книги / Электроника и микропроцессорная техника
..pdfВходной импульс |
0 |
Q2 |
е з |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
2 |
1 |
0 |
1 |
3 |
0 |
0 |
\ |
4 |
1 |
1 |
0 |
5 |
0 |
1 |
0 |
6 |
1 |
0 |
0 |
7 |
0 |
0 |
0 |
8 |
1 |
1 |
1 |
Условное обозначение реверсивного счётчика:
При подаче импульса на вход 7+ к ра нее записанному коду прибавляется 1. При подаче импульса на вход 7- из ранее записан ного кода вычитается11.
2.4.3. Десятичные счётчики
Относятся к счётчикам с модулем счё
та к *2 Различают счётчики с естествен ным ходом счёта и с принудительным пасчё-
Десятичный счётчик с принудительным насчётом:
За счёт обратной связи единица с триггера 74 записывается в триггеры 72 и 73.
Таблица состояний счётчика
Входной импульс |
Л |
72 |
73 |
74 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
2 |
0 |
1 |
0 |
0 |
3 |
1 |
1 |
0 |
0 |
4 |
0 |
0 |
1 |
0 |
5 |
1 |
0 |
1 |
0 |
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
7 |
1 |
1 |
1 |
0 |
8 |
0 |
0 |
0 |
1 |
8* |
0 |
1 |
1 |
1 |
9 |
1 |
1 |
1 |
1 |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
При подаче восьмого импульса триггер 74 устанавливается в «1». Через обратные свя зи он устанавливает в «1» также триггеры 72 и 73. Таким образом, после восьмого импульса записывается код 1110. Девятый импульс запишет код 1111. Десятый импульс сбросит счёт чик в нулевое состояние. Таким образом счётчик считает до десяти.
-----j
2.5.Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)
ЦАП необходим при управлении технологическими процессами с помощью микро процессорной техники, например, при управлении скоростью вращения двигателя. Предна значен для преобразования двоичного кода в непрерывно изменяющийся;электрический сиг нал (как правило, в напряжение).
Пусть есть 4-разрядный код: OAQ2 Q2 Q\ Преобразование кода в напряжение проис ходит по закону:
|
|
и =е (<Q4 2’-к?з гг+а-г'+о, 2о). |
|
|
|
В общем виде закон преобразования кода в напряжение |
|
|
|
выглядит так: |
|
|
|
(/ = <>£&• 2"' |
|
|
|
1 |
|
|
код |
г^е е — масштабный коэффициент (вес младшего разря |
|
ОООО —.-I.— |
ду кода в вольтах), |
||
|
|||
|
п — число разрядов кода, |
||
Рис. 2.8 |
|
||
|
Oj — соответствующий разряд кода. |
||
|
|
||
На рис.2.8 представлена зависимость U = /{код). |
|||
Пример. Преобразуется код 1111, тогда U = е- (l-2s +1-2: +1-21+1-2°)= 15-е
ЦАП mi суммирующем усилителе (рис.2.9). Для суммирующего усилителя имели:
Rr,
На каждый вход подаётся напряжение, соответствующее разряду преобразуемого кода. При этом Uixs равно Е, если значение разряда кода «1», или нулю, если значение разряда кода «О». Пусть преобразуемый код 1111, тогда:
Я ос
^вых |
*S£.E+2 Z -E +^ E + |
Roc ■E\ |
||
|
R |
2R |
AR |
8R |
Uпых - |
0°^ Е' (8• 1 + 4 ■1 + 2 • ].+1 • l); |
-E = |
||
|
87? |
|
|
87? |
= e, т.е. LJBLLX получается~в_ соответствии с’ законом преобразования кода'в напряжение.
Для выполнения суммирующим, усили телем роли ЦАП необходимо, чтобы входные сопротивления составляли ряд 7?, 27?, 4/?, 87?, 167?, .Старший разряд кода подаётся на вход с сопротивлением 7?, младший разряд - на вход с наибольшим сопротивлением.
