книги / Цифровые измерительные преобразователи и приборы

через специальную схему задержки так, чтобы она попала в схему сложения в момент прихода следующего тактового импульса.

На рис. 1.7 изображена структурная схема одноразрядного двоич­ ного сумматора, реализующая необходимый алгоритм сложения, в момент действия тактового импульса № 5. На схемы Ии И2, и И3

Рис. 1.7. Структурная схема одноразрядного двоичного сумматора

подаются все возможные комбинации по две цифры из трех слагае­ мых А, Б и В. Если хотя бы в одной комбинации будет две единицы (что означает необходимость переноса), то одна единица будет передана через соответствующую схему И (на рисунке Ht) и схему ИЛИ± для переноса в старший разряд. Если такой комбинации не создается, то на зажиме П будет нуль. Остальные элементы схемы служат для полу­ чения на выходе С нужной цифры данного разряда суммы — единицы, если единица есть только в одном слагаемом, и нуля (с переносом), если единицы имеются в двух слагаемых. Это обеспечивается комбина­ цией схем НЕ и Иь. Наличие переноса дает во всех возможных слу­ чаях нуль на выходе схемы Иъ и входе схемы ИЛИ3. Следовательно, на выходе С сумматора единица может появиться только при наличии единиц во всех трех слагаемых (тогда схема Я4 дает на выходе еди­ ницу).

При отсутствии переноса на входе схемы Иъ будет единица, т. е. достаточно иметь единицу хотя бы в одном из слагаемых, чтобы она через схему ЯЛЯ2, Я5 и ИЛИ3 поступила на выход С сумматора. При этом в качестве третьего слагаемого (В) обычно используется сигнал переноса единицы в старший разряд, т. е. выход Я (см. рис. 1.7) через схему задержки (на один тактовый импульс) подсоединяется ко входу В одноразрядных сумматоров. По аналогичным принципам строятся и другие узлы арифметических устройств.

Запоминание

Запоминающие устройства предназначены для хранения сигналов или чисел и состоят из запоминающих элементов, обладающих двумя устойчивыми состояниями, т. е. способных хранить один двоичный разряд (0 или 1) числа. В виде запоминающих элементов наибольшее распространение получили триггеры (ламповые и полупроводниковые)

Параллельный Вывод

Рис. 1.8. Структурные схемы двоичных регистра (а) и счетчика (б) на триггерах

и ферритовые сердечники. Кроме того, можно использовать разнооб­ разные физические или химические явления.

При применении триггера в качестве запоминающего элемента одно из его состояний принимается за 1 (высокий выходной потен­ циал), а другое — за 0. При этом каждый из выходных зажимов играет роль самостоятельного выхода с состоянием, противоположным вто­ рому выходу.

Цепочку триггеров, соединенных последовательно, можно исполь­ зовать как регистр (рис. 1.8, а) для запоминания двоичного числа с количеством разрядов, равным числу триггеров. В этом случае триг­ геры имеют дополнительные входы для подачи «сдвигающих» импуль­ сов. Предположим, что в исходном состоянии со всех триггеров снима­

ются нули (двоичное число 0000) и в регистр надо ввести число 1011, заданное (см. рис. 1.8, а) в виде соответствующей последовательности импульсов на основном входе старшего триггера (Тг4). Последователь­ ность работы регистра при этом будет такая. Первый входной импульс перебрасывает 7г4, на выходе которого устанавливается 1, а возни­ кающий при этом положительный потенциал не воздействует на Тг3. В регистре зафиксировано число 1000. После этого поступает импульс сдвига, перебрасывающий Тг4 в исходное состояние (0) и за счет воз­ никающего при этом отрицательного потенциала перебрасывающий 7г3 на 1. Произошел сдвиг числа на один разряд вправо и в регистре зафиксировано число 0100. Далее процесс протекает аналогично. Следующий входной импульс записывает 1 в Тг4 (на регистре число 1100), а следующий импульс сдвига сдвигает это число'на разряд вправо, так как сбрасывает единицы с Тг4 и Тг3 и переносит их в Тг3 и Тг2(на регистре число 0110). Так как в этом случае Тг3одновременно должен и сбросить единицу от импульса сдвига и записать единицу от Тг4, необходимо несколько задержать импульс от Тг4. Эту функцию выполняют линии задержки ЛЗУустанавливаемые между триггерами. Следующий входной импульс отсутствует и состояние регистра не меняется, а следующий импульс сдвига сдвигает записанное в нем число на разряд вправо (в регистре число ООП), Последний входной импульс записывает в Тг4 единицу, и процесс ввода заканчивается (в регистре число 1011).

Записанное число можно вывести параллельно непосредственно

стриггеров и последовательно с выхода регистра путем подачи серии импульсов сдвига в количестве, равном числу разрядов,регистра,.или сдвинуть вправо на количество разрядов, равное количеству поданных импульсов сдвига. При параллельном вводе записываемого числа разрядные импульсы подаются на соответствующие триггеры одновре­ менно. В этом случае импульсы сдвига используются только при необходимости последовательного вывода записанного числа.

Последовательную цепочку триггеров можно использовать и как двоичный счетчик (рис. 1.8, б) последовательности входных импульсов

сколичеством разрядов, также равным количеству триггеров. В этом случае оба входа триггера объединяются в так называемый «счетный вход», и при каждом следующем входном импульсе триггер перебра­ сывается в другое состояние, т. е. на его выходе поочередно появ­ ляются то 1, то 0. Входные импульсы подаются на триггер самого млад­ шего разряда.

Рассмотрим последовательность работы трехразрядного двоич­ ного счетчика (см. рис. 1.8, б), предполагая, что в исходном состоянии на выходах .всех триггеров были нули (в счетчике число 000). Первый входной импульс перебрасывает Тгх в состояние 1 (в счетчике число

001), второй вернет его в состояние 0, а импульс с Тгх перебрасывает Тг2 в состояние 1 (в счетчике число 010) и т. д. до седьмого импульса (в счетчике число 111 и он заполнен). Очевидно, что восьмой импульс приведет счетчик в исходное состояние. Записанное в счетчике число можно вывести параллельно или последовательно через дополнитель­ ный регистр.

дешифрации из общего количества ламп, размещенных на экране. На рис. 1.11,6 каждая лампа подсвечивает свою цифру, выгравированную на общем прозрачном экране или на торцах ламп. На рис. 1.11,6 каж­ дая лампа проектирует изображенную на соответствующей диафрагме цифру на общий матовый экран. На рис. 1.11, г каждая лампа подсве­ чивает с торца свою прозрачную пластинку с выгравированной на ней соответствующей цифрой. Пластинки устанавливают в пакет друг за другом. На рис. 1.11, д каждая сигнальная лампа подсвечивает свое отверстие в экране. Отверстий может быть 7 или 9; в последнем случае конфигурация цифр лучше. В обоих случаях входной код числа должен подаваться через дешифратор для преобразования в семиричную или

®

О

©

Ф

а;

Ф

©

©

©

» * в н 31 ©

5) ^

©

в)

Рис. 1.11. Ламповые цифровые индикаторы

девятиричную систему. Имеются проекционные индикаторы, исполь­ зующие интерференционный метод и являющиеся одновременно пре­ образователями двоичного числа в десятичное. Специальные индика­ торные лампы накаливания обладают сроком службы до 15 000 ч при максимальной скорости индикации до 15—20 знаков в секунду; нео­ новые лампы — соответственно 50 000 ч и 10® знаков в секунду.

На рис. 1.12 показана схема включения одного девятиэлементного цифрового индикатора при десятичном входном сигнале, поданном на диодный дешифратор. При всех разомкнутых контактах горят лампы, обозначенные номерами I, II, III, IV и VI. Если, как показано на рисунке, замкнуть контакт 2, то зашунтируется и погаснет лампа III, но загорится лампа VIII, т. е. индикатор покажет цифру 2. Группы диодов здесь играют роль схем ИЛИ. Запятая нужна при многоразряд­ ной индикации и служит для указания предела измерения. Возможны и другие варианты схем включения.

Рис. 1.12. Схема включения девятиэлементного цифрового индикатора

Электролюминесцентные индикаторы

Электролюминесцентные индикаторы выполняют обычно в виде стеклянной пластинки, с задней стороны которой наносится прозрач­ ный электропроводящий слой (передний электрод), а на него фосфорный диэлектрик (светящийся слой). Задний электрод выполняется в виде отдельных плоских металлических лепестков (по-типу рис. 1.11, <3), создающих свечение расположенного под их поверхностями диэлек­ трика, если к лепесткам подводится переменное напряженке опреде­ ленной частоты. От значения и частоты питающего напряжения зави­ сит цвет и яркость свечения. Достоинствами таких индикаторов являются малые габариты, незначительная потребляемая мощность и высокое быстродействие; недостатком — необходимость в специаль­ ном источнике питания, являющемся в ряде случаев дополнительным источником внутренних помех прибора.

Газоразрядные индикаторы

Газоразрядные индикаторы — это декатроны и индикаторные лампы типа ИН. Размеры цифр у выпускаемых декатронов невелики, поэтому их применяют в основном в различных счетных схемах.

Конструкция наиболее распространенного газоразрядного индика­ тора ИН, показанная на рис. 1.13, состоит из общего анода, выпол­ ненного в виде металлической сетки, и десяти катодов в виде цифр от 0 до 9 из нихромовой проволоки. Цифры светятся при появлении напряжения между анодом и соответствующим катодом, так как баллон лампы заполнен неоном. Помимо конструкции, показанной на рис. 1,13, выпускают индикаторные лампы ИН с вертикальным расположением цифр, знаковые (+ и —, mV, fi и т. п.) и др. Максимальный срок службы ламп ИН при быстродействии порядка 10 000 знаков в секунду

циал попадет на эмиттеры всех нечетных транзисторов и на базы всех транзисторов, кроме Т2 и Т3. Но потенциал на эмиттере Т2равен нулю, поэтому откроется только транзистор Т3. Аналогично можно рас­ смотреть и другие состояния схемы. Подобные схемы можно составить для любого входного кода. Варианты, выполненные на интегральных схемах, описаны в [25].

За последние годы широкое распространение получили различные способы и схемы так называемой динамической цифровой индикации.

Косновным преимуществам динамической индикации относятся

малое потребление энергии, благодаря питанию элементов схемы

Рис. 1.16. Схема динамической цифровой индикации

импульсами большой скважности, и ненадобность в специальных дешифраторах для перевода различного типа систем счисления в деся­ тичную. Основная идея динамической индикации заключается в том, что импульс, высвечивающий, нужную цифру индикатора, периоди­ чески подается на соответствующий катод индикатора и совпадает по времени с импульсом, снимаемым со счетчика и подаваемым на анод индикатора. Особенно удобна и экономична динамическая индикация при большом числе разрядов отсчета.

Рассмотрим простейший вариант схемы динамической индикации, показанный на рис. 1.16. После занесения любого десятичного числа

вцифровой счетчик, состоящий из десятичных декад ЦСЪ ЦС2, ....

ЦСт, размыкаются контакты К и схема переходит в режим индикации. Импульсы от генератора импульсов ГИ через распределитель импуль­ сов РИ подаются параллельно на катоды цифровых индикаторов ИН

вобратной последовательности, т. е. первый импульс поступает на девятый катод, второй — на восьмой и т. д. Эти циклы периодически повторяются. Импульсы от ГИ одновременно поступают на декады цифрового счетчика, и при их переполнении они открывают высоко­ вольтные ключи + Клт, через которые к анодам ИН подается