Логические автоматы с памятью



Логическими автоматами с памятью, или последовательными ло­гическими устройствами, называются устройства, логические зна­чения на выходах которых определяются как совокупностью логи­ческих значений на входах в данный момент времени, так и состоя­нием автомата по результатам его предшествующей работы. Запо­минание предшествующих состояний обычно выполняется с помо­щью триггеров.


Типичными примерами логических автоматов с памятью явля­ются счетчики импульсов и регистры.

Рассмотрим работу трехразрядного счетчика (рис. 10.117, а) на основе двухступенчатых Ж-триггеров (рис. 10.116, б) с представле­нием результата счета в двоичной системе счисления.

Перед началом работы счетчика все его разряды устанавливают­ся в состояниеQx=Q2= Q3= 0. В момент окончания первого счетного импульса триггер младшего разряда ТТХ переключается, а состояние триггеров старших разрядов ТТ2 и ТТ3 не изменяется, т. е. значение двоичного числа на выходе счетчика равноQiQ2Qs— 001. В момент окончания второго счетного импульса триггер ТТХ снова переключается и логическое значение выхода младшего разряда из­меняется с 1 на 0. Поэтому одновременно переключится и триггер ТГ2, т.е.Q3Q2Qi= 010. Далее переключение триггеров происходит аналогично, так что число импульсов на входе счетчика соответствует числу в двоичной системе счисления на его выходе (рис. 10.117, б).

Выход

21


 



>5 тт2
J  
С  
К  
>R  

<?2


S TTY Qi

s ТТ3Q,

Qi

Qz

+ о-


 



12345678

о

Qv о

Qi' о

Qr

0 1

п п п п п п п п

I I I I I I I I * ________

о 1

  1 1 1 1 1 1 1
0 | 1 0 1 1

Выход


>5 ТТ2

J

 
 
С  
К (
>R  

<?2

ТТ,

TTn

Оз

Q3

Qi

Qi

JL


 



п п п п

1 1   t
  1 1 t t

 

M

Рис. 10.118

Регистрами называются устройства для приема, хранения, пере­дачи и преобразования информации, представленной обычно в дво­ичной системе счисления. На рис. 10.118, а в качестве примера при­ведена схема трехразрядного регистра сдвига. Предварительно по­дачей сигналов на установочные входыRиSвсе триггеры устанав­ливаются в состояниеQx= Q2= £?з = 0.

Установим далее триггер ТТг в состояниеQ = 1. При этом состо­яние регистра определится совокупностью значенийQ1Q2Q3— юо. Под действием первого импульса синхронизации состояние регист­ра изменится наQ1Q2Q3 = 010, под действием второго импульса син­хронизации — на Q1Q2Q3 = 001 и т.д. (рис. 10.118, б).

Логические автоматы без памяти

о

Qi1 о

Q2 о

Q3

Логическими автоматами без памяти, или комбинационными ус­тройствами, называются устройства, логические значения выходов которых однозначно определяются совокупностью логических зна­чений на входах в данный момент времени. К логическим автома­там без памяти относятся дешифраторы, шифраторы, мультиплек-


DC J\   x2   F2 F* F4

X2 Яз Xa

  MS   У\ 2/2 F
 

h

0 0 1 0 0 0       0 0 xx
  1 0 0 1 0 0     F 0 1 x2
  Fz 0 1 0 0 1 0       1 0 Z3
    1 1 0 0 0 1 2/1       1 1 x4
              У2            

 

а                                 б                                         а                           б

Рис. 10.119                                  Рис. 10.120

соры, демультиплексоры, сумматоры и другие устройства цифровой техники. Элементной базой для их реализации служат логические элементы.

Дешифратором называется устройство, вырабатывающее сигнал 1 только на одном из своих 2й выходов в зависимости от кода двоич­ного числа на п входах. На рис. 10.119, а и б приведены условное изображение дешифратора на п = 2 входа, 2м = 4 выхода и его таб­лица истинности.

Шифраторы выполняют функцию, обратную дешифраторам.

