеуілдеу уақыты триггерлер санына тәуелсіз, ол тек ЖӘНЕ элементіндегі сигналдың кешеуілдеу уақытына байланысты. Бұл санауыштың кемшіліктері: санаауыш разрядтылығы артқан сайын тасымалдау схемасы күрделіне түседі, ЖӘНЕ элементтерінің шығыстарына жүктемелер артады, сонымен қатар, триггерлер ЖӘНЕ элементінегі кешеуілдеуге байланысты әрқалай аударылады. Триггерлердің бірдей ауысуы синхронды санауыштарда жүзеге асырылады. Оларда синхронды Т- және динамикалық D-триггерлер пайдаланылады. Осындай санауыштың құрылымдық схемасы 8.5-суретте көрсетілген. 8.5-сурет Мұнда кіріс импульстер триггерлердің синхронизациялаушы кірістеріне беріледі. Ал, ақпараттық кірістерде кіріс импульстің актив ауысуы алдында, берілген триггер ауысуға тиіс пе, әлде жоқ па, соны анықтайтын сигнал қалыптастырылады. Кірісте актив ауысу болғанда, санауыш элементеріндегі өту процесстері аяқталып, барлық триггерлер бір кезеңде ауысады (әрине, егер, триггерлердің өздерінің әрқалай ауысуын ескермесек). Мысалы, санауыш 8.2-суреттегі 5-ші қатардағы (жол) күйде болсын және СЕ кірісінде бір болсын делік. Осы жағдайда, бір тек бірінші ЖӘНЕ элементінің барлық кірістерінде болады (өйткені, екінші триггердің шығысында – нөл), ал бірінші және екінші триггерлердің ақпараттық кірістерінде бір, үшіншісінің кірісінде нөл қалыптасады. Сонымен, кірісте +1 актив ауысу байқалғанда, санауыш 110 күйіне көшеді. СЕ кірісі, осы санауыштағы триггерлердің ауысуы рұқсат кірісі болады және ол санауға рұқсат кірісі деп аталады. СР шығысында, барлық триггерлер мен СЕ кірісінде бір болған жағдайда, сигналдың актив деңгейі қалыптасады. Санауыштарды өсіргенде, СР шығысы, келесі санауыштың СЕ кірісіне жалғанады және ол тасымалдау шығысы деп аталады. Мысал үшін, жинақ орындалудағы К155ИЕ5 және К155ИЕ7 санауыштарын қарастырайық. Осы санауыштардың шартты графикалық таңбаланулары 8.6- және 8.7-суреттерде көрсетілген. Санауыштың шығарылым алаңында Q арқылы шығыс салмағы коэффициентін немесе олардың кезекті номерлерін таңбалайды (0-ден бастап). Екілік және екілік – ондық санауыштарда салмақтық коэффициент 2 - ға тең, мұнда n-шығыс номері. Егер, суреттегі пунктирмен көрсетілгендей жалғау жасаса, онда санау модулі 16-ға тең санауыш алуға болады. Екі санауышты нөлге түсіру үшін R=R R =1 шартын сақтау керек. Жұмысқа рұқсат шарты R=0. 8.6-сурет 8.7-сурет К155ИЕ7 микросхемасы – параллель тасымалдаулы, 0,1 ауысуы бойынша істейтін екілік асинхронды реверсивті санауыш. Оның санау модулі 16-ға тең және дербес қосқыш пен азайтқыш кірістері бар. Жүктеу асинхронды LD кірісінде нөл деңгейі кезінде жүргізіледі. Нөлге түсіру R кірісіне бір бергенде, ал, жұмысқа рұқсат R=0 болғанда орындалады. Тасымалдау шығысы күйі, СР = Q Q Q Q C , ал, қарыз (заем) шығысы күйі, СР = Q Q Q Q C , теңдеулерімен сипатталады. Жинақ түрінде шығарылатын санауыштардың бекітілген санау модулі болады. Бірақ көптеген жағдайларда одан бөлек санау модулді санауыш қажеттілігі туындайды. Санау модулі М санауыш көмегімен одан аз модульді санауышты екі тәсілмен жасауға болады. Бірінші тәсіл - санауышты толындыруға жеткізбей, оны бастапқы күйге түсіру. Осы үшін санауыш шығыстарына санау соңында қажетті комбинация байқалғанда түсіру сигналын қалыптастыратын детектор қосылады. Детектор сапасында дешифраторды, цифрлық компараторды немесе ЖӘНЕ элементін пайдалануға болады. ЖӘНЕ элементі пайдаланылған схема 8.8 - суретте көрсетілген. 8.8- сурет 8.9-сурет ЖӘНЕ элементінің кірістері санауыш шығыстарында керекті комбинация байқалатын шығыстарға жалғанған, және санақ соңында оның шығысында бір пайда болып ол санауышты нөлге түсіреді. Екілік және екілік-ондық қосқыш санауыштарда ЖӘНЕ элементіне салмақ коэффициенттері қосындысы қажетті санау модуліне тең болатын шығыстары жалғанады. Мысалы, санау модулі 6-ға тең санауыш алу үшін ЖӘНЕ элементіне салмақ коэффициенттері 2 және 4 болатын шығыстарды жалғау керек, өйткені 6=4+2. Келтірілінген 8.8 - суреттегі схеманың бірқатар кемістіктері бар. Біріншіден, М модульді санауыш бастапқы күйге М – 1 күйден ауысуы керек. Ал, келтірілген жағдайда санауыш шығыстарында белгілі бір уақыт аралығында оған тәң емес М комбинация пайда