На временном интервале Т2 напряжение на входе DD1 U11 < Uпор, поэтому на выходе DD1 - высокий уровень , а на выходе элемента DD2 - низкий . Конденсатор С вновь перезаряжается. Ток перезаряда С протекает в противоположном направлении по цепи: (“+Епит”; ; R; С; ; “земля”).

По мере перезаряда ток через резистор R уменьшается экспоненциально с постоянной времени

,(8.2)

а напряжение на входе DD1 экспоненциально возрастает от уровня , асимптотически стремясь к уровню .

В момент совпадения U11 и Uпор схема вновь переключается. На выходе U22 появляется положительный скачок напряжения, который через конденсатор С прикладывается ко входу U11, вызывая там также скачок напряжения. Далее описанные процессы повторяются.

Период генерируемых импульсов определяется зависимостью [12]

(8.3)

при условии, что величина резистора R лежит в диапазоне:

240 Ом < R < 470 Ом.(8.4)

К достоинствам рассмотренного МВ относятся: простота схемы и стабильность частоты генерации. При изменении напряжения питания ИМС ТТЛ-типа в диапазоне (4,5...5,5) В частота изменяется только на 2%. Главный недостаток - искажение вершины выходных импульсов, т.к. выход связан с конденсатором, который постоянно перезаряжается.

Для устранения этого недостатка в схему вводят еще один элемент И-НЕ (инвертор).

8.2 ГТИ на 3-х инверторах.

В схеме такого генератора (рисунок 8.3) резистор R отключен от выхода DD1 и подключен к выходу элемента DD3.

Рисунок 8.3

Перезаряд конденсатора С происходит через резистор R и выходные цепи DD2 и DD3. Поскольку элемент DD1 не нагружен емкостью, импульсы на его выходе обладают хорошей прямоугольностью. Принцип работы схемы аналогичен предыдущей. Временная диаграмма работы показана на рисунке 8.4

Величина резистора R выбирается из условия [12]

240 Ом < R < 1,5 кОм.(8.5)

Рисунок 8.4

Период генерируемых импульсов

(8.6)

9. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА КОМПЬЮТЕРНОЙ (ЦИФРОВОЙ) ЭЛЕКТРОНИКИ

9.1 Комбинационные цифровые устройства (КЦУ)

Логические устройства, выходные сигналы которых однозначно определяются комбинацией входных логических переменных в рассматриваемый момент времени, называются комбинационными.

9.1.1 Анализ и синтез КЦУ

В процессе проектирования любого устройства выполняется ряд действий, которые можно отнести к задачам анализа и синтеза.

9.1.1.1 Анализ КЦУ

Выполнение задач анализа КЦУ предполагает наличие готовой функциональной схемы устройства на логических элементах заданного базиса. В процессе анализа оцениваются некоторые характеристики имеющейся схемы КЦУ. Например, можно составить булево выражение и таблицу истинности, определяющие преобразование информации в КЦУ; минимизировать логическую функцию, которую выполняет анализируемая схема; оценить аппаратные затраты на реализацию схемы; её быстродействие; потребляемую мощность; рассмотреть возможность образования в схеме ложных опасных состояний в результате состязаний (гонок) и др.

9.1.1.2 Синтез КЦУ

Синтез КЦУ предусматривает построение функциональной схемы устройства, т.е. определение состава необходимых логических элементов и соединений между ними, при которых обеспечивается преобразование входных цифровых сигналов в выходные в соответствии с заданными условиями работы устройства. В процессе синтеза необходимо минимизировать аппаратные затраты на реализацию устройства. Рассмотрим особенности синтеза КЦУ с одним выходом. Последовательность синтеза целесообразно разбить на ряд этапов.

Этап 1. Задание логической функции, определяющей функционирование синтезируемого КЦУ. Как отмечалось ранее, это можно сделать словесно, с помощью таблиц истинности или булевых выражений.

Этап 2. Минимизация логической функции, которая осуществляется алгебраическим или графическим методом (с помощью диаграмм Вейча, карт Карно).

Этап 3. Запись булевого выражения минимизированной переключательной функции.

Этап 4. Преобразование булевого выражения минимизированной ПФ для реализации её в заданном базисе И-НЕ или ИЛИ-НЕ.

Этап 5. Составление функциональной схемы КЦУ, т.е. изображение нужных логических элементов и связей между ними.

Проиллюстрируем этапы синтеза КЦУ на примере.

Необходимо синтезировать на элементах И-НЕ КЦУ на три входа, выходной сигнал которого совпадает с большинством входных сигналов.

Данное словесное описание задает логическую функцию МАЖОРИТАРНОСТЬ. Её работу отражает таблица истинности (таблица 9.1).

Таблица 9.1

Булево выражение ПФ в СДНФ имеет вид

(9.1)

Минимизируя данное выражение, используя тождества и теоремы булевой алгебры, получим

.(9.2)

Преобразуем данное выражение для его реализации в базисе И - НЕ.

Применяя теорему де Моргана, получим

.(9.3)

Функциональная схема синтезируемого КЦУ, реализующего выражение (9.3) на элементах И-НЕ, приведена на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1

На практике широко применяются КЦУ, имеющие несколько выходов. При проектировании таких устройств можно воспользоваться рассмотренными выше правилами синтеза, если представить устройство в виде совокупности соответствующего числа КЦУ с общими входами.

Функционирование КЦУ с m-выходами описывается (задается) аналогичным количеством переключательных функций, над каждой из которых в процессе синтеза выполняются действия, описанные выше.

9.1.2 Типовые КЦУ

В цифровой технике при построении сложных устройств широко применяются не только отдельные логические элементы, реализующие элементарные булевы функции, но и их комбинации в виде типовых структур, выполняемых как единое целое в виде интегральных микросхем (ИМС). На входы таких структур могут подаваться информационные логические сигналы и сигналы управления. Последние могут определять, например, порядок передачи информационных входных сигналов на выход или играть роль сигналов синхронизации. Во многих случаях, особенно при использовании в устройствах выходных цепей с тремя состояниями, в качестве сигналов синхронизации выступают сигналы “Выбор микросхемы” (CS). Наличие активного значения такого сигнала управления (в одних схемах это логический нуль, в других - логическая единица) разрешает устройству выполнение заданных функций, отсутствие его - переводит схему в “невыбранное” состояние, при котором она не выполняет обработку информации, а её выходы отключены от нагрузки.

9.1.2.1 Шифраторы и дешифраторы

В повседневной жизни для представления чисел мы применяем десятичную систему счисления. Если последняя используется для представления дискретных сообщений (дискретной информации - данных), то говорят о кодировании – установлении соответствия между элементами данных и совокупностью символов, называемых кодовой комбинацией. В большинстве современных компьютеризированных систем управления и автоматики входная дискретная информация представлена в десятичном (унитарном) коде, а обработка информации цифровым компьютером осуществляется над данными, представленными в двоичном коде. Возникает задача преобразования десятичного (унитарного) кода в двоичный при вводе в систему и обратного перевода двоичного кода в десятичный (унитарный) при выводе из цифровой системы результатов обработки информации.

Комбинационное цифровое устройство (КЦУ), выполняющее перевод десятичного (унитарного) кода в двоичный, называется шифратором (кодером) двоичного кода, а осуществляющее преобразование двоичного кода в десятичный (унитарный) – дешифратором (декодером) двоичного кода.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33