Лекция 6 Вспомогательные цифровые элементы

Лекция 6
Вспомогательные цифровые элементы
1. Назначение вспомогательных цифровых элементов
2. Цифровые мультивибраторы / одновибраторы
3. Триггер Шмитта
4. Элементы задержки
5. Цифровые генераторы
Литература:
Компьютерная схемотехника. Н.Бабич, И.Жуков. МК-Пресс. 2004г
Основы микропроцессорной техники. Ю.Новиков. Бином. 2006г
1.1 Назначение вспомогательных цифровых
элементов
Вспомогательные цифровые элементы не
предназначены для выполнения логических
операций или запоминания данных, но
необходимы для построения цифровых устройств.
К ним относятся элементы для формирования и
генерации импульсных сигналов, а также их
визуальной индикации.
1.2 Элементы формирования и генерации
импульсных сигналов
К элементам генерации и формирования импульсных
сигналов относятся:
Мультивибраторы
Одновибраторы
Триггеры Шмитта
Цифровые генераторы
И.Т.Д
2.1 Цифровые
мультивибраторы/одновибраторы
Мультивибраторы предназначены для
формирования последовательности
прямоугольных импульсов. Рассмотрим ждущие
мультивибраторы(одновибраторы), которые
формируют одиночные прямоугольные импульсы
большой длительности.
2.2 Ждущие
мультивибраторы. Условно-графическое
обозначение АГ1
Ждущие мультивибраторы (одновибраторы) имеют
обозначение АГ. В составе 133, 155, 530 серий ТТЛ имеются
микросхемы АГ1. Условно-графическое обозначение:
Вывод 14 - питание
Вывод 7 - общий
Одновибратор имеет 3 входа:
- входы запуска (¬A1, ¬A2, B)
Одновибратор имеет 2 выхода:
- (¬Q1, Q1)
2.3 Ждущие
мультивибраторы в интегральном исполнении
Одновибратор АГ1 нельзя перезапускать, пока не
закончится предыдущий выходной импульс.
На следующем слайде приведены временные
диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу
одновибратора в случае, когда его запуск
осуществляется положительным перепадом
напряжения на входе B при напряжении на входе
¬A1 = 0 и любом напряжении на входе ¬A2.
2.3 Ждущие
мультивибраторы. Временные диаграммы для
¬A1
АГ1
¬A1 = 0
U0
t
B
U1
U0
t
Q
U1
Импульсы,
подаваемые на
вход B в моменты
времени t2 и t3 на
запущенный
одновибратор не
влияют
tи.вых
перезапуск
U0
t
t1
t2
t3
t4
2.4 Ждущие
мультивибраторы. Таблица переходов для АГ1
Входы
Выходы
¬A1
¬A2
B
Q
¬Q
0
x
1
0
1
x
0
1
0
1
x
x
0
0
1
1
1
x
0
1
1
↓
1
↓
1
1
↓
↓
1
0
x
↑
x
0
↑
2.5 Ждущие
мультивибраторы в интегральном исполнении
В составе 533, 555, 1533 серий ТТЛ имеются микросхемы
АГ3. Микросхема АГ3 включает 2 ждущих одновибратора с
возможностью перезапуска. Условно-графическое
обозначение:
Каждый из одновибраторов
имеет 3 входа:
- вход сброса ¬R1(¬R2)
- входы запуска (¬А1, В1)
входы запуска (¬А2, В2)
Каждый одновибратор имеет
2 выхода:
- (¬Q1, Q1)
(¬Q2, Q2)
2.6 Ждущие
мультивибраторы в интегральном исполнении
Если одновибратор АГ3 запущен, то выходной
импульс можно продолжить (перезапустить),
например, при ¬R = 1, ¬A = 0, подав на вход В
положительный перепад напряжения. На
интервале времени t1-t2 длительность импульса tи
определяется параметрами времязадающей
цепочки RtCt, а на интервале времени t2-t5 –
импульса перезапуска на входе B, поступившими в
моменты времени t3, t4.
На следующем слайде приведены временные
диаграммы.
2.6 Ждущие мультивибраторы. Временные
диаграммы для АГ3
длительность
импульса при одном запуске
¬R
¬R = 0
U0
t
¬A
¬A = 0
длительность импульса при многократном перезапуске
U0
t
B
U1
U0
t
Q
U1
tи
tи
U0
t
t1
t2
t3
t4
t5
2.7 Ждущие
мультивибраторы. Таблица переходов для АГ3
Входы
¬R
¬A
0
x
B
x
Q
0
Выходы
¬Q
1
0
0
1
1
x
x
1
1
x
0
x
0
↑
1
↓
1
↑
0
1
3.1 Триггер Шмитта
Существует специфический вид триггера – триггер
Шмитта. Триггер Шмитта не обладает памятью. Его
используют для формирования прямоугольных
импульсов из напряжения произвольной формы.
Структурная схема триггера Шмитта:
3.1 Триггер Шмитта
Если на вход подавать возрастающее напряжение,
то при некотором напряжении Uвкл в момент
времени t1 напряжение на выходе скачком
переходит из состояния “0” в состояние “1”. Если
после этого уменьшать входное напряжение, то
при Uвх = Uвыкл в момент времени t2 напряжение
скачком переходит из состояние “1” в “0”.
На следующем слайде приведены временные
диаграммы.
3.1 Триггер Шмитта
Примеры формирования прямоугольных импульсов:
Пример № 1
Пример № 2
Uвх
Uвх
Uвкл
Uвкл
Uвыкл
Uвыкл
0
t
Uвых
Uвых
U1
U1
U0
U0
0
t
0
t
0
t
3.1 Триггер Шмитта
Варианты условного обозначения триггеров Шмитта:
4.1 Элементы задержки
Элементы задержки предназначены для
задержки цифрового сигнала на время tзад
для временного согласования
распространения сигналов по различным
путям в цифровом устройстве. На практике
применяют различные варианты реализации
задержек: отрезки специальных
коаксиальных кабелей, цепочки логических
элементов, RC-цепочки, одновибраторы
и.т.д.
4.2 Элемент
задержки на логических элементах ИЛИ-НЕ
Элементы задержки на инверторах с прямым и
инверсным выходами:
При нечетном количестве инверторов, задержанный сигнал инвертируется
Uвх
Uвх
t
0
Uвых
Uвых
0
t
tзад
t
0
0
t
tзад
5.1 Цифровые генераторы
С помощью элементов задержки и простых
логических схем решаются задачи формирования
одиночных импульсов по длительности и
генерации импульсных последовательностей. По
сравнению с аналоговыми генераторами,
цифровые обладают более высокой
стабильностью и точностью воспроизведения
сигнала, что в ряде случаев является решающим
фактором.
5.2 Цифровые генераторы
Пример импульсного генератора.
структурная схема:
временная диаграмма напряжений:
Эл. задержки
tзад
T
Появление "1" на нижнем входе элемента И-НЕ приводит к
появлению единиц на обоих входах и нуля на выходе. Это
состояние сохраняется в течении интервала времени,
равному tзад, так как по его истечении на верхний вход
элемента И-НЕ поступит "0" и переведет его в состояние
логической единицы. Затем по истечении интервала времени
tзад состояние элемента И-НЕ изменится на противоположное.
Следовательно, схема будет генерировать импульсы, у
которых длительность и время паузы равны.
КОНЕЦ