2.6. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
Необходим для цифровой обработки информации от аналоговых датчиков (давления, температуры и т. д.). Предназначен для преобразования непрерывно изменяющегося сигнала в двоичный код. Блок-схема АЦП представлена на рис.2.10,
где UQX - напряжение, преобразуемое в код; ГТИ - генератор тактовых импульсов; CR - реверсивный счётчик;
ЦАП - преобразует код счётчика в изменяющееся напряжение Uc ; К - компаратор, сравнивает сигналы Uc и (/Вх •
+Е, если Uвх >Uc. U'k =+Е;
и к
-Е , если UBX <Uc,U'k =0.
Если U'K = +Е, то счётчик работает на сложение, если U'K = 0, - на вычитание.
выходной код
Рис. 2.10
Рассмотрим работу АЦП в различные моменты времени (рис.2.11): 1. / = /; : код счетчика
Q \ = 0 2 = 0 з = 0 4 = 0 .
и с =0, и ъх> и с, и к =+Е
(суммирование тактовых импульсов), увеличивается.
2. /, </ < /2:
£/вх > Uс, U'IC = +Е
(суммирование тактовых импульсов), увеличивается.
3.t2: код счётчика 0101,
С/вх <UC, UK = -£ , V K =0
(вычитание тактовых импульсов), Uc умень шается.
4. |
/ - /* |
£/вх > Uс , U\ =+Е (суммирование |
тактовых импульсов), Uc увеличи |
вается. |
|
|
|
5. |
/ >/, |
рассмотреть самостоятельно. |
|
Данная система является системой автоматического регулирования, которая поддер |
|||
живает равенство между сигналами Uc и £/нх (Uc |
Вх)- Поскольку каждому значению |
||
(/с соответствует свой код на входе ЦАП, то этот же код соответствует и напряжению UBX Особенности АЦП:
1.ЦАП работает с некоторым запаздыванием (отрезок txи_ на рис.2.11).
2.Точность преобразования сигнала зависит от разрядности счётчика и величины масштабного коэффициента ЦАП.
2.7. Комбинационные устройства
Комонпационным называется устройство, выходная функция которого однозначно определяется сочетанием входных сигналов в данный момент времени.
Рассмотрим некоторые комбинационные устройства (дешифратор, мультиплексор, сумматор н цифровой компаратор (схема сравнения)).
2.7 1. Дешифратор
Деишф/ютором называется устройство, у которого каждой комбинации сигналов на входе соответствует сигнал на одном выходе или нескольких выходах. Рассмотрим дешиф ратор, преобразующий двоичный код в десятичный: О4,2з,(22,0! “ входы; F0 iFu ...J\:) - выходы.
Каждой комбинации входных сигналов в диапазоне 0000-1001 соответствует сигнал на одном из выходов.
Обозначение на схемах
Логическая функция
Fo =Q4 A QI л'С?2 A Q\
Ъ =Q4 A QI A Q2 A QI
/*9 = Q A л О з л 0 2A Q X
|
Входы |
|
|
|
|
|
Выходы |
|
|
|
|
||
04 |
о3 |
Q, |
Qi |
^0 |
h |
|
Рз |
р4 |
Рз |
р6 |
|
р& |
р9 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
.0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
о ; 0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
"0 ! 0 |
||
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 ■’ |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0- |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2.7.2.Мультиплексор
Мультитексор — это устройство, у которого выход соединяется с одним, из входов в соответствии с кодом адреса.
Логическая функция мультиплексора:
F = [а л А' л К )V (# л Х A Y )v(c аАгA Y )v(Z) а А' а У).