болады, содан кейін ғана ол бастапқы күйге ауысады. Бұл, санауыш шығыстары жалғанған схемалардың дұрыс емес жұмыс істеулеріне әкеп соғуы мүмкін. Санауыш-бөлгіштерде тек СР тасымалдау шығысы қолданылатындықтан, бұл кемістік ешқандай рөл атқармайды. Екіншіден, ЖӘНЕ элементінің шығысындағы импульс, санауыш шығысындағы комбинация ауыспайынша, сақталады. Оның ұзақтығы ЖӘНЕ элементіндегі кешеуілдеу мен ең жылдам триггердің аударылуы уақытының қосындысына тең. Импульстің минимал ұзақтығын алдын-ала айту мүмкін емес, және ол ЖӘНЕ элементінің шығысына қосылған қондырғылардың іске қосылуына жеткіліксіз (оның ішінде санауыш триггерлерінің де) болуы мүмкін. Сондықтан, ықтимал шатасу болдырмас үшін, импульсті ұзарту шараларын қолдану керек. Тәсілдің артықшылығы – кодтардың 0-ден М –1-ге дейінгі табиғи тіркестілігі. Екінші тәсілде санауыш бастапқы күйден емес, шығыс сигналдардың басқа бір комбинациясынан бастап санай бастайды. Сол үшін, бастапқы күйді орнату кірістеріне осы комбинацияны беріп, оны санауышқа жазу керек. Санауыштың циклды жұмысы жағдайында жазуға сигнал есебінде шығыстардағы санау соңы комбинациясының байқалуын пайдалануға болады. Осы шығыстағы сигналды санауышқа алғашқы комбинацияны жазуға пайдалануға болады. Осындай схема 8.9- суретте көрсетілген. Онда тасымалдау шығысы жүктеу кірісімен жалғанған. Асинхронды жүктелетін санауыштардың санау модулі М=(2 -1) –d формуласымен қосқанда, М=d формуласымен азайтқанда анықталады, ал, екілік-ондық санауыштарда қосқанда М=(10 -1) формуласымен, азайтқанда М=d формуласымен анықталады. Мұнда, n-санауыш разрядтылығы; m- ондық разрядтар саны; d-жүктелетін комбинация. Асинхронды жүктелетін санауышта санау соңы комбинациясы байқалуы және жүктеу санақ кірісіндегі көршілес екі импульс аралығында, яғни бір тактіде өтеді. Ал синхронды жүктелетін санауышта осы үшін екі такт керек, біреуінде санау соңы комбинациясы байқалады, екінші тактіде жүктеу өтеді. Сондықтан қосқыш санауыштар үшін санау модулі М=2 -d ; М= 10 -d формулаларымен, азайтқыш санауыштар үшін М=d+1 формулаларымен анықталады. Мысалы, төрт разрядты екілік қосқыш асинхронды жүктелетін санауыш негізінде санау модулі 6-ға тең санауыш алу үшін оған d= (2 -1) –6 = 15 – 6 = 9 жазу керек. Осында D2 және D4 кірістеріне нөл, D1 және D8 кірістеріне бір беру керек. Келтірілген 8.9-суреттегі схеманың кемшіліктері; біріншіден, санау нөлден басталмайды, сондықтан негізгі шығыстар пайдаланған жағдайда қайтара кодтау кажет (егер, тек тасымалдау шығысы пайдаланылса, онда бұл кемшіліктің оқасы жоқ); екіншіден, асинхронды жүктеу жағдайында тасымалдау шығысындағы актив сигнал санауыштағы бір триггер аударылмайынша сақталады да оның ұзақтығы осы шығысқа жалғанған қондырғылардың іске қосылуына және санауыштың өзінің дұрыс жүктелуіне жеткіліксіз болуы мүмкін. Сондықтан мүмкін шатасуларды болдырмас үшін осы сигналды ұзарту керек. Тәсілдің артықшылығы – қосымша элементтердің жоқтығы және санау модулін оңай өзгерту мүмкіншілігі. Көпшілік жағдайларда интегралдық (жинақ) орындалудағы санауыштардың санау модульдарынан үлкен санау модулі қажет болады. Мұндай жағдайда бірнеше санауыштар қолданылады және олардың жалғау тәсілдері олардың құрылымына байланысты. Тікелей байланыстылы санауыштардың ішіндегі ең қарапайымды схема бір санауыштың аға разряды шығысы келесі санауыштың кірісімен жалғанған схема болып табылады, ал, параллель тасымалдаулы санауыштарда және синхрондыларда – бір санауыштың тасымалдау шығысы екіншісінің санау кірісімен жалғанған схема болып табылады. Алынған санауышты дербес санауыш есебінде қарастырып, оған жоғарғыда қарастырылған тәсілдерді қолданады. Осы жағдайда екілік санауыштардың разряды пайдаланылған санауыштардың негізгі шығыстарының қосындысына тең, ал, екілік –ондық санауышта ондық разряд саны пайдаланылған санауыштар санына тең. Санауыш–бөлгіштер үшін олардың тізбектей жалғауларын қолдануға болады, онда бір санауыштың шығысы келесісінің санау кірісімен жалғанады. Мұндай жағдайда жалпы бөлу коэффициенті М = M M M …, мұнда M - дербес санауыштардың санау модульдері. жүктеу/скачать 5,45 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|