книги / Основы применения интегральных логических элементов

присоединены в суммирующем счетчике к прямым выходам триггеров предыдущих разрядов, подключить к инверсным выходам тех же триггеров и наоборот. Например, в счетчике на рис. 37 для преобразования его в вычитающий надо син­ хронизирующие входы основного и вспомогательного тригге­ ров каждого разряда соединить соответственно с прямым и инверсным вых'Ода.ми_предыдущего разряда, т. е. СА2 соеди­ нить с Q, а СБ2— ,с Q и так далее во всех разрядах.

считать инверсными, а все инверсные — прямыми, то в этом случае счетчик превращается в вычитающий.

Рис. 39

При необходимости производить в одном устройстве как суммирование, так и вычитание, можно применить реверсив­ ный счетчик. В этом счетчике сигнал переноса (заема) фор­ мируется с помощью специальной схемы. Сигнал переноса

встарший разряд при работе в режиме сложения должен формироваться, когда младший разряд переходит из единицы

внуль. Сигнал заема из старшего разряда при работе в ре­ жиме вычитания должен формироваться, когда младший раз­ ряд переходит из нуля в единицу. Это может быть осуществ­ лено так, как показано на рис. 40. Разряды счетчика могут

быть любого типа из рассмотренных нами со структурой М — 5. Схема формирования переноса во второй разряд со­ стоит из элементов Э11, Э13, Э14. Для того чтобы счетчик ра­ ботал в режиме сложения, на управляющем входе Слож должна присутствовать логическая единица, а на входе Выч— нуль. Во время действия каждого второго счетного импульса

состоянии (Б = 1). При этом, пока действует единичный счет­ ный импульс, на входах элемента Э12 присутствуют три еди­ ницы и на выходе этого элемента формируется нулевой уро­

вень — сигнал переноса в старшин разряд. При работе счет­ чика в режиме вычитания на управляющем входе Слож — нуль, а на входе Выч — единица. Три единичных сигнала на ■входе элемента Э13 совпадают, когда действует счетный им­ пульс, и основной триггер разряда переходит в единичное со­ стояние (А — 1), а вспомогательный еще находится в нуле

(Б = \). При этом формируется сигнал заема из старшего разряда — нулевой уровень на входе Э13. Элемент Э14 выпол­ няет функцию объединения сигналов переноса и заема по ИЛИ. На выходе Э14 единица присутствует в то,м случае,

если есть нулевой сигнал переноса с выхода Э12 или нулевой сигнал заема с выхода Э13. Выход Э14 может быть прямо соединен со счетным входом следующего разряда.

§ 5. Распределители импульсов

По способу организации работы логические устройства можно разделить на два вида: синхронные и асинхронные. Обычно логические устройства работают циклически. Некото­ рые комбинации сигналов подаются на вход, а затем, через время, определяемое задержкой срабатывания входящих в устройство логических элементов, на выходе устройства по­ является результат. После съ^ма этого результата на вх'од подается новая комбинация сигналов и цикл повторяется снова. Результат с выхода можно снимать не раньше, чем за­

тельность этих переходных процессов, так как временные па­ раметры логических элементов могут иметь значительный раз­ брос. Можно лишь оценить верхнюю границу этого разброса. Поэтому в синхронном устройстве приходится снимать сигнал с выхода только по истечении времени, заведомо достаточного для окончания переходных процессов при худших сочетаниях временных параметров элементов.

Асинхронное устройство состоит из частей, в каждой из которых помимо информационных сигналов формируется сиг­ нал готовности, разрешающий съем результата на вход дру­ гих частей только тогда, когда в данной части закончились все переходные процессы. Таким образом, в асинхронном устройстве время обработки входной информации опреде­ ляется не максимальными, как в синхронных схема-х, а (реаль­ ными задержками логических элементов, и за счет этого удается получить быстродействие в 3—5 раз большее, чем в синхронных устройствах. Асинхронные устройства не полу­ чили широкого распространения.

Синхронное устройство можно разделить на части, имею­ щие структуру рис. 41. Часть устройства отделена от осталь-

ных линейками элементов И. Единичные сигналы могут по­ пасть на входы отделенной части лишь при наличии разре­ шающего единичного сигнала CL Единичные сигналы с выхо­ дов отделенной части поступают на входы других частей устройства только при наличии единичного сигнала С2, а ин­ тервал времени между началом С1 и С2 должен быть доста­ точным для окончания всех переходных процессов.

Для синхронизации работы отдельных частей, цифрового устройства применяются специальные схемы, называемые рас­ пределителями импульсов или просто распределителями. Они вырабатывают несколько последовательностей имйульсов, сдвинутых одна относительно другой на определенную вели­

И2 и И {k+ 2) и т. д. Число N синхронизирующих последова­ тельностей (каналов) в распределителе может быть различ­ ным и обычно колеблется от 2 до 20. В состав распределителя обязательно должен входить источник импульсов — автоколе­ бательный генератор. Для этого, в частности, может быть использован мультивибратор, описанный в § 6.

численных ранее состояний, нулевые сигналы поочередно по­ являются на выходах Э21, ,Э28, причем длительность этих нулевых сигналов равна длительности паузы между счетными

соб — это замыкание такого регистра в «кольцо», т. е. соеди­ нение выхода последнего разряда со входом первого. В таком

Рис. 44

«закольцованном» регистре теряют смысл понятия первого и последнего разрядов, все разряды оказываются равноправ­ ными. При однократном воздействии переключающих значе­ ний сдвиговых сигналов содержимое всех разрядов сдвигается «по кругу» на одну позицию. Регистр, замкнутый в кольцо, представляет собой схему с числом ' устойчивых состояний, равным числу разрядов в регистре. Действительно, любая по­ следовательность единиц и нулей, записанная в такой регистр, занимает свое первоначальное положение после числа сдви­ гов, равного числу разрядов регистра *. Наиболее часто ис­ пользуется последовательность, содержащая только одну еди­ ницу (или только один нуль).

Функциональная схема N-канального распределителя изоб­ ражена на рис. 44, а. Основной элемент распределителя —

1 Последовательность должна быть непериодической, например для восьми разрядов 10 010 000. Если последовательность в регистре периодиче­ ская, например 10 001 000, то она совмещается сама с собой после мень­ шего числа циклических сдвигов, в пашем примере уже после четырех.

сдвигающий регистр Э2. Регистр замкнут в кольцо через эле­ мент ПЛИ — НЕ (ЭЗ) так, что на входе установки в единицу первого ряда регистра действует переключающий сигнал, когда на выходах всех разрядов регистра — нули. Таким об­ разом, элемент ЭЗ обеспечивает автоматическую запись в ре­ гистр числа с единицей только в одном (первом) разряде. Сдвигающие сигналы, воздействующие на регистр сдвига, формируются' генератором Э1. Если в результате очередного сдвига все разряды регистра содержат нули (рис. 44,6), то на выходе ЭЗ формируется сигнал записи единицы в первый разряд регистра. Как только эта завись произошла, элемент ЭЗ перестает формировать сигнал записи. После окончания

первого импульса сдвига на выходе инвертора Э4 появляется единица и на выходе элемента Э21 формируется первый так­ товый импульс И1. При действии следующего импульса сдвига единица переместится во второй разряд регистра и разрешит переключение элемента Э22. После окончания им­ пульса сдвига появится единица на выходе Э4 и Э22 сформи­ рует тактовый импульс М2. Далее процесс продолжается таким же образом до тех пор, пока в результате очередного сдвига единица не будет выведена из последнего ЛГ-го раз­ ряда регистра. После этого цикл начнется сначала. Длитель­ ность формируемых тактовых импульсов равна длительности паузы задающего генератора. Затраты оборудования в рас­ пределителе рассмотренного типа относительно велики (при использовании микросхем серии ТТЛ — более чем один кор­ пус на канал). Если для построения распределителя приме­ нить регистр со структурой М — 5 на элементах И — НЕ (ИЛИ — НЕ), затраты оборудования могут быть существенно снижены. Рассмотрим шестиканальный распределитель такого типа на элементах И — НЕ (рис. 45). Трехразрядный регистр замкнут в кольцо через элементы Э1, Э2, предназначенные

для автоматического занесения в регистр последователь­ ности 100. Это происходит следующим образом. Если хотя бы в одном из_ разрядов регистра единица, то на одном из выхо­

дов Б1, Б2, АЗ нулевой сигнал, и на выходе Э2, соединенном со входом первого разряда, также нуль. При очередном сдвиге в первый разряд регистра записывается нуль. Не позднее чем через три однократных сдвига во всех разрядах регистра окажутся записанными нули. В момент действия очередного сигнала сдвига СД1 на выходах Б1, Б2, АЗ дейст­ вуют единичные сигналы (на диаграмме рис. 46 это— мо­

мент 11), что приводит к появлению единицы на выходе Э2.

При со(в,местном действии этого сигнала и сигнала СД1 на выходе элемента Э12 формируется нулевой импульс первого канала И1. В это же время записывается единица в первый триггер первого разряда —"появляется единичный уровень на выходе элемента Э14. Очередной импульс сдвига формирует нулевой импульс в канале И2 и одновременно записывает единицу во второй триггер первого разряда и нуль во второй триггер последнего третьего разряда. В результате этого снимается единичный сигнал с выхода элемента Э2, т. е. со входа регистра. Последующие импульсы сдвига перемещают единицу по регистру и формируют нулевые импульсы в кана­ лах ИЗ, И6. При формировании импульса И6 во время

с восемью устойчивыми состояниями. Пусть во всех-четырех триггерах регистра в некоторый момент времени записаны нули—-состояние регистра 0000 (рис. 486). При воздействии единичного сдвигового сигнала СД1 первый триггер (элементы

честве сдвиговых сигналов могут быть взяты как СД1' и СД2', так и непосредственно выходные сигналы со счетчика «1» и «0». Для получения промежутка между формируемыми таковыми импульсами надо подать 'сигналы СД1' и СД2' на

входы элементов дешифратора, как ‘показано на рис. 48а пунктиром. Недостаток рассмотренного распределителя в том, что в случае сбоя не происходит автоматической установки начального состояния. Для правильной работы распредели­ теля необходимо перед началом работы произвести началь­ ную установку: подать на вход НУ нулевой сигнал, в резуль­ тате чего все триггеры регистра будут установлены в нулевые состояния.

§ 6. Импульсные устройства на логических элементах типа ТТЛ

Стремление разработчиков аппаратуры применять по воз­ можности меньшее количество различных компонентов приво­ дит к попыткам построения на типовых логических интеграль­ ных элементах таких устройств, как мультивибраторы, одно-

Рис. 49

вибраторы и т. д. [13, 14]. При построении таких устройств используется тот факт, что ХВВ интегрального элемента ТТЛ ( И — НЕ) имеет активный участок, на котором коэффициент усиления по модулю больше единицы. На этом участке эле­ мент ТТЛ может .работать как инвертирующий усилитель. Для •того чтобы вывести элемент на активный участок Х'ВВ, надо

(рис. 49,6). В последнем случае напряжение создается при протекании входного тока элемента по резистору /?2

Рассмотрим некоторые импульсные устройства на элемен­ тах ТТЛ. Когда не требуется высокая стабильность частоты, в качестве задающего генератора для цифрового устройства обычно применяются мультивибраторы. На рис. 50, а изобра-