KonspLektsy

Наращивание размерности мультиплексора.

Наращивание размерности мультиплексора возможно с помощью пирамидальных структур из нескольких мультиплексоров.

При этом первый ярус схемы представляет столбец, содержащий столько мультиплексоров, сколько необходимо для получения нужного числа информационных входов. Все мультиплексоры первого яруса адресуются одним и тем же кодом, составленным из младших разрядов общего адресного кода.

Старшие разряды общего адресного кода используются во втором ярусе.

Мультиплексор второго яруса обеспечивает поочередную работу мультиплексоров первого яруса на один выходной канал.

х0

MUX

х1

8→1

х7

х0

MUX

a0

х1

4→1

а0

x2

a1

а1

х3

a2

а2

a3

а0

a4

а1

х0

MUX

х1

8→1

х7

а0

Рис. 2.18

а1

а2

41

Использование мультиплексора в качестве УЛМ.

Мультиплексор может использоваться как универсальный логический модуль (УЛМ), позволяющий путём электронной настройки реализовать целую систему логических функций.

В режиме логического модуля меняют функциональное назначение входов мультиплексора. На информационные подается аргумент воспроизводимой функции, на настроечные – сигналы настройки. И тогда мультиплексорная функция выглядит следующим образом:

у а0 х1 х0 а3 х1 х0 а3 х1х0 а3 х1х0

		a	MUX
	0		4				y
		a1			1
		a2
		a3
		x0
		x1					Рис. 2.19

Рассмотрим пример. Пусть на выходе мультиплексора нужно получить

функцию «ИЛИ»

y = x1+x0

Настроечные сигналы равны значению логической функции.

					"0"
x0	x1	y	a
0	0	0	a0=0
							0	MUX
0	1	1	a1=1	"1"			1		y
1	0	1	a2=1				2
							3	4 →1
1	1	1	a3=1	x0
							0
				x1			1
						Рис. 2.20

Можно расширить возможности мультиплексора, применяя более сложную настройку, если использовать часть аргументов логической функции в качестве настроечных сигналов.

42

y x0 x1 x2

Аргументы логической функции разбиваются на две группы: адресные

переменные, настроечные переменные.

y0 – остаточная функция. Настроечные сигналы равны остаточным функциям.

"0"

x1	x0	y0	a
							0	MUX
0	0	0	a0=0
				x2			1		y
0	1	1	a1=1				2
				"1"
1	0	x2	a2=x2				3	4 →1
				x0
1	1	1	a3=1
				x1			1
						Рис. 2.21

С помощью мультиплексора «4-1» можно реализовать логическую функцию трёх переменных.

Пример:			y x0 x1 x2 x3
						x2 x3
x1	x2		y0	a
							0	MUX
0	0		x2x3	a0= x2x3
							1
									y
0	1		x2x3	a1= x2x3	"1"		2
1	0		x2x2	a2= x2x2			3	4 →1
					x0
1	1		1	a3=1			0
					x1		1
						Рис. 2.22

Видно, что при переносе более одной информационной переменной в разряд сигналов настройки для выработки остаточных функций необходимы дополнительные логические схемы.

43

3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНОГО ТИПА

Последовательностные логические схемы отличаются от комбинационных схем тем, что содержат в своём составе устройство памяти.

Состояние схемы определяется состоянием элементов памяти. Выходные сигналы схемы зависят от комбинационного значения входных сигналов и от состояния схемы. Последовательность выходных сигналов отражает последовательность входных сигналов. Простейшими цифровыми автоматами являются триггеры.

3.1 Триггеры

Триггер – это устройство, имеющее два устойчивых состояния и способное под воздействием управляющего импульса скачкообразно переходить из одного состояния в другое. Применяются для формирования импульса, для работы в качестве элементарного автомата в цифровых устройствах.

Как правило, триггер имеет два выхода прямой и инверсный(Q, Q).

Состояние триггера отождествляется с состоянием его прямого выхода: Q = 1 –

триггер в единичном состоянии, Q = 0 – в нулевом состоянии.

Число входов зависит от структуры и функций, выполняемых триггером.

Входы триггера, как и соответствующие им сигналы, обозначают буквами:

S – раздельный вход установки в единичное состояние (напряжение высокого уровня на прямом входе Q);

R – раздельный вход установки в нулевое состояние (напряжение низкого уровня на прямом входе Q);

Д – информационный вход (на него передается информация, предназначенная для занесения в триггер);

С – вход синхронизации;

Т – счетный вход.

44

Триггеры классифицируют по ряду признаков. По функциональным возможностям выделяют триггеры: с раздельной установкой "0" и "1" (RS –

триггеры); с приемом информации по одному входу (Д – триггеры); счетный Т

– триггер; универсальный IK – триггер.

По способу приема информации триггеры подразделяют на асинхронные и синхронные. Асинхронные триггеры реагируют на информационные сигналы в момент их появления на входе. Синхронные – при наличии разрешающего сигнала на специально предусмотренном входе С.

Рассмотрим основные типы триггеров.

Асинхронный RS – триггер.

Асинхронный RS – триггер имеет два информационных входа: S и R для установки "1" и "0" соответственно, а также два выхода: прямой Q и

инверсный Q.

Функционирование триггера, как и любой последовательностной схемы,

описывается таблицей переключения (переходов). В отличие от используемых ранее таблиц истинности таблицы переключений отражают переходы от предыдущего состояния к следующему.

Таблица переключения для асинхронного RS-триггера составляется исходя из следующих условий:

Если на входах R = 0, S = 0 – состояние триггера не изменяется (Qn = Qn+1). Такой режим называется режимом хранения информации, так как информация на выходе остается неизменной.

R = 0, S = 1 –единичное состояние Qn+1 = 1;

R = 1, S = 0 – триггер устанавливается в нулевое состояние Qn+1 = 0 ;

R = 1, S = 1 – состояние триггера будет неопределенным, так как во время действия информационных сигналов сигналы на выходах триггера одинаковы: Qn+1 = Qn+1, а после окончания их действия триггер может равновероятно принять любое из устойчивых состояний. Поэтому такая комбинация является запрещенной.

45

	Таблица переключения RS-триггера
					S	R	Qn	Qn+1
					0	0	0	0
					0	0	1	1
	S	R	Qn+1
					0	1	0	0
	0	0	Qn	или
					0	1	1	0
	0	1	0
					1	0	0	1
	1	0	1
					1	0	1	1
	1	1	x
					1	1	0	x
					1	1	1	x

Можно таблицу переключений записать с помощью карты Карно.

SR	00	01	11	10
Qn
0
	0	0	x	1
1
	1	0	x	1

Доопределив столбец неопределенностей каким-либо образом можно получить различные виды триггеров:

Доопределив столбец неопределенностей единицами, получим следующее характеристическое уравнение триггера Qn 1 S RQn или Qn 1 S (RQn ) -

SR
Q	00	01	11	10
0	0	0	1	1
	0	2	6	4
1	1	0	1	1
	1	3	7	5

S &

&

R

Q

Q

R T

Q

S

Q

Рис.3.1

получили RS-триггер с инверсным управлением.

46

 Доопределив столбец неопределенностей нулями,			получим		следующее
характеристическое	уравнение	триггера		Qn 1	R (S Qn )

Qn 1 R (S Qn ) .

Получили RS-триггер с прямым управлением.

SR
Q	00	01	11	10			Q
					S	1
0	0	0	X=0	1
								Q
	0	2	6	4
1	1	0	X=0	1			R	T
	1	3	7	5

								Q
							S
RS-триггер является элементом памяти	R		1
						Рис.3.2
				Q
для всех остальных типов триггеров. Имеет

устойчивое состояние для любой разрешенной комбинации значений входных сигналов.

Синхронный RS-триггер.

Синхронный (тактируемый) RS–триггер получается из асинхронного путем подключения к его входам схемы управления.

S	&	S T	Q
C	&
		R
R			Q	Рис.3.3

S Т C

R

Состояния синхронного RS - триггера
	Такт n			Такт n+1
представлены в таблице:
	С	Rn	Sn	Qn+1
	0	0	0	Qn
	0	1	0	Qn
	0	0	1	Qn
	0	1	1	Qn
	1	0	0	Qn
	1	1	0	0
	1	0	1	1
	1	1	1	х

47

D–триггер.

D-триггер – это триггер задержки. Используется в качестве задержки на один такт и в виде синхронной схемы. Он имеет один информационный вход Д и вход синхронизации.

Характеристическое уравнение Qn 1 Dn .

Таблица истинности:

D	Qn	Qn+1
0	0	0
0	1	0
1	0	1
1	1	1

При С=0 триггер находится в режиме хранения. При С=1 сигнал с информационного входа подаётся на выход.

Рассмотрим одну из возможных схем однотактного D-триггера и его условное обозначение.

D Т

С

Рис.3.4

Если С=0, то состояние триггера устойчиво и не зависит от D. Если С=1, то состояние триггера определяется уровнями на входе D (см. Таблицу истинности). Cигнал С в этом случае играет роль команды ЗАПИСАТЬ В ТРИГГЕР.

Этот тип триггера исключительно широко используется в цифровых устройствах. Другие его названия: прозрачная защелка, прозрачный фиксатор,

синхронный фиксатор; D-триггер, управляемый уровнем синхросигнала. Часто

48

используемое название просто Д-триггер не отображает свойства прозрачности схемы по D-входу и не выделяет ее среди других типов D–триггеров. В

литературе укоренился термин защелка, иногда используется термин

фиксатор. Эти термины хотя и не подчеркивают специально свойства прозрачности, но по крайней мере именуют схемы только этого типа.

Особенности поведения защелки:

1.Изменения D-входа при С=0 никак не влияют на состояние выхода Q:

триггер заперт по С – входу и находится в режиме хранения.

2.При С=1 защелка прозрачна: любое изменение D-входа вызывает

изменения выхода Q.

По срезу синхросигнала D-триггер – защелка фиксирует на выходе то

состояние, которое было на D–входе непосредственно перед этим моментом.

Следующее изменение Q будет возможно только по фронту следующего

синхроимпульса.

Если на С–вход подать единичный уровень, то свойство запоминания защелки проявляться никак не будет и она будет выполнять функции обычного

буферного усилителя мощности в тракте передачи данных.
Рассмотрим схему двухтактного D-триггера, состоящую из	двух

последовательно включенных синхронных RS-триггеров. Первый из триггеров называется ведущим или М-триггером (от master – хозяин), а второй - ведомым

или S-триггером (от slave – раб). Благодаря общему синхросигналу С вся схема функционирует как единое целое и называется двухступенчатым или MS-

триггером ( master-slave flip-flop).

D		S	T	S	T	Q	ТТ
							D
C	1	C		C
		R		R
						Q	С
			1
						Рис.3.5

49

Qn 1

Схема функционирует следующим образом: c приходом синхроимпульса,

информация с входа D записывается в первую ступень, с окончанием синхроимпульса информация переписывается во вторую ступень и появляется на выходе.

Отсюда важное отличие MS-триггера от триггера – защелки: MS-триггер непрозрачен по управляющим входам ни при С=0, ни при С=1. Каждая ступень его сама по себе прозрачна, но включены ступени последовательно, и какая-

нибудь из них всегда остается запертой – или синхросигналом, или его отсутствием. Таким образом в MS-триггере никакое изменение на управляющем входе не может само по себе, без переключения сигнала С,

проникнуть на выход. Триггер может изменить состояние выхода только по срезу С-сигнала.

Т-триггер.

Т-триггер также называют триггером со счетным входом. Он имеет один управляющий вход Т и два выхода Q и Q. Триггер изменяет свое состояние на противоположное при каждом положительном (или при каждом отрицательном) перепаде напряжения на входе.

Характеристическое уравнение такого триггера T Qn

Таблица истинности

T	Qn+1
0		Qn
1	Qn

В сериях выпускаемых МС Т-триггеров, как правило, нет. Но триггер такого типа может быть создан на базе тактируемого D-триггера, если его инверсный выход соединить с информационным входом или на базе RS-триггера (рис.3. ).

Такой триггер также можно получить на основе JK-триггера.

50