Мультиплексором называется устройство для коммутации одно­го из 2т информационных входов на один выход. Для реализации необходимой коммутации мультиплексор имеет кроме информаци­онных входов также т адресных входов. Значение числа в двоич­ном коде на адресных входах определяет адрес коммутируемого ин­формационного входа.

Условное изображение мультиплексора с двумя адресными т = 2 (Ухи У2)и четырьмя информационными 2т = 4 (хь хъ ж3, ж4) входа­ми, а также его таблица истинности приведены на рис. 10.120, а и б.

Демультиплексоры выполняют функцию, обратную мультиплек­сорам.

Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) преобразуют инфор­мацию о сигнале в аналоговой форме, т. е. о напряжении, непрерыв­ном во времени, в информацию о нем в форме цифрового кода — обычно в двоичной системе счисления. Они применяются, напри­мер, в АСУ технологическими процессами для ввода информации в управляющую ЭВМ от датчиков состояния объекта управления.

Различают последовательные и параллельные АЦП. Рассмотрим как наиболее распространенные параллельные АЦП.

На рис. 10.121, а приведена принципиальная схема параллельно­го АЦП на два разряда га = 2 на основе 2т — 1 = 3 компараторов (см. рис. 10.96). Опорные напряжения для компараторов задаются источником постоянной ЭДС Е0 и делителем напряжения на резис­торах. Работу преобразователя при значении ЭДС Е0 = 3 В и опор­ных напряжениях компараторов 0,5; 1,5 и 2,5 В иллюстрирует рис. 10.121, б. Если значение ЭДС преобразуемого сигнала ес< 0,5 В, то напряжения на выходах всех компараторов имеют отрицательные значения (см. рис. 10.97) и цифровой код на выходе преобразовате­ля равен 00. При увеличении напряжения преобразуемого сигнала сначала в интервале 0,5 В ^ ес ^ 1,5 В изменится значение напряже­ния с отрицательного на положительное на выходе только компара­тора У, затем при 1,5 < ес< 2,5 В — компараторов У и 2 и, наконец, при 2,5 В < ес — всех компараторов. Устройство на основе логичес­ких элементов НЕ, И и ИЛИ, показанное на рис. 10.121, а внутри штриховой линии, преобразует совокупность сигналов с выходов компараторов в цифровой код.

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) преобразуют цифро­вой двоичный код в аналоговое выходное напряжение. Это позво­ляет, например, использовать цифровой двоичный код для управле­ния работой исполнительных механизмов, таких как электрические двигатели, реле, выключатели и т.д.

Имеется несколько типов ЦАП. Здесь рассмотрим ЦАП с двоич­но-взвешенными сопротивлениями на основе инвертирующего сум­матора напряжений (см. рис. 10.82).

На рис. 10.122 показана принципиальная схема четырехразряд­ного ЦАП с двоичными весами сопротивлений резисторов в цепях

 

Рис. 10.122


 

разрядов. Сопротивление цепи старшего разряда равно Л, младшего разряда — 8R.Напряжение на выходе ЦАП при иск0 по (10.40)

Ro,IR,C . Rq.CIRQ.C I J? JZ TP

и„ = -

~T+2R+1r+ 8R1Eo =KuEo'

где наличие или отсутствие слагаемых в выражении для коэффици­ента усиления напряжения Ки совпадает с включенным или выклю­ченным ключом в цепи соответствующего разряда. Ключами обыч­но служат транзисторы (см. рис. 10.98, а), базовые цепи которых под­ключаются к источнику цифровых сигналов в двоичной системе счисления.

Оптоэлектронные устройства

В ряде случаев управление током в цепи целесообразно осуще­ствить с помощью полупроводникового прибора, в котором конст­руктивно объединены источник и приемник излучения — оптопара. Условные изображения на схемах электрических цепей диодной, транзисторной и тиристорной оптопар приведены на рис. 10.123, а — в. Главным достоинством оптопар является отсутствие электри­ческой связи между управляющей и управляемой цепями. Оптопа- ры работают в качестве управляемых ключей (рис. 10.123, б), реле, коммутаторов и т.д.


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 236;