Функциональная схема: |
Обозначение: |
Код адреса
2.7.3.Сумматор
(Уммапюр — это устройство, предназначенное для суммирования двух чисел в дво-
A —A*A\A->A\
ичном коде. Пусть edrb два четырёхразрядных кода: |
„ П ри сложении двух раз- |
И -
рядов А, и Hj получается румма Sj и возможно появление единицы переноса в следующий
разряд I* При этом, если / > I, то необходимо учитывать возможность появления единицы
переноса из предыдущего (/.> 1) разряда 1 \ i
|
|
|
|
|
Входы |
|
|
|
Выходы |
Условное обозначение: |
|
А |
|
В, |
|
РЛ |
5 |
р, |
|
pJzL |
ш |
|
0 |
|
0 |
|
0- |
0 |
0 |
|
0 |
|
0 |
|
1 |
1 |
0 |
||
Ai |
s |
|
.0 |
|
1 |
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
||||||
Bj |
р |
, |
0 |
|
1 |
|
1 |
0 |
1 |
|
-1 |
, |
0 |
|
о. |
1 |
0 |
||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
1 |
1 |
0 |
|
1; |
0 |
1 |
|
|
|
1 |
|
1 |
’ |
о; |
0 |
1 |
|
|
|
1 |
|
1 |
|
1' |
1 |
1 |
Из одноразрядных сумматоров можно построить миогорядиый. Ниже приводится ус ловное обозначение и блок-схема трехразрядного сумматора.
Условное обозначение:
о
2.7.4. Цифровая схема сравнения (компаратор)
Компаратор предназначен для сравнения двух кодов А ^ А 4 А3 А,А,, В = В3 В ,В 1В, Ес ли А = В , 1 ,е. А, = В,, (/ = 1.../;), то F = 1.
Компаратор можно сделать на основе сумматора, учитывая, что если А, = В ,, то
Л, +В, = 1. На рис.2Л2представлена блок-схема цифрового компаратора.
Схема реализована на сумматоре, в котором производится поразрядное сложение ко дов А+В . Если коды равны, то 51 = 52 = 53 = 54 = 1 и F = 1. Таким образом, если А = В , то
F = 1.
2.8. Арифметико-логическое устройство (АЛУ)
Предназначено для выполнения арифметических и логических операций над двумя п -
разрядными кодами А и В (/2 = 4, 8,16,...): |
|
|
|
|
||
А —А^ АзА2 А\. |
|
|
РО |
ALU |
|
|
|
Я |
А4 |
|
|
||
В = В4 В3 |
В\ ■ |
|
F4 |
|
||
|
IО) |
|
|
|||
Арифметические операции: |
+, —, |
А1 |
F3 |
|
||
к |
|
f S F |
||||
сдвиг, пересылка числа с входа на выход и |
В4 |
F2 |
||||
др. |
|
|
I В \ |
|
а |
|
|
|
|
|
tt |
||
Логические операции: A v В, А а В, |
|
|
о |
|||
|
131 |
F! |
М |
|||
А лВ и т. д. (всего 16 логических |
опера |
|
м |
|
|
|
ций). |
|
|
Я |
|
|
|
|
|
S4 |
|
|
||
5 — код операции. |
|
|
Р1 |
|
||
|
|
|
|
|||
ГО арифметическая |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
М -признак операции^ |
|
|
& |
S1 |
|
|
11 |
логическая |
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
На рис. 2.13 представлено условное |
Рис. 2.13 |
|
обозначение АЛУ на блок-схемах. |
||
|
||
Особенности АЛУ: |
|
1.Невозможность проведения операций умножения и деления.
2.Невозможность проведения операций над тремя и более операндами
2.9. Микропроцессор
Предназначен для проведения математических и логических операций над операнда ми в соответствии с заданной программой. Блок-схема микропроцессора (рис.2.14) включает:
РОН — регистры общего назначения (сверхоперативная память);
УУ — устройство управления для выдачи сигналов управления по заданной програм
ме;
БРА, БРВ — буферные регистры для кратковременного хранения операндов.
Один из регистров РОНа — аккумулятор. Предназначен для кратковременного хране ния результатов операций.
Магистраль записи
Рис. 2.14
i
Рассмотрим работу микропроцессора при сложении трех кодов: А+В+С.
1.А ->БРА. Пересылка кода А в БРА.
2.В БРВ. Пересылка кода В в БРВ.
