Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Сх ЭВМ / Схемотехн ЭВМ ч.2.doc
Скачиваний:
404
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
1.71 Mб
Скачать

Компараторы цифровых сигналов

Сравнение кодированных сигналов осуществляется с помощью цифровых компараторов. Цифровые компараторы выполняют сравнение двух чисел, заданных в двоичном (двоично-десятичном) коде. В зависимости от схемного исполнения компараторы могут определять равенство А = В (А и В – независимые числа с равным количеством разрядов) либо определять вид неравенства: А < В или А > В. Результат сравнения отображается соответствующим логическим уровнем на выходе.

Цифровые компараторы широко применяются для выявления нужного числа (слова) в потоке цифровой информации, для отметки времени в часовых приборах, для выполнения условных переходов в вычислительных устройствах, реализации программно управляемых приоритетов в системах прерывания компьютеров и т. д.

Ниже приведены схемы одноразрядного (рис. 11.11) и двухразрядного компараторов (рис. 11.12).

Рис. 11.11. схема сравнения одноразрядных чисел

Рис. 11.12. схема определения неравенства двухразрядных чисел

Многоразрядные компараторы строятся на базе одноразрядных. Применяют два способа построения многоразрядных компараторов. При первом способе сравнение идет последовательно разряд за разрядом. При появлении неравенства в каком-либо из разрядов, сравнение прекращается и выдается результат сравнения. Если неравенство оказывается в последнем разряде, то должна быть выполнена операция сравнения для всех разрядов. Это занимает много времени.

Схема сравнения многоразрядных чисел по первому способу представлена на рис. 11.13. Более быстрый способ – сравнение во всех разрядах одновременно и анализ результатов поразрядного сравнения.

Рис. 11.13. Схема сравнения многоразрядных чисел

Нашей промышленностью выпускаются компараторы ТТЛ 555СП1, 531СП1, КМОП 561ИП2 и др. Компаратор 555СП1 – четырехразрядный, имеет 11 входов (рис. 11.14). Четыре пары входов принимают для анализа два четырехразрядных слова А0-А3 и В0-В3. Три входа (A < В), (A = В), (A > В) нужны для создания схемы наращивания, т. е. увеличения емкости компаратора. Компаратор имеет три выхода результатов анализа: A > В, A < В, A = В.

Соотношения входных и выходных сигналов компаратора представлены в табл. 11.6. Шесть последних строк таблицы отражают режим наращивания каскадов, который может быть последовательным или параллельным. При последовательном наращивании выходы A > В, A < В, A = В от схемы, анализирующей младшие разряды, следует присоединить к одноименным входам последующего каскада (рис. 11.15). Этим способом при двух компараторах СП1 можно сравнить два восьмиразрядных слова. Нетрудно подсчитать число каскадов для любой большей длины слова. Однако каждый последующий каскад увеличит общее время задержки распространения сигнала на 15 нс.

Рис. 11.14 Условное графическое обозначение микросхемы 555 СП1

Таблица 11.6

п.п.

Сравниваемые данные

Входы наращивания каскадов

Выходы

а3, b3

а2, b2

аb, b1

а0, b0

A>B

A<B

A=B

A>B

A<B

A=B

1

а3>b3

X

X

X

X

X

X

1

0

0

2

а3<b3

X

X

X

X

X

X

0

1

0

3

а3=b3

а2>b2

X

X

X

X

X

1

0

0

4

а3=b3

а2<b2

X

X

X

X

X

0

1

0

5

``

а2=b2

a1>b1

X

X

X

X

1

0

0

6

``

а2=b2

a1<b1

X

X

X

X

0

1

0

7

``

``

a1=b1

а0>b0

X

X

X

1

0

0

8

``

``

a1=b1

а0<b0

X

X

X

0

1

0

9

``

``

``

а0=b0

1

0

0

1

0

0

10

``

``

``

а0=b0

0

1

0

0

1

0

11

``

``

``

``

0

0

1

0

0

1

12

``

``

``

``

X

X

1

0

0

1

13

``

``

``

``

1

1

0

0

0

0

14

``

``

``

``

0

0

0

1

1

1

Рис. 11.15. Последовательная схема объединения компараторов

Девятая и десятая строки табл. 11.6 говорят о том, что входы A > В и A < В могут служить пятой парой разрядных входов. Тогда одиночный компаратор можно использовать как пятиразрядный.

При применении компараторов надо учитывать, что при каскадировании задержки микросхем суммируются, и объединенный компаратор, состоящий из n микросхем, будет в n раз медленнее одиночного.

Если важен только факт равенства или неравенства сравниваемых кодов, то увеличить быстродействие при параллельном объединении компараторов можно, путём подачи их выходных сигналов A = В на логический элемент И (рис. 11.16). В этом случае суммарная задержка схемы составит задержку одного компаратора плюс задержку логического элемента И. Более подробные сведения о многокаскадных компараторах можно посмотреть, например, в [9, 11].

Рис. 11.16. Параллельная схема увеличения разрядности для оценки

равенства чисел

Компаратор КМОП серии 561ИП2 имеет несколько отличных режимов работы: например при всех низких уровнях входных сигналов A > В, A = В, A < В выходные A > В, A = В, A < В также низкие (у 555СП1 A > В и A < В высокие), т. е. для анализа работы компаратора надо использовать другую таблицу.