Раздел: Документация
0 ... 7 8 9 10 11 12 13 ... 39 j 4. Цифровые схемыа- 4.2.Текущее состояние на выходе комбинационной ТРИГГЕРЫ схемы, составленной из вентилей, о которых мы говорили выше, полностью определяется комбинацией входных сигналов, присутствующих в данный момент на входах. Причем одно и то же состояние на выходе сохраняется лишь до тех пор, пока сохраняется соответствующая комбинация «нулей» и «единиц» на входах. Помимо комбинационных схем, в вычислительной технике очень часто используются устройства, способные «запоминать» входные сигналы. Они изменяют состояние на выходе в результате воздействия короткого входного сигнала, оставаясь в этом состоянии до прихода на соответствующий вход очередного сигнала определенной формы. Такие устройства называют последовательно-стными схемами. К классу последовательностных прежде всего относят триггеры. Триггер имеет один или несколько входов и два выхода - прямой (Q) и инверсный (Q). Если на первом выходе сигнал соответствует «1», то на втором выходе обязательно будет «О», и наоборот. В результате воздействия соответствующего сигнала на входе триггер изменяет состояние выходов на противоположное («1» меняется на «О», а «О» - на «1») и остается в этом состоянии до тех пор, пока на его входы не придут управляющие сигналы или будет отключено питание устройства. Счетный триггер (Т-триггер) Счетный триггер имеет один вход (Т) и два выхода (Q и Q). Состояние на его выходах изменяется путем инверсии выходного сигнала (на одном из входов «О» меняется на «Ь, а на втором - «1» на «О»). «Переброс» (быстрый переход) состояния триггера происходит в момент поступления на его вход Т (Рис. 4.4) нарастающего фронта (резкого перехода из состояния «О» в состояние «1») импульса управления, который является «спусковым крючком», приводящим триггер в действие. Как видно из диаграммы, спадающий фронт (обратный переход из состояния «1» в состояние «О») сигнала на входе Т не вызывает изменения состояния выходов триггера. В момент прихода переднего фронта следующего импульса триггер вернется в состояние, в котором он был до прихода первого импульса. Таким образом, Т-триггер «умеет считать» только до двух, так как его реакция на каждый следующий нечетный импульс внешне ничем не отли- 4.2. Триггеры Обозначение на схемах [ «Переброс» состояния триггера происходит i I момент нарастающего фронта импульса ВходТ Выход Q Выход Q ~1 Время Временная диаграмма Рис. 4.4. Т-триггер чается от его реакции на первый импульс. Если сигнал с выхода этого триггера подать на вход другого триггера, получится система, в которой по комбинации состояний на выходах обоих триггеров можно различить четыре импульса на входе первого триггера. Эти математические способности Т-триггеров находят применение в двоичных счетных схемах. D-триггер D-триггер имеет два входа: D (date) - вход данных, CL (clock) - вход синхронизации и два выхода (Q и Q). Принцип работы D-триг-гера легко понять с помощью диаграммы, приведенной на Рис. 4.5. Как видно из диаграммы, логический сигнал на прямом выходе Q в момент прихода положительного фронта синхроимпульса на вход CL Устанавливается равным логическому сигналу на входе данных D. Логический сигнал на инвертирующем выходе Q всегда противоположен сигналу на прямом выходе. Необязательно, чтобы на счетный вход подавались импульсы тактовой частоты с одинаковым периодом. Достаточно любого сигнала, который во времени изменяет состояние из «О» в «1». На основе восьми D-триггеров можно построить так называемую схему «защелки» для регистра, запоминающего одновременно 8 разрядов двоичного числа, которые применяются в портах ввода-вывода. В момент нарастающего фронта импульса на счетном входе состояние входа D передается на выходQ D Q CL Q Обозначение на схемах ВходБ Счетный вход Выход Q Выход Q  •Время Временная диаграмма Рис. 4.5. D-триггер В вычислительной технике, помимо упомянутых выше D- и Т-триггеров, часто используются триггеры двух других видов - RS-триггер, о котором будет сказано несколько слов в разделе 7.4, и JK-триггер. Они применяются в устройствах хранения информации, представленной в виде двоичных чисел, в счетчиках импульсов, устройствах формирования сигналов. Итак, в предыдущей и настоящей главах мы ознакомились с функциями основных элементов цифровых схем - вентилями и триггерами. Теперь настало время поговорить о том, в каком виде обычно продаются триггеры и вентильные схемы и каким образом они выполняют в компьютере возложенные на них функции. В следующем параграфе мы подробно рассмотрим устройство и основные параметры относительно недорогих цифровых интегральных схем, выполненных по технологии ТТЛ. 4 gИнтегральные схемы этого вида ТТЛ (ТРАНЗИСТОРНО- впеРвые были разработаны американ-ТРАНЗИСТОРНЫЕcxo ФИРМ0И «Texas Instrument Согр». ЛОГИЧЕСКИЕ) СХЕМЫ ® числе наиболее распространенных приборов данного типа можно назвать логические микросхемы серии SN7400. Сегодня аналогичные приборы выпускаются многими фирмами. В ТТЛ логических схемах «О» соответствует напряжению О В, а логическая «1» - напряжению +5 В. Это номинальные значения напряжения сигнала. На самом деле логические элементы сохраняют работоспособность, если уровень напряжения, соответствующего логической «1», находится вдиапазоне от 1.3 до 5.25 В. Напряжение ниже 1.3 В обрабатывается электронной схемой, как логический «О». Более точная схема уровней напряжения логических сигналов для ТТЛ-микросхем приведена ниже. Для краткости их часто называют уровнями ТТЛ или ТТЛ-уровнями. Завод - изготовитель микросхем гарантирует их работоспособность в температурном диапазоне 0...70°С. Q ТТЛ-уровнир> Уровень входного Уровень выходного сигнала сигнала 5 В-;-,-5 В ВЫСОКИЙ ВЫСОКИЙ 2.0- ...i..---i-2.4 /j j g4................. tX Область неустойчивой г0.4 низкий"Т0,4В низкий о Уровень сигнала «Ь (ВЫСОКИЙ) на входе должен быть выше 2.0 В В состоянии «1» (ВЫСОКИЙ) на выходе напряжение должно быть больше 2.4 В Вентильные схемы ТТЛ На Рис. 4.6 показано назначение выводов (цоколевка) двух типов микросхем ТТЛ - SN7400 и SN7404. Обе микросхемы выпускаются в корпусе размером 20x8x5мм с 14 выводами. Интегральная схема SN7400 состоит из четырех так называемых двухвходовых схем «И-НЕ». Интегральная схема SN7404 включает в себя 6 логических элементов «НЕ», часто называемых инверторами. У обеих ИС на 14-й вывод (Усе) подается напряжение источника питания (+5 В ±5%), 7-й вывод (GND) - общий (0 В). 4x2 «И-НЕ» 6 «НЕ» (инверторов) 1Широко 1 распростра- j нены и стоят I . недорого I Ш Пз1 Ш ITil По] Г71 III ксс i-i 1 - -I 1 г г In-Нп-т-- ш ш ш ш ш ш ш GND Ш Пз1 Пг1 [Til По1 Ш Гв] 4>j 4>J 4>J )SN7404 ii егш егтю-dm GND Номера выводов отсчитываются от этой метки против часовой стрелки (*сс): напряжение питания (5 В ±5%), GND: общий вывод (О В) Рис. 4.6. Цоколевка ИС SN7400 и SN7404 ИС этой серии выпускаются в очень широком ассортименте: логические элементы «И», «ИЛИ», «НЕ», «Исключающее ИЛИ», «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ» и т. д. Помимо 2-входовых вентилей, имеются также вентили с 4 и даже 8 входами. Благодаря относительно невысокой стоимости (всего несколько десятков йен за одну микросхему, состоящую из четырех вентилей «И-НЕ») микросхемы ТТЛ-серии SN7400 пользуются популярностью у конструкторов-любителей. На примере ТТЛ-микросхемы серии SN7400 рассмотрим, как работает вентиль «И-НЕ» (Рис. 4.7). Прежде всего необходимо подать напряжение от источника питания на 7-й и 14-й выводы микросхемы. Седьмой вывод присоединяется к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения 5 В, а четырнадцатый вывод - к его положительному полюсу. С помощью двух выключателей, подключенных к входной цепи вентиля, как показано на Рис. 4.7, проанализируем особенности работы ТТЛ-вентиля «И-НЕ» для различных вариантов включения. В первом варианте (вентиль А) схема вообще не будет работать как логический элемент, так как при любых положениях выключателей, подсоединенных к выводам 1 и 2, на выходе вентиля (вывод 3) все- Вольтметр Резистор, который смещает напряжение вверх  Источник питания -=-(+5 В) Если хотя бы один контакт замкнут, то сигнал на выходе равен «1» Рис. 4.7. Включение микросхемы SN7400 в режиме вентиля «И-НЕ» гда будет присутствовать уровень напряжения НИЗКИЙ (логический «О»). Дело в том, что внутри микросхемы имеются резисторы, через которые входы соединены с положительным полюсом источника питания. Таким образом, на обоих входах сигнал соответствует «1» независимо оттого, замкнуты или разомкнуты соответствующие выключатели. В этом случае, в соответствии с Табл. 4.2, на выходе всегда будет «О». Во втором варианте включения (вентиль В) входы логического элемента (выводы 4 и 5) соединены с отрицательным полюсом источника питания (общий вывод) через резисторы сопротивлением 390 Ом. Это сделано для того, чтобы снизить начальное напряжение на входах до уровня логического «О». В этом случае при разомкнутых выключателях во входной цепи на выходе логического элемента (вывод 6) сигнал будет равен «1». Чтобы получить на выходе логический «О», необходимо подать на оба входа «1» (Табл. 4.2), для чего следует замкнуть оба выключателя. Во всех других случаях сигнал на выходе будет равен «1». Посмотрим теперь как работает вентиль С. Ранее мы выяснили, что на свободные входы ТТЛ-вентиля через внутренние резисторы 0 ... 7 8 9 10 11 12 13 ... 39
|