3.А + В . Сложение кодов А и В.
4.А + В -* аккумуляторр. Засылка суммы в аккумулятор.
5.Аккумуляторр -> БРА. Пересылка содержимого аккумулятора в БРА.
6.С -> БРВ. Пересылка кода С в БРВ.
7.БРЛ+БРВ ((.А +В)+С). Суммирование.
8.Записать в аккумулятор. Результат пересылается в аккумулятор.
2.10. МикроЭВМ
МикроЭВМ, кроме микропроцессора, содержит память и устройства ввода-вывода. Если с помощью микроЭВМ необходимо управлять технологическим процессом, то система должна комплектоваться датчиками, АЦП, ЦАП и исполнительными механизмами. Такая система называется микропроцессорной системой.
Упрощенная блок-схема микроЭВМ представлена на рис.2.15, где УВвод — устройство ввода, для ввода информации в ЭВМ: клавиатура, дискета, сканер, стример, CD-ROM и т. п.;
Порт ввода — для подключения устройства ввода и кратковременного хранения ин формации;
ГТИ — генератор тактовых импульсов. Вырабатывает систему синхронизирующих сигналов;
МП - микропроцессор; Память — запоминающее устройство, предназначено для хранения информации;
ОЗУ — оперативное запоминающее устройство (информация может обновляться); ПЗУ — постоянное запоминающее устройство (записывается один раз); Порт вывода — предназначен для подключения устройства вывода и кратковременно
го хранении информации, УВыв. — устройство вывода: монитор, принтер, дискета, плоттер, ит. д.
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................................................................... |
з |
1.ОСНОВЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ...................................................................... |
з |
1.1 Полупроводниковые приборы................................................................................................................................. |
3 |
1.1.1. Физические основы полупроводников................................................................................................................. |
3 |
1.1.2. Диоды...................................................................................................................................................................... |
7 |
1.1.3. Транзисторы........................................................................................................................................................... |
9 |
1.1.4 Тиристоры |
14 |
1.1.5. Оптрон |
17 |
1.1.6. Интегральные микросхемы (ИМС).................................................................................................................... |
17 |
1.2. Устройства промышленной электроники....................................................................................................... |
18 |
1.2.1. Усилители................................................................................................................................................ ........... |
18 |
1.2.2. Генератор прямоугольных колебаний (мультивибратор)................................................................ ............ |
30 |
2.0СН0ВЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ...................................................................... |
зз |
2.1. Логические функции и логические схемы......................................................................................................... |
33 |
2.2. Триггеры ........................................................... |
35 |
2.2.1. Триггер г-.г-типа................................ |
36 |
2.2.2. /2-триггер............................................................................................................................................................... |
37 |
2.2.3. 7-триггер................................................................................................................................................................ |
38 |
2.2.4. J-к триггер............................................................................................................................................................. |
38 |
2.3. Регистры |
38 |
2.4. Счётчики............... |
40 |
2.4.1. Трёчразрядный двоичный счётчик на сложение.............................................................................................. |
40 |
2.4.2. Трёчразрядный двоичный счётчик на вычитание............................................................................................ |
40 |
2.4.3. Десятичные счётчики.......................................................................................................................................... |
41 |
2.5. Цпфро-ала. IOI овый преобразователь (ЦДЛ)...................................................................................................... |
42 |
2.6. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)....................................................................................................... |
43 |
2.7. Комбинационные устройства................................................................................................................................ |
44 |
2.7.1. Дешифратор........................................................................................................................................................... |
45 |
2.7.2. Мультиплексор...................................................................................................................................................... |
45 |
2.7.3. Сумматор............................................................................................................................................................... |
46 |
2.7.4. Цифровая счсма сравнения (компаратор)......................................................................................................... |
46 |
2.8. Арифметико-логическое устройство (АЛУ)....................................................................................................... |
47 |
2.9. Микропроцессор........................................................................................................................................................ |
47 |
2.10. МнкроЭВМ.............................................................................................................................................................. |
